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Le fonti di energia sono le risorse naturali che possono essere utilizzate dagli esseri umani per produrre energia.

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L’energia è la grandezza fisica che esprime la capacità di compiere lavoro.

Esiste in molte forme diverse, tra le quali:

energia meccanica (somma di energia cinetica ed energia potenziale)

energia chimica

energia elettrica

energia magnetica

energia termica

L’unità di misura dell’energia è il joule (J).

Guarda il video per saperne di più sull’energia meccanica

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Il principio di conservazione dell'energia è una delle leggi fondamentali della fisica e afferma che in un sistema isolato l'energia totale rimane costante nel tempo. L’energia, cioè, non può essere creata né distrutta, ma può solo essere trasformata (ad esempio, da energia cinetica a energia potenziale, o da energia meccanica a energia termica).

Guarda l’esperimento che dimostra il principio

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Il principio di conservazione dell’energia

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Se nella preistoria e nell’antichità le sole risorse conosciute e impiegate per ottenere energia, e quindi compiere un lavoro (termine che in fisica indica un ampio insieme di attività: produrre calore, spostare degli oggetti, imprimere forza su un terreno), sono l’energia muscolare umana e animale e la combustione del legno o più in generale di biomassa, nei secoli grazie a varie intuizioni teoriche e invenzioni pratiche si aggiungono altre fonti energetiche che permettono di sfruttare le possibilità offerte dalla natura in maniera più efficiente.
Oltre a quella tra fonti primarie (le risorse naturali in sé) e fonti secondarie (prodotte a partire dalle fonti primarie), la principale distinzione tra le diverse fonti di energia riguarda la loro esauribilità: ci sono infatti risorse illimitate o che possono rigenerarsi molto rapidamente, e altre limitate o comunque impossibili da ricostituire in un tempo sufficientemente breve.

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Le fonti rinnovabili si rinnovano, cioè si formano nuovamente, in una scala temporale umana: il sole, il vento, il ciclo dell’acqua, il calore geotermico e le biomasse sono disponibili anche subito dopo essere state prelevate.

Alcune di esse hanno una capacità di rinnovo parziale, ovvero si ripristinano velocemente solo se non sono sfruttate in modo eccessivo: un esempio è il legname delle foreste.

Sai quanta dell’energia elettrica dei diversi paesi del mondo viene ottenuta da fonti rinnovabili? Consulta la carta

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L’acqua può produrre energia se fatta cadere da una certa altezza: la sua forza è in grado di mettere in moto un ingranaggio oppure, tramite un alternatore, può essere trasformata in energia elettrica.

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Sebbene forme di mulini ad acqua siano documentati già dal III secolo a.C. e sicuramente usati in epoca romana, dato che Vitruvio nel suo De architectura (15 a.C. circa) fornisce molti dettagli sulla loro costruzione, è nel Basso Medioevo che questo strumento si diffonde in Europa. L’aumento della popolazione, e il venir meno della manodopera degli schiavi largamente usata dai Romani, infatti, rendono utile un impianto in grado di macinare il grano e altri cereali sfruttando l’energia cinetica dell’acqua con una produttività enormemente maggiore rispetto all’energia umana o animale. Posizionati lungo i fiumi, il cui flusso aziona una ruota che attraverso altri ingranaggi mette in moto la macina, i mulini idraulici saranno perfezionati e usati nei secoli successivi anche per produrre l’olio nei frantoi, pompare l’acqua nelle miniere, segare il legno, frantumare i minerali, battere le pelli nelle concerie e altre lavorazioni di tipo industriale, finché nel XVIII secolo saranno gradualmente sostituiti da macchine a vapore.

Guarda il video per visitare virtualmente un’antica segheria alimentata dall’acqua in Trentino-Alto Adige

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La centrale idroelettrica è un impianto che sfrutta l'energia cinetica dell'acqua per produrre energia elettrica. Funziona trasformando il movimento dell'acqua, generalmente accumulata in un bacino artificiale e poi rilasciata, in energia meccanica che fa girare una turbina: un generatore, infine, la trasforma in energia elettrica. Il primo impianto idroelettrico entra in funzione nel 1882 presso le cascate del Niagara, negli Stati Uniti; nel corso del XX secolo questa efficiente opera di ingegneria idraulica si diffonde in tutto il mondo, grazie ai notevoli progressi tecnologici. Oggi le centrali idroelettriche rappresentano ancora una delle principali fonti di energia rinnovabile, e contribuiscono significativamente alla produzione di elettricità globale.

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Le radiazioni emesse dal Sole, la stella attorno a cui orbita il nostro pianeta, sono la principale fonte di energia per la vita sulla Terra: gli organismi vegetali le usano per il processo di fotosintesi, e in generale tutti gli esseri viventi ne hanno bisogno per la propria sopravvivenza.

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Le fonti non rinnovabili non possono essere rigenerate in tempi utili una volta esaurite, dato che la loro formazione sul nostro pianeta è avvenuta nel corso di milioni di anni. Si tratta dunque di riserve finite che, sebbene ancora disponibili, è indispensabile abbandonare progressivamente per renderci indipendenti.

Attualmente è ancora circa l’80% dell’energia consumata nel mondo a provenire dai combustibili fossili, cioè derivanti dalla trasformazione di sostanze organiche accumulatesi nel sottosuolo nel corso di milioni di anni (carbone, petrolio, e gas naturale), che oltre ad essere destinati a esaurirsi sono anche molto inquinanti: il processo di combustione di carbone e petrolio aumenta le emissioni di CO₂ nell’atmosfera.

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L’energia solare può essere usata per riscaldare acqua, negli impianti termici solari, oppure convertita in energia elettrica, attraverso i pannelli fotovoltaici. Questi ultimi sono dispositivi in silicio, un materiale che genera corrente elettrica quando viene esposto alla luce. Installati su tetti, terreni o apposite strutture, i pannelli sono oggi in forte aumento in tutto il mondo, grazie alla crescente domanda di energie rinnovabili. L’energia che producono può essere immessa nella rete elettrica o immagazzinata per un utilizzo successivo.

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L’energia eolica è quella proveniente dal vento e da altri eventi atmosferici che comportano il movimento di masse d’aria. Può essere sfruttata grazie a diverse tecnologie: dai primi mulini per macinare i cereali, o alle prime vele per far muovere veicoli acquatici o aerei, fino alle moderne turbine che la trasformano in energia elettrica.

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Alla fine del XII secolo in Europa, grazie agli scambi commerciali con la Persia e la Cina dove questa tecnologia è nota sin dall’antichità, il funzionamento del mulino viene applicato a una fonte di energia diversa dall’acqua, il vento, che fa ruotare delle pale per generare energia meccanica. I mulini a vento si diffondono presto in regioni dove non c’è abbastanza acqua o dove il vento è abbondante, come la Spagna o i Paesi Bassi. Qui vengono utilizzati per pompare l’acqua al fine di bonificare i terreni che si trovano al di sotto del livello del mare: le regioni prosciugate vengono destinate all’agricoltura e al pascolo.

Leggi l’approfondimento sulla rete di mulini a Kinderdijk-Elshout, nei Paesi Bassi, bene protetto dall’Unesco

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The outstanding contribution made by the people of the Netherlands to the technology of handling water is admirably demonstrated by the installations in the Kinderdijk-Elshout area. Construction of hydraulic works…

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Nel romanzo Don Chisciotte della Mancia dello scrittore spagnolo Miguel de Cervantes, pubblicato in due volumi nel 1605 e nel 1615, il protagonista – un nobile di campagna appassionato di letteratura cavalleresca che impazzisce e parte all’avventura – durante il viaggio si imbatte in una serie di mulini a vento, comuni nel paesaggio della Spagna, che scambia per enormi giganti. Interpretando le loro pale come minacciose braccia, si lancia al galoppo contro di essi, finendo per cadere a terra e rompere la sua lancia nell’impatto. La visione folle del protagonista rappresenta l’ideale che, scontrandosi con la realtà, ne esce a pezzi.

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La vela, montata sulle imbarcazioni per farle muovere usando l’energia eolica, è uno dei più antichi sistemi di propulsione: la usavano già gli Egizi intorno al 4000 a.C. per navigare lungo il Nilo, e in seguito anche i Fenici, i Greci e i Romani: tutte queste popolazioni usano per lo più vele quadrangolari, a forma di rettangolo o di trapezio. La vela latina, cioè di forma triangolare, si diffonde alla fine del Medioevo: dato che può prendere il vento da più direzioni, permette di navigare anche in condizioni avverse e, insieme ad altri strumenti di navigazione come la bussola o il timone centrale, ha un ruolo importante nel favorire i viaggi di esplorazione del XV secolo.

Leggi l’approfondimento sulle caravelle di Cristoforo Colombo

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Oggi l’eolico è una delle principali frontiere del passaggio a forme di energia rinnovabile, grazie alla sua capacità di trasformare l’energia cinetica del vento in energia elettrica in modo pulito e sostenibile. Le turbine eoliche sono strutture che funzionano grazie a grandi pale che ruotano generando movimento, poi trasformato in elettricità; raggruppate in un determinato territorio, formano grandi parchi eolici, a volte chiamati “fattorie del vento”. Le prime turbine eoliche risalgono alla fine dell’Ottocento; il primo parco eolico è stato costruito nel 1980 nel New Hampshire, negli Stati Uniti.

Leggi la notizia della costruzione di un nuovo parco eolico nel Regno Unito

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L’energia geotermica è quella prodotta dal calore presente nel sottosuolo, proveniente dall’interno della Terra. Nelle centrali geotermoelettriche tale calore viene trasformato in energia elettrica.

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La biomassa è un insieme di elementi organici, animali o vegetali: comprende sostanze come legno, scarti agricoli, residui alimentari, rifiuti organici. Questi materiali contengono carbonio, che viene rilasciato sotto forma di energia durante il processo di combustione. Le biomasse possono dunque essere usate come fonte di energia per produrre calore, elettricità o biocarburanti.

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Un’alternativa ai combustibili fossili è l’energia nucleare, liberata dai processi di fissione degli atomi di uranio. Oggi le centrali nucleari coprono circa il 10% del consumo mondiale di energia: per potenziarle è necessario risolvere le questioni della sicurezza, sollevata da alcuni gravi incidenti (come quelli di Chernobyl del 1986 e di Fukushima del 2011), e dello smaltimento delle scorie radioattive prodotte.

Osserva sulla carta la distribuzione delle centrali nucleari nel mondo

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Il carbone è un combustibile fossile di origine organica, formato da materiali vegetali sepolti e sottoposti a pressioni e temperature elevate centinaia di milioni di anni fa. Composto principalmente da carbonio, è costituito da una roccia scura estratta dalle miniere.

Già nell’antica Cina il carbone viene usato per il riscaldamento domestico, per la cucina e per la produzione del ferro; nel Medioevo e all’inizio dell’età moderna viene impiegato come combustibile, accanto al legname, soprattutto in Inghilterra dove è ampiamente disponibile.

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Nel 1782 James Watt brevetta la macchina a vapore, uno strumento che converte in energia meccanica l’energia termica prodotta dalla trasformazione dell’acqua in vapore, e che sarà fondamentale per la Rivoluzione industriale in corso nell’Inghilterra di fine Settecento, poiché viene usata nell’industria mineraria e tessile e nei trasporti. Alimentata dal carbone, la macchina a vapore rende necessarie per la prima volta nella storia grandi quantità di questo combustibile fossile, che ha il vantaggio di essere regolabile (a differenza dei venti o delle acque), di possedere un’alta densità energetica e di essere indipendente dalla presenza sul territorio di corsi d’acqua.

Le fabbriche, le ferrovie e le navi iniziano a dipendere dal carbone, e sarà così per gran parte dei due secoli successivi, finché non matura una consapevolezza delle sue ricadute sociali e del suo impatto ambientale. L’uso del carbone come fonte di energia è infatti tra i principali responsabili delle emissioni di CO₂ nell’atmosfera, all’origine dell’inquinamento e del surriscaldamento globale.

Osserva sulla carta i giacimenti di carbone dell’Inghilterra industriale

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Nel 1882 Thomas Edison, inventore tra le altre cose della lampadina a incandescenza, perfezionando una serie di tecnologie dà vita alla prima centrale elettrica che utilizza il carbone per generare elettricità, la Pearl Street Station di New York. Da questo momento in poi la produzione di energia elettrica dal carbone si diffonde esponenzialmente in tutto il mondo, dato che si tratta di un combustibile fossile abbondante, economico e facilmente reperibile. Oggi molte centrali di questo tipo sono in fase di dismissione o riconversione in Europa, ma restano di uso comune in un paese come la Cina.

Leggi la notizia della chiusura dell’ultima centrale a carbone del Regno Unito

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La corrente elettrica, e il mercato mondiale che la riguarda, è al centro della una competizione tecnologica ed economica che contrappone alla fine del XIX secolo Thomas Edison, promotore della corrente continua, e George Westinghouse e Nikola Tesla, fautori invece della corrente alternata. Lo scontro culmina in una serie di sfide pubbliche e battaglie legali, fino al prevalere della corrente alternata, che diventa lo standard per la distribuzione dell’energia elettrica.

Guarda il trailer del film basato sulla vicenda (2017)

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EDISON - L'uomo che illuminò il mondo (2019) | Trailer Italiano Ufficiale HD

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Il petrolio è una miscela liquida di vari idrocarburi – composti di carbonio e idrogeno – che si trova in giacimenti fossili nel sottosuolo. Conosciuto sin dall’antichità, e usato per impermeabilizzare edifici e barche, per alimentare piccole torce o per alcuni trattamenti medici, il petrolio inizia ad essere impiegato massicciamente a partire dalla metà dell’Ottocento: risale al 1859 l’apertura del primo pozzo petrolifero in Pennsylvania, negli Stati Uniti, per iniziativa di Edwin Drake. In seguito l’industria petrolifera cresce velocemente, e il cosiddetto “oro nero” diventa la principale fonte di energia per i trasporti e per la produzione di elettricità, sostituendo il carbone. La crescente domanda determina la creazione di grandi compagnie petrolifere e il controllo delle riserve da parte di pochi paesi produttori, come quelli del Medio Oriente riuniti nell’OPEC (Organizzazione dei Paesi Esportatori del Petrolio).

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Il gas naturale è una fonte di energia fossile composta principalmente da metano ma può contenere anche altri idrocarburi; si forma nel sottosuolo attraverso la decomposizione di materiali organici nel corso di milioni di anni, spesso insieme al petrolio.

Rispetto agli altri combustibili fossili, il gas naturale è meno dannoso per l’ambiente – perché emette meno CO₂ – e più facile da trasportare (nei gasdotti), ma le sue riserve sono concentrate in pochi paesi: Usa, Iran, Russia. Da quando quest’ultima ha iniziato la guerra contro l’Ucraina (2022), inoltre, le sanzioni economiche dell’Europa hanno fatto emergere la dipendenza di molti paesi, tra cui l’Italia, dal gas russo: tra le possibili soluzioni ci sono la scelta di nuovi fornitori e la costruzione di nuovi rigassificatori, impianti in grado di riportare la sostanza allo stato gassoso.

Consulta la carta per approfondire le vie di rifornimento energetico utilizzabili dall’Italia

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L’equazione E=mc², enunciata da Albert Einstein all’inizio del Novecento, esprime l’identità tra l’energia (E) e la massa (m) di un sistema fisico. Questa formula mostra che anche una piccola quantità di massa può essere convertita in una grande quantità di energia, come accade nelle reazioni nucleari.

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La fissione è una particolare reazione nucleare, ovvero una trasformazione che avviene a livello del nucleo degli atomi: il nucleo di un atomo pesante (come l'uranio-235 o il plutonio-239) si divide in due o più nuclei più leggeri, liberando una grande quantità di energia. Questo processo è accompagnato dall'emissione di neutroni che possono innescare una reazione a catena, cioè un continuo processo di divisione di altri nuclei. La fissione nucleare è alla base sia del funzionamento delle centrali nucleari per la produzione di energia elettrica sia delle armi nucleari.

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Gli studi sull’energia nucleare fanno grandi progressi negli anni Trenta del Novecento, grazie anche al contributo del gruppo di scienziati italiani noti come i “ragazzi di via Panisperna” e guidati da Enrico Fermi. Nel 1938 i tedeschi Otto Hahn e Fritz Strassmann dimostrano sperimentalmente la fissione nucleare dell’uranio: l’imminente minaccia della Seconda guerra mondiale, e il timore che la Germania nazista possa sfruttare per fini bellici le recenti scoperte, spingono alcuni scienziati (Leó Szilárd e Albert Einstein) ad avvertire il presidente degli Stati Uniti Roosevelt del potenziale militare della fissione nucleare, suggerendo che la Germania stia lavorando a una bomba atomica. Questa preoccupazione porta nel 1942 alla creazione del Progetto Manhattan, un programma segreto statunitense con l'obiettivo di sviluppare una bomba prima della Germania, che coinvolge scienziati, ingegneri e tecnici di diverse nazioni sotto la guida di J. Robert Oppenheimer. Il progetto porta alla realizzazione delle prime bombe atomiche: la Little Boy, lanciata su Hiroshima il 6 agosto 1945, e la Fat Man, lanciata su Nagasaki il 9 agosto 1945.

Leggi l’articolo su Robert Oppenheimer

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Robert Oppenheimer, il “padre dell’atomica” - Il Post

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Cosa fu e come fu la vita di una persona che davvero cambiò la storia, al centro del nuovo atteso film di Christopher Nolan

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Guarda il trailer del film Oppenheimer (2023)

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OPPENHEIMER - Nuovo Trailer (Universal Studios) - HD

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Il successo del Progetto Manhattan contribuisce alla fine della guerra, ma pone anche le basi per la Guerra fredda e per lo scontro sul controllo delle armi nucleari. Tutte e due le superpotenze del secondo dopoguerra, Stati Uniti e Unione Sovietica, iniziano infatti un rapido sviluppo di armi nucleari: nel 1949 l’Urss fa esplodere la sua prima bomba atomica, nel 1952 gli Stati Uniti producono un ordigno ancora più distruttivo, la bomba all’idrogeno, e in seguito anche altre potenze si dotano di armi nucleari: il Regno Unito, la Francia, la Cina, l’India, Israele.

La corsa agli armamenti nucleari crea un equilibrio politico mondiale basato sul terrore di un conflitto atomico che provocherebbe la distruzione dell’intero pianeta.

Guarda il video sulla prima bomba all’idrogeno

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Nel 1965 la scrittrice romana Elsa Morante – autrice tra gli altri del romanzo La Storia (1974) – tiene in vari teatri una conferenza intitolata Pro o contro la bomba atomica, poi pubblicata in rivista e in volume. Nel suo discorso, acuto e ricco di spunti, la minaccia della bomba che incombe sul mondo contemporaneo diventa una metafora della pulsione all’autodistruzione dell’umanità, nonché l’occasione per ribadire il rapporto dell’arte con la realtà: «L’arte è il contrario della disintegrazione. E perché? Ma semplicemente perché la ragione propria dell'arte, la sua giustificazione, il solo suo motivo di presenza e sopravvivenza, o, se si preferisce, la sua funzione, è appunto questa: di impedire la disintegrazione della coscienza umana».

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Pro o contro la bomba atomica. e altri scritti - Elsa Morante

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Chiunque abbia conosciuto Elsa Morante ricorda la straordinaria forza delle sue convinzioni: nette, drastiche, estreme, nemiche acerrime di ogni mezza misura. Ma finora i lettori dovevano ricavare l’impressione di questa forza attraverso l’opera narrativa della Morante. Oggi, con questo libro, ci possiamo avvicinare ai suoi testi saggistici, che…

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La forte crescita della popolazione mondiale, che attualmente è arrivata a superare gli 8 miliardi di persone, è all’origine di uno sfruttamento delle risorse naturali sempre crescente. È dunque di stringente attualità il problema della sostenibilità delle attività umane: diventa cioè sempre più necessario seguire un modello di sviluppo che possa soddisfare le esigenze – nutritive, di consumo, di approvvigionamento energetico, di progresso economico e sociale – della generazione presente senza però compromettere quelle delle generazione future, cioè senza esaurire le ricchezze del pianeta Terra.

Guarda il video sul 7° obiettivo di sviluppo sostenibile dell’Agenda Onu 2030

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Obiettivo n°7 - Energia pulita e accessibile