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Termodinamica è branca della fisica che descrive le trasformazioni subite da un sistema in seguito a processi che coinvolgono la trasformazione di calore in lavoro e viceversa.

1. Principio zero: temperatura

2. Primo principio: energia interna.

3. Secondo principio: entropia

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Il calore in fisica è una forma di energia in transito, che passa da un corpo più caldo ad uno più freddo.Due corpi a diversa temperatura messi a contatto, dopo un certo tempo raggiungono l’equilibrio termico.

La temperatura misura l'indice di calore presente in un corpo, ha 3 unità di misura:
Celsius | 0 | 100
Fahrenheit | 32 | 212
Kelvin | 273.16 | 373.16

Sostanze diverse hanno diversa capacità di assorbire  o cedere calore.
C = Q/ΔT capacità termica
dipende dall’intervallo termico, dalla massa del corpo e dalla
natura della sostanza che lo compone.
c = C/m = Q/(mΔT) calore specifico                    Equazione della calorimetria: Q = m c ΔT                   Dipende solo dall’intervallo termico e dalla natura della sostanza considerata; rappresenta la quantità di calore necessaria per innalzare di un grado l’unità di massa della sostanza.

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La forza di gravità è quella forza che spinge un corpo verso il centro della Terra. Il primo a scoprire questa forza fu Isaac Newton, tramite il famoso esperimento della mela.

Newton formulò anche la legge di gravitazione universale, in cui entrò in gioco anche la distanza tra le due masse.In fisica la legge di gravitazione universale afferma che nell'Universo due corpi si attraggono in modo direttamente proporzionale al prodotto delle loro masse e inversamente proporzionale alla loro distanza elevata al quadrato.

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L'energia chimica è un'energia che varia a causa della formazione o rottura di legami chimici di qualsiasi tipo negli elementi chimici coinvolti nelle reazioni chimiche. Siccome la forza dei legami chimici è associata alla distanza tra le specie chimiche, l'energia chimica dipende dalla posizione reciproca delle particelle che costituiscono una sostanza.

Essa è quindi l'energia immagazzinata nei legami chimici ed è sostanzialmente riconducibile alla somma dell'energia potenziale delle interazioni elettrostatiche delle cariche presenti nella materia ponderabile, più l'energia cinetica degli elettroni.

L'energia chimica è prodotta nel corso delle trasformazioni che avvengono a livello molecolare. L'energia chimica introdotta nel nostro corpo con il cibo, per esempio, ci permette di vivere attraverso l'ossidazione e in generale il metabolismo cellulare.

In natura vi sono diverse sostanze definite come forme di energia chimica immagazzinata: le biomasse, il carbone o il petrolio. In questo caso, dopo il rilascio dell’energia, avviene la trasformazione della sostanza in una completamente nuova. Un esempio di questo processo è il legno che al termina della combustione si trasforma in cenere.
Le sostanze in questione, dunque, ci permettono di comprendere a fondo quanto questo tipo di energia e di reazioni chimiche ci circondino nella vita di ogni giorno.

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L’energia da biomassa è l’energia che deriva dalla materia organica e quindi da piante e animali,può essere una grande fonte principalmente per la produzione di combustibili alternativi che possono essere utilizzati per sostituire i combustibili fossili.Quando le piante e i rifiuti animali vengono bruciati, l’energia accumulata e l’anidride carbonica immagazzinate al loro interno vengono rilasciate in atmosfera, o possono essere incanalate in speciali macchinari in grado di produrre energia elettrica. Questo è il motivo per cui l’energia da biomassa si dice che sia rinnovabile.

I vantaggi dell’energia derivante da biomasse possono essere riassunti in 5 punti:

1. Naturalmente l’energia da biomassa è una risorsa rinnovabile.

2. Riduce la dipendenza dai combustibili fossili. Utilizzando materiali naturali per fornire energia, c’è meno interesse per la potenza elettrica creata da attività non rinnovabili.

3. E’ una risorsa carbon neutral: non produce, cioè, anidride carbonica in eccesso durante la sua trasformazione.

4. E’ ampiamente disponibile

5. Può essere utilizzata in molte altre forme: la biomassa può essere utilizzata per creare prodotti diversi provenienti da diverse forme di materia organica.

Gli svantaggi dell’energia derivata da biomasse:

1. Non è completamente pulita quando viene bruciata

2. Nel caso non si utilizzino materiali di scarto, può portare alla deforestazione.

3. Non ha rendimenti molto elevati: Un prodotto come il biodiesel o l’etanolo che è prodotto dalla biomassa è relativamente inefficiente rispetto alla benzina. Devono quindi, in alcuni casi, essere miscelati con la benzina in modo che possano essere utilizzati nei motori a combustione

4. Richiede molto spazio: per produrre molta energia servono grandi quantità di piante

5. Costo del processo di produzione

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L'energia termica è la forma di energia posseduta da qualsiasi corpo che abbia una temperatura superiore allo zero assoluto.

L'energia termica è una grandezza estensiva: è proporzionale alla temperatura e alla estensione del corpo, misurabile come quantità di sostanza. In base al secondo principio della termodinamica, è considerata una forma di energia degradata in quanto non tutta l'energia termica può essere convertita in energia meccanica.

Al contrario ogni altra forma di energia ha la possibilità di convertirsi più o meno spontaneamente nel tempo in energia termica

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La società moderna è completamente dipendente dall’energia, in particolare dall’energia meccanica, elettrica, chimica e termica, in tutti i suoi processi produttivi e gestionali, per esempio nel trasporto marittimo e aereo e nei vari processi industriali.
Per questo il problema energetico globale assume grande interesse e preoccupazione, a causa del possibile esaurimento nel tempo delle fonti fossili, che attualmente rappresentano una delle principali fonti di energia primaria, il cui utilizzo ha permesso il boom dello sviluppo economico dalla Rivoluzione Industriale fino ai nostri giorni.

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OBIETTIVO 7: ENERGIA PULITA E ACCESSIBILE

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OBIETTIVO 7: ENERGIA PULITA E ACCESSIBILE

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Assicurare a tutti l’accesso a sistemi di energia economici, affidabili, sostenibili e moderni. L’energia è un elemento fondamentale, alla base di tutte le attività che il mondo si trova oggi ad affrontare ed è importante che essa sia sostenibile– trasforma la vita, l’economia e il pianeta.

L’ obiettivo 7 si pone vari traguardi in modo da rendere l’ energia rinnovabile,pulita e i servizi più affidabili ed efficienti grazie anche alla cooperazione internazionale per facilitare l’accesso alla ricerca e alle tecnologie legate all’energia in modo da fornire servizi energetici e sostenibili.

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Quando si parla di energie rinnovabili si fa riferimento all’energia pulita, ossia a quelle fonti energetiche non soggette ad esaurimento e il cui utilizzo non reca pregiudizio alle risorse naturali, in quanto la fonte di energia si rigenera alla stessa velocità con cui viene utilizzata.

ENERGIE RINNOVABILI:

energia eolica : vento

energia luminosa: sole

energia geotermica: calore della terra

energia ricavata dalle biomasse

ENERGIE NON RINNOVABILI:

energia nucleare: atomo dell'uranio

Energia proveniente da:

1. Carbone

2. Petrolio

3. Gas naturale

ALTRE  ENERGIE:

energia gravitazionale : gravità

energia termica: calore

energia chimica: diverse sostanze combustibili

energia meccanica: quella che possiedono tutti i corpi che si muovono

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Energia: forme e fonti. Per la nuova versione del video, clicca nelle note

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Convezione        NEI FLUIDI                               Il trasporto avviene grazie ai moti convettivi che si creano grazie alla diversa densità del fluido vicino alla fonte di calore e quello in superficie

Irraggiamento   NEL VUOTO Il trasporto avviene, senza che sia coinvolta materia, mediante le onde meccaniche, o elastiche , da cui dipende la temperatura e la velocità del corpo

Conduzione        NEI SOLIDI                      Il trasporto avviene per contatto, a causa degli urti fra le molecole dei corpi, senza trasporto di materia ed è definita dalla legge di Faurier ,importante per isolare gli ambienti in quanto stabilisce la quantità di calore che passa da un ambiente ad un altro.

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Equazione della calorimetria e formula dell'energia emessa da tutti i corpi

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L’Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile è un programma d’azione per le persone, il pianeta e la prosperità sottoscritto nel settembre 2015 dai governi dei 193 Paesi membri dell’ONU.

Essa ingloba 17 Obiettivi per lo Sviluppo Sostenibile in un grande programma d’azione per un totale di 169 ‘target’ o traguardi.

1. sconfiggere la povertà: porre fine alla povertà in tutte le sue forme, ovunque;

2. sconfiggere la fame: porre fine alla fame, garantire la sicurezza alimentare, migliorare la nutrizione e promuovere un'agricoltura sostenibile;

3. buona salute: garantire una vita sana e promuovere il benessere di tutti a tutte le età;

4. istruzione di qualità: garantire a tutti un'istruzione inclusiva e promuovere opportunità di apprendimento permanente eque e di qualità;

5. parità di genere: raggiungere la parità di genere attraverso l'emancipazione delle donne e delle ragazze;

6. acqua pulita e servizi igienico-sanitari: garantire a tutti la disponibilità e la gestione sostenibile di acqua e servizi igienico-sanitari;

7. energia rinnovabile e accessibile: assicurare la disponibilità di servizi energetici accessibili, affidabili, sostenibili e moderni per tutti;

8. buona occupazione e crescita economica: promuovere una crescita economica inclusiva, sostenuta e sostenibile, un'occupazione piena e produttiva e un lavoro dignitoso per tutti;

9. innovazione e infrastrutture: costruire infrastrutture solide, promuovere l'industrializzazione inclusiva e sostenibile e favorire l'innovazione;

10. ridurre le diseguaglianze: ridurre le disuguaglianze all'interno e tra i paesi;

11. città e comunità sostenibili:creare città sostenibili e insediamenti umani che siano inclusivi, sicuri e solidi;

12. utilizzo responsabile delle risorse: garantire modelli di consumo e produzione sostenibili;

13. lotta contro il cambiamento climatico: adottare misure urgenti per combattere il cambiamento climatico e le sue conseguenze;

14. utilizzo sostenibile del mare: conservare e utilizzare in modo sostenibile gli oceani, i mari e le risorse marine per uno sviluppo sostenibile;

15. utilizzo sostenibile della terra: proteggere, ristabilire e promuovere l'utilizzo sostenibile degli ecosistemi terrestri, gestire le foreste in modo sostenibile, combattere la desertificazione, bloccare e invertire il degrado del suolo e arrestare la perdita di biodiversità;

16. pace e giustizia: promuovere lo sviluppo sostenibile; rafforzare gli strumenti di attuazione e rivitalizzare il partenariato globale per lo sviluppo sostenibile.

17. rafforzare le modalità di attuazione e rilanciare il partenariato globale per lo sviluppo sostenibile.

Gli Obiettivi per lo Sviluppo danno seguito ai risultati degli Obiettivi di Sviluppo del Millennio che li hanno preceduti, e rappresentano obiettivi comuni su un insieme di questioni importanti per lo sviluppo.

‘Obiettivi comuni’ significa che essi riguardano tutti i Paesi e tutti gli individui: nessuno ne è escluso, né deve essere lasciato indietro lungo il cammino necessario per portare il mondo sulla strada della sostenibilità.

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OBIETTIVO 11: RENDERE LE CITTÀ E GLI INSEDIAMENTI UMANI SOSTENIBILI.

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OBIETTIVO 11: RENDERE LE CITTÀ E GLI INSEDIAMENTI UMANI SOSTENIBILI.

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Persistono molte sfide per mantenere i centri urbani come luoghi di lavoro e prosperità, e che allo stesso tempo non danneggino il territorio e le risorse. Le sfide che le città affrontano possono essere vinte in modo da permettere loro di continuare a prosperare e crescere, migliorando l’utilizzo delle risorse e riducendo l’inquinamento e la povertà.

L'obiettivo 11 si pone vari traguardi come garantire a tutti l’accesso a un sistema di trasporti sicuro, conveniente, accessibile e sostenibile,potenziando,così, un’urbanizzazione basata su una politica inclusiva e sostenibile(utilizzando efficientmente le risorse), in modo da diminuire l'impatto ambientale negativo.

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OBIETTIVO 12: CONSUMO PRODUZIONE SOSTENIBILE 

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OBIETTIVO 12: CONSUMO PRODUZIONE SOSTENIBILE 

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Per consumo e produzione sostenibili si intende la promozione dell’efficienza delle risorse e dell’energia, di infrastrutture sostenibili, così come la garanzia dell’accesso ai servizi di base, a lavori dignitosi e rispettosi dell’ambiente e a una migliore qualità di vita per tutti.E’ necessario per questo un approccio sistematico e cooperativo tra soggetti attivi nelle filiere, dal produttore fino al consumatore. Ciò richiede inoltre di coinvolgere i consumatori in iniziative di sensibilizzazione al consumo e a stili di vita sostenibili.

L'obiettivo 12 si pone vari traguardi come  raggiungere la gestione sostenibile e l’utilizzo efficiente delle risorse naturali,raggiungere la gestione eco-compatibile di sostanze chimiche e di tutti i rifiuti durante il loro intero ciclo di vita, in conformità ai quadri internazionali concordati. Razionalizzare i sussidi inefficienti per i combustibili fossili che incoraggiano lo spreco eliminando le distorsioni del mercato in conformità alle circostanze nazionali  in modo da riflettere il loro impatto ambientale, tenendo bene in considerazione i bisogni specifici e le condizioni dei paesi in via di sviluppo e riducendo al minimo i possibili effetti negativi sul loro sviluppo, in modo da proteggere i poveri e le comunità più colpite.

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L’energia eolica è una delle fonti energetiche sfruttate sin dagli antichi. È di per sé, l’energia cinetica del vento e la sua conversione in energia meccanica o elettrica. Sicuramente l’applicazione più antica è quella nautica, tramite l’uso della vela, quella nei mulini a vento, e oggi invece l’energia eolica è sfruttata per la produzione elettrica.

Non produce emissioni di gas serra durante il funzionamento e richiede una superficie di terra non eccessivamente vasta.

Gli effetti sull'ambiente sono in genere meno problematici rispetto a quelli provenienti da altre fonti di energia.

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L'energia solare è l'energia associata alla radiazione solare e rappresenta la fonte primaria di energia sulla Terra. È, infatti, la forma di energia normalmente utilizzata dagli organismi autotrofi, cioè quelli che eseguono la fotosiesi, comunemente indicati come "vegetali" (da cui siiginano anche i combustibili fossili); gli altri organismi viventi sfruttano, invece, l'energia chimica ricavata dai vegetali o da altri organismi che a loro volta si nutrono di vegetali e quindi in ultima analisi sfruttano anch'essi l'energia solare, se pur indirettamente.

Da questa energia derivano più o meno direttamente quasi tutte le altre fonti energetiche disponibili all'uomo quali i combustibili fossili, l'energia eolica, l'energia del moto ondoso, l'energia idroelettrica, l'energia da biomassa con le sole eccezioni dell'energia nucleare, dell'energia geotermica e dell'energia delle maree. Può essere utilizzata direttamente a scopi energetici per produrre calore o energia elettrica con varie tipologie di impianto.

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Con energia nucleare (detta anche energia atomica), si intendono tutti quei fenomeni in cui si ha produzione di energia in seguito a trasformazioni nei nuclei atomici: tali trasformazioni sono dette "reazioni nucleari".

Insieme alle fonti rinnovabili e alle fonti fossili, è una fonte di energia primaria, ovvero è presente in natura e non deriva dalla trasformazione di un'altra forma di energia. Quantunque inoltre rappresenti in gran parte una forma di energia pulita dal punto di vista delle emissioni di anidride carbonica (CO2) in atmosfera, presenta diversi altri problemi ambientali e di pubblica sicurezza per quanto riguarda i fenomeni connessi alla radioattività attraverso le scorie radioattive.

Nelle reazioni nucleari l’effetto energetico è dovuto al fatto che una parte della massa del sistema si trasforma in energia secondo la celebre equazione di Einstein:
E = m ∙ c ². Dato che c è una costante e vale 3 ∙ 10⁸ m/s, la quantità di energia liberata per ogni unità di massa di materia trasformata è sempre enormemente più grande di quella messa in gioco nelle reazioni chimiche.

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L'energia tende a passare da una forma all'altra, così le varie forme di energia non restano perennemente tali, ma si trasformano le une nelle altre. La conversione di energia da una forma a un'altra può avvenire spontaneamente o in maniera indotta, attraverso macchine o sistemi appositi. Con un generatore elettrico si può trasformare l'energia meccanica in energia elettrica, mentre con un motore elettrico, si trasforma l'energia elettrica in energia meccanica. Fra le varie forme di energia, quella termica ha una caratteristica interessante: tutte le altre forme di energia possono trasformarsi spontaneamente in energia termica, ma non è vero il contrario. Poiché è legata al moto di agitazione atomico-molecolare, l'energia termica è la forma più disordinata di energia, o, come si dice, la più degradata

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L'energia meccanica di un corpo è data per definizione dalla somma di energia potenziale e cinetica
( E=K+U ).
In presenza di sole forze conservative questa si conserva, quindi vale il principio di conservazione dell' energia meccanica.

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L’energia geotermica può essere considerata come una forma di energia alternativa e rinnovabile, se valutata in tempi relativamente brevi. Questo in quanto il continuo sfruttamento di una sorgente geotermica può indurre localmente, nell’intorno dei siti di sfruttamento, ad una riduzione del valore di anomalia positiva termica, portando la fonte energetica a non essere più definibile rinnovabile. Questa anomalia è locale e dipende dal tempo di sfruttamento della risorsa altamente variabile a seconda del sito.

Questo tipo di energia si basa sui principi della geotermia, ovvero sullo sfruttamento del calore naturale della terra. Questo calore è rilasciato naturalmente dai processi di decadimento nucleare degli elementi radioattivi all’interno di nucleo, mantello e crosta terrestre (come l’uranio).

EFFETTI SULL'AMBIENTE:   L’elettricità da fonti geotermiche è considerata rinnovabile poiché il calore estratto localmente è minimo rispetto al calore contenuto e generato dall’intero pianeta, quindi non penalizzante a livello di equilibrio e sostenibilità.L’estrazione tuttavia deve essere strettamente monitorata per evitare un esaurimento a livello locale, malgrado la sostenibilità a livello globale. Diversi studi dimostrano come esistano metodi di riduzione dello sfruttamento e re-iniezione di acqua all’interno del sistema per recuperare il completo potenziale di un sito. Queste tecniche si sono rivelate utili e fondate nelle tre zone già citate che diventano dunque un esempio di sostenibilità geotermica a lungo termine. Nonostante ciò  Dalla terra non fuoriesce esclusivamente acqua calda ma anche composti in forma gassosa. Alcuni di questi gas sono potenzialmente pericolosi per l’ambiente e contengono diossido di carbonio (CO2), solfuro di idrogeno (H2S), metano (CH4), e ammoniaca (NH3),inoltre l'acqua che viene estratta dalle fonti geotermiche potrebbe avere dissolta al suo interno tracce di elementi tossici come mercurio, arsenico, boro e antimonio e questi elementi precipitano con il raffreddamento dell’acqua e possono causare danni ambientali se rilasciati e contribuiscono a fenomeni come il riscaldamento globale e delle piogge acide, inoltre a causa delle centrali geotermiche anche la stabilità del suolo può essere compromessa.

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Gli stati di aggregazione della materia dipendono dalle condizioni di pressione e di temperatura.Riscaldando il ghiaccio questo si scioglie, riscaldando l'acqua questa evapora, mentre raffreddando il vapore o comprimendolo esso si trasforma in liquido. Queste trasformazioni vengono definite passaggi di stato.

Calore Latente                       La quantità di calore necessaria perché avvenga una transizione di fase (es. fusione o l’evaporazione), ed è direttamente proporzionale alla massa m: Q=λm

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PRINCIPIO 0                             Il principio zero della termodinamica (detto talvolta zeresimo principio della termodinamica) stabilisce che, se un corpo A è in equilibrio termico con un corpo B, e il corpo B è a sua volta in equilibrio termico con un altro corpo C, allora A è senz'altro in equilibrio termico con il corpo C. Sebbene sembri un'ovvietà, questo principio non può essere dimostrato a partire dagli altri princìpi della termodinamica, e va quindi specificato a parte. Questo principio viene utilizzato per effettuare una misura della temperatura, se viene intesa come proprietà che determina se un corpo è in equilibrio termico con altri corpi oppure no.

PRINCIPIO 1         Rappresenta la generalizzazione del principio di conservazione dell'energia. Esistono due modi per modificare l’energia interna di un corpo:
1. fornendo calore
2. compiendo un lavoro sul sistema.
Il primo principio quantifica questo bilancio energetico: ΔU = Q − L

PRINCIPIO 2               Esistono molte formulazioni equivalenti, le più conosciute sono le seguenti:

1. È impossibile realizzare una trasformazione il cui unico risultato sia quello di trasferire calore da un corpo più freddo a uno più caldo senza l'apporto di lavoro esterno (formulazione di Clausius).

2.  È impossibile realizzare una trasformazione ciclica il cui unico risultato sia la trasformazione in lavoro di tutto il calore assorbito
da una sorgente omogenea (formulazione di Kelvin-Planck).

3. È impossibile realizzare una macchina termica il cui rendimento sia pari al 100%.

4. Nella fisica moderna la formulazione più usata si basa sulla funzione entropia.
In un sistema isolato l'entropia è una funzione (di stato) non
decrescente nel tempo:
dS/dt > 0

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I parametri che caratterizzano le condizioni fisiche di un gas sono volume V, pressione P e temperatura T.

Gas ideali: Un gas ideale, o gas perfetto, è un gas descritto dall'equazione di stato dei gas perfetti, e che quindi rispetta la legge di Boyle-Marionette, la prima legge di Gay-Lussac o legge di Charles, e la seconda legge di Gay-Lussac, in tutte le condizioni di temperatura, densità e pressione. In questo modello le molecole del gas sono assunte puntiformi e non interagenti, sono identiche tra loro e indistinguibili e inoltre il loro moto è casuale e disordinato in ogni direzione ma soggetto a leggi deterministiche. I gas reali si comportano con buona approssimazione come gas perfetti quando la pressione è sufficientemente bassa e la temperatura sufficientemente alta.

EQUAZIONE DI UN GAS PERFETTO:
PV=nRT
n = N/N0 numero di moli
N0 =6.023·1023 numerodiAvogadro R =8.31Pa·m3/(K·mol) costante universale dei gas
Valida per un gas reale per pressioni non molto elevate e temperature non troppo basse.

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LEGGI DI GAY-LUSSAC

1. Prima legge: è alla base della dilatazione termica, e afferma che a pressione costante (cioè lungo trasformazioni isobare) volume e temperatura sono direttamente proporzionali: ciò è riassunto dalla formula

2. Seconda legge: La seconda legge di Gay-Lussac sancisce che a volume costante (cioè lungo trasformazioni isocore) pressione e temperatura sono direttamente proporzionali, legati dal rapporto
pT=costanteTp​=costante

LEGGE DI BOYLE:            Indica che a temperatura costante (cioè lungo trasformazioni isoterme) pressione e volume sono inversamente proporzionali,

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Vapore: stato aeriforme di una sostanza che, a temperatura e pressione normale si trova allo stato liquido.

Gas: sostanza che in condizioni normali si trova allo stato aeriforme.

La distinzione tra gas e vapore risale a circa un secolo fa, quando furono compiuti importanti esperimenti per liquefare i gas.
Poiché era possibile condensare i vapori tramite la compressione, si pensava erroneamente che lo stesso metodo potesse essere applicato per i gas. Gas come l'ossigeno, l'idrogeno, l'azoto, pur sottoposti, a temperatura normale, a pressioni anche rilevanti, rimanevano sempre allo stato aeriforme, e per questo furono chiamati
"gas incoercibili". La liquefazione dei gas rappresenta quella operazione utilizzata per ridurre allo stato liquido un gas. Per fare questo è necessario raffreddarlo sino a portarlo a una temperatura uguale o inferiore alla temperatura critica (differente da gas a gas, ma costante per ognuno) e quindi comprimerlo (per esempio a 200 atmosfere).