Energia conoscenze base - Fad Matematica da Roma

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Energia conoscenze base. Il corpo umano.

Energia conoscenze base, consumare, perdere e spesso sprecare energia è una proprietà di tutti i sistemi, compreso l’uomo.

Energia conoscenze base. Il corpo umano.

Livello 1 Riferisce le sensazioni che derivano dalla consapevolezza di aver “consumato” energia dal punto di vista fisico o economico. Riconosce, descrive e rappresenta situazioni quotidiane in cui ritiene si verifichino flussi e trasformazioni di energia: costruisce una prima classificazione empirica. Individua alcune variabili legate ai consumi energetici.

1.1 Riconosce sensazioni derivate dal consumo energetico dopo uno sforzo fisico e ha la percezione dei vari consumi energetici domestici. Le descrive con linguaggio comune;

L’uomo si nutriva per avere forza che usava, ad esempio, per tagliare un albero e così procurarsi il legno e accendere un fuoco, che produce calore, luce e gas che si disperdono nell’aria. L’energia del vento, quando soffiava sulle vele, spingeva le navi sul mare, le barche sui fiumi, faceva ruotare anche i mulini per macinare il grano e produrre farina.

A metà del 1700, con la rivoluzione industriale e l’uso delle macchine a vapore, le fatiche di alcuni uomini diminuirono.

Nella vita di tutti i giorni consumiamo energia, anche senza saperlo. Infatti un corpo che è in stato di quiete, cioè fermo, possiede un determinato tipo di energia chiamata potenziale.
Poi però se c’è l’intervento di una forza, che è la causa che produce un cambiamento nello stato di quiete o moto di un corpo, o che ne modifica la forma, che mette in movimento il corpo si manifesta l’energia cinetica quella di movimento.
Gli scienziati definiscono l’energia come la capacità di un corpo a compiere un lavoro.

1.2 osserva, descrive e rappresenta fenomeni legati a consumo energetico del corpo e riconosce forme diverse di energia utilizzate nella vita quotidiana;

Il lavoro è definito come l’applicazione di energia al fine di ottenere un determinato risultato. La quantità di lavoro compiuto da una forza costante che sposta un oggetto di un tratto lungo la direzione della forza stessa è data da una formula:
L = F x s L = lavoro F = forza s = spostamento

1.3 è consapevole dei trasferimenti e delle trasformazioni di energia che si verificano nelle azioni quotidiane relative alle attività del proprio corpo e all’utilizzo di strumenti tecnologici;

Qualunque corpo in movimento, possiede energia cinetica, mentre un corpo che si trova a una certa altezza rispetto al suolo possiede energia potenziale: più in alto si trova il corpo, maggiore è la sua energia potenziale. Durante la caduta l’energia potenziale si trasforma gradatamente in energia cinetica. Non esistono però solo due tipi di energia ma anche molte altre come quella elastica, chimica, elettrica …

1.4 riconosce alcune variabili legate ai propri consumi alimentari in relazione al lavoro svolto e alcune variabili legate ai consumi domestici in relazione ai tempi di utilizzo delle “macchine”, alla tipologia del “combustibile” usato, costruisce classificazioni empiriche.

Energia conoscenze base. Le diverse forme.

Livello 2 Individua nelle trasformazioni energetiche le varie forme di energia coinvolte; riconosce trasformazioni analoghe in situazioni diverse. Comprende il concetto di bilancio energetico.

2.1 Comprende e impara ad utilizzare i linguaggi specifici delle scienze riferiti all’ambito energetico;

L’energia esiste già in natura e si presenta in forme diverse. Il principio di conservazione dice: ” l’energia ne si crea ne si distrugge ma si può solo farla passare da una forma all’altra.”

Energia conoscenze base. Gli elettrodomestici.

2.2 riconosce e nomina forme di energia coinvolte in vari processi di trasformazione: elettrica, meccanica, termica, gravitazionale, radiante, biochimica, nucleare… partendo da situazioni concrete anche legate all’attività sportiva. Ne comprende la diversa natura qualitativa;

Il frigorifero.

Il principio di funzionamento di un frigorifero si basa sul fenomeno dell’espansione di un fluido, cioè di una sostanza liquida che, nell’attraversare una strozzatura, si raffredda. Il dispositivo di raffreddamento è la cosiddetta valvola di espansione. L’energia elettrica si trasforma in calore a bassa o alta temperatura.

Il fluido operatore, detto anche refrigerante, entra nella valvola di espansione ad una pressione che , per esempio può essere di 8 atm (808 kPa), realizzata grazie ad un compressore elettromeccanico, e ne fuoriesce ad una pressione di poco superiore a quella atmosferica (120 kPa).

Nell’espansione il gas si raffredda; la sua temperatura può passare, per esempio, da circa 30 °C a -25 °C.

Il fluido freddo entra nell’evaporatore, una serpentina fredda disposta all’interno del frigorifero, dove evapora assorbendo calore dal sistema da raffreddare.

Successivamente raggiunge l’ingresso a bassa pressione del compressore. In uscita dal compressore la pressione e la temperatura del fluido crescono.

Il fluido caldo attraversa il condensatore, la serpentina calda disposta sulla parete posteriore del frigorifero, e disperde calore nell’ambiente pre-raffreddandosi prima di rientrare nella valvola di espansione.

2.3 conosce e sa utilizzare le unità di misura delle grandezze fisiche (lunghezza, massa, tempo, temperatura, intensità di corrente, intensità luminosa …) implicate nell’uso quotidiano dell’energia;

Energia conoscenze base. Il consumo.

2.4 in funzione dei consumi energetici sa leggere strumenti come il contatore elettrico o del gas; sa interpretare bollette, tabelle alimentari, informazioni tecniche relative a elettrodomestici;

2.5 comprende l’importanza dell’energia radiante del sole e riconosce alcuni conseguenti processi di accumulo e trasformazione dell’energia sul pianeta Terra. Riconosce le “fonti” di energia alternativa, rinnovabili e non;

Le fonti energetiche si dividono in fonti primarie e fonti secondarie. Le fonti primarie sono quelle che si utilizzano senza la manodopera dell’uomo. Le fonti secondarie sono quelle che invece vengono lavorate dall’uomo.

A loro volta le fonti energetiche si suddividono in rinnovabili, non rinnovabili e alternative.
Le energie rinnovabili sono quelle che ci saranno sempre e che si rinnovano ogni volta come l’acqua, il vento, il calore interno della Terra, il Sole e le biomasse.
Le energie non rinnovabili sono quelle che prima o poi finiranno come il petrolio, il carbone e il gas naturale.
Le energie alternative sono quelle in alternativa delle energie non rinnovabili cioè tutte quelle rinnovabili più l’energia nucleare.

L’importanza dell’acqua. I fattori antropici, cioè dipendenti dall’uomo.

E’ il composto più utile per l’agricoltura e il più usato nell’industria.

L’acqua è strettamente connessa al problema energetico. Basta pensare all’energia idroelettrica, ma si potrebbe ricavare energia anche sfruttando le maree.

Dall’acqua, poi, è possibile ottenere idrogeno, un vettore energetico di grande interesse. Come si realizza questo processo? Cosa significa vettore energetico .

L’oro blu.

Secondo la Banca Mondiale, la carenza di acqua e la sua ineguale distribuzione saranno i nodi più importanti per i politici di questo secolo.

Il pericolo è che le nazioni forti monopolizzino le loro risorse e si impadroniscano di quelle dei paesi vicini. L’acqua potrebbe così diventare oggetto di speculazioni finanziare, una specie di “oro blu”, in analogia con il termine “oro nero” usato per identificare il petrolio. La differenza sostanziale, però, fra l’oro blu e l’oro nero è che il primo ha un valore indispensabile per la sopravvivenza degli esseri umani.

Prof.ssa Margherita Venturi, Dipartimento di Chimica ‘G. Ciamician’ Università di Bologna SCIENZA ATTIVA

2.6 sa cogliere le analogie presenti in tutti i processi di trasformazione dell’energia: la conservazione della quantità totale, la trasformazione di parte dell’energia in calore a bassa temperatura difficilmente riutilizzabile;

2.7 comprende i processi di trasformazione dell’energia nei loro aspetti macroscopici come il legno che brucia o il corpo che cresce, e nei loro aspetti microscopici inerenti le forze intermolecolari, i legami interatomici.

Le trasformazioni di Energia.

Livello 3

Si pone domande specifiche relative all’origine dell’energia, alle modalità delle sue trasformazioni; formula ipotesi relative al bilancio energetico.

3.1 dimostra di aver rielaborato quanto ha appreso ponendo domande coerenti e pertinenti rispetto a fonti energetiche, trasformazioni ed equilibri di processi, “verso” e reversibilità di trasformazioni;

3.2 riconosce e comprende ipotesi di soluzione presentate dalla cultura scientifica relative all’origine delle varie forme di energia e alle trasformazioni energetiche;

3.3 propone e formula ipotesi di risoluzione personali relative a problematiche di trasformazioni e bilanci energetici.

Ricerca di informazioni.

Livello 4 Verifica le ipotesi attraverso una ricerca mirata diretta e indiretta di informazioni, dati, strumenti, esperimenti ed elabora una soluzione adeguata.

4.1 E’ consapevole della molteplicità delle fonti di informazione relative a questioni legate all’origine, produzione, trasformazioni e uso di energia. Riconosce opinioni diverse legate alla produzione

ed uso di energia;

4.2 è in grado di utilizzare più strumenti che gli permettano di diversificare percorsi nella ricerca di informazioni inerenti le problematiche energetiche;

4.3 si orienta tra le varie proposte e sceglie percorsi di ricerca mirati e personali;

Energia conoscenze base. Strumenti di misura.

4.4 utilizza correttamente strumenti di misura necessari al contesto. Effettua misure dirette e calcolare misure indirette utili alla verifica della sua ipotesi in campo energetico;

STRUMENTI DI MISURA: la bilancia, il metro, il termometro, l’orologio

La definizione operativa di una grandezza si basa sul concetto di misura.

MISURA = Insieme di PROCEDURE e di CONVENZIONI che consentono di assegnare ad una grandezza un valore ed una unità di misura.

Unità di misura = intensità di una grandezza fisica alla quale si rapporta l’intensità di tutte le grandezze della stessa specie.
Procedure = Insieme di operazioni tecniche e di relazioni matematiche che correlano una grandezza ad un’altra della stessa specie assunta come unità di misura.
Convenzioni = scelta del campione di misura.
Campione di misura = sistema fisico che realizza ‘unità di misura.

4.5 elabora procedure adeguate alla verifica di ipotesi e sa utilizzare i dati raccolti/selezionati per elaborare una soluzione coerente con la verifica della sua ipotesi in problemi relativi all’energia.

Lo studio dell’Energia.

Livello 5

Riconosce un modello relativo a procedure nello studio di trasformazioni energetiche. Lo ricostruisce e sa applicarlo autonomamente adattandolo a contesti diversi.

5.1 Ricostruisce consapevolmente le procedure messe in atto per la verifica delle sue ipotesi in campo energetico;

5.2 usa disegni, schemi, diagrammi, grafici, per rappresentare le procedure seguite nello studio di trasformazioni energetiche;

5.3 descrive il modello procedurale seguito nello studio di trasformazioni energetiche con precisione e con terminologia scientifica appropriata;

5.4 applica procedure simili nella verifica di ipotesi in altri contesti;

5.5 nel contesto di problematiche energetiche, è in grado di riconoscere l’attendibilità di dati o risultati in base alla correttezza procedurale utilizzata per ricavarli.

Energia conoscenze base. L’uso responsabile.

Livello 6

È consapevole dei mezzi acquisiti che gli permettono di assumere un ruolo attivo, critico e responsabile nei comportamenti personali e sociali riguardanti il risparmio energetico, l’utilizzo di combustibile a minor impatto ambientale.

6.1 E’ consapevole di avere strumenti culturali per poter conoscere e ricostruire modelli strutturali relativi alle varie forme e trasformazioni di energia;

6.2 consapevole di possedere strumenti culturali per poter interpretare fenomeni naturali e informazioni scientifiche idonee a comprendere il funzionamento di centrali di “produzione” di energia e il loro impatto ambientale;

6.3 è cosciente che il cambiamento dei suoi atteggiamenti e comportamenti può contribuire a migliorare la qualità dell’ambiente e della vita attraverso scelte alimentari corrette, un utilizzo consapevole dei combustibili e risparmio energetico;

Energia conoscenze base. Il consumo dell’energia elettrica in casa.

6.4 sostiene e confronta le proprie opinioni relative al consumo energetico argomentando in modo propositivo nel contesto sociale;

L’illuminazione domestica può incidere fino al 15-20% dei consumi di una casa, se le lampadine sono a incandescenza. Se pero istalliamo delle lampade a basso consumo, soprattutto nei punti luce accesi per più ore al giorno, le emissioni di CO₂ si riducono fino all’80%. Sebbene le lampadine tradizionali costino poco, hanno vita media breve e scarsa efficienza energetica. Quelle a risparmio energetico, invece, a parità di illuminazione hanno un costo di acquisto maggiore che viene però ammortizzato velocemente, visto che durano molto di più e consumano il 20% in meno rispetto a quelle a incandescenza; se si considera una durata media giornaliera di accensione di 4 ore, la lampadina a risparmio energetico durerà 2000 giorni, ovvero 5 anni. Questo si traduce in un risparmio totale di 100 euro, pari a 20 euro all’anno per lampadina. Ricordate, comunque, che la luce va spenta sempre quando non serve.

Energia conoscenze base. Lo scaldabagno.

Lo scaldabagno elettrico è il nemico pubblico n°1 in termini di consumi energetici, costi in bolletta ed emissioni di CO₂. Nonostante ciò in Italia sono in uso, a tutt’oggi, oltre 18 milioni di scaldabagno elettrici. Un modello di medie dimensioni da 1.500 W in funzione per un’ora consuma 1,5 chilowattora (kWh), emettendo 800 gr. di C0₂. Le emissioni dovute a uno scaldabagno in un anno diventano molto consistenti: un elettrodomestico di questo tipo funzionante per 3 ore e mezza al giorno consuma in un anno oltre 1.900 kwh emettendo più di una tonnellata di anidride carbonica. E allora evitiamo di sprecare acqua calda, riduciamo i tempi di accensione e soprattutto cerchiamo di optare per la decisione più saggia: la sostituzione in tempi brevi dello scaldabagno elettrico con una caldaia a metano, possibilmente a condensazione che permette un risparmio del 20% rispetto a quella convenzionale a gas.

Energia conoscenze base. Il frigorifero.

Il frigorifero e il congelatore sono gli elettrodomestici più energivori dopo lo scaldabagno elettrico. Vale la pena ricordare i canonici consigli sul loro Uso: non abbassare troppo la temperatura di esercizio, non aprire troppo a lungo e inutilmente lo sportello, non riporre cibi caldi. Se invece se ne deve acquistare uno nuovo, occorre fare attenzione all’etichetta energetica presente su ogni modello: un frigorifero di classe C consuma in un anno mediamente 500 kWh ed emette circa 300 kg di C0₂, mentre uno di classe A risparmia all’anno almeno 200 kWh e 130 chili di anidride carbonica.

Energia conoscenze base. La lavatrice e la lavastoviglie..

La lavatrice e la lavastoviglie sono altri due elettrodomestici molto energivori. Se vengono utilizzate a pieno carico, a temperature medie – basse e senza asciugatura, si ottiene un risparmio dei consumi energetici e di anidride carbonica che può arrivare fino al 50%. In caso si debba sostituire il vecchio elettrodomestico attenzione all’etichetta energetica: tanto per fare un esempio un ciclo di lavaggio con una lavatrice a basso consumo può evitare l’emissione di 250 grammi di C0₂ rispetto a un modello tradizionale, In un anno poi una lavatrice di classe C consuma mediamente 100 kWh in più con un surplus annuo di C0₂ pari a 6o kg rispetto a una di classe A. Per le lavastoviglie di classe A rispetto alla C invece il risparmio annuo di gas serra è in media di oltre 50 chili.

Energia conoscenze base. Il televisore e il pc.

Anche la televisione e il PC danno il loro contributo in termini di emissioni di C0₂. Un televisore da 14 pollici acceso per 4 ore al giorno produce in un anno 43 kg di C0₂ (emesse anche da un PC acceso per le stesse ore), mentre uno da 29 pollici circa 130 chili. Se nelle restanti 20 ore della giornata non spegniamo il televisore ma lo lasciamo in stand-by, le emissioni quasi si raddoppiano.

Energia conoscenze base. L’impianto di riscaldamento.

Anche l’eccessivo tepore casalingo nei mesi invernali produce molta anidride carbonica Con semplici regole però il risparmio è certo. Ad esempio è sempre bene regolare la temperatura interna sul20°C di giorno e di 16° C di notte. Se si ha l’impianto autonomo basta programmare l’accensione dell’impianto, almeno mezz’ora prima del ritorno a casa: la casa nel frattempo sarà sufficientemente calda. Se invece l’impianto di riscaldamento è condominiale, vale la pena convincere tutti i condomini a installare le valvole termostatiche. Con questi accorgimenti si può risparmiare combustibile e emissioni di CO₂ fino a un 20%. ( fonte Polymath )

Energia conoscenze base e approndimenti.

6.5 manifesta interesse e curiosità di approfondire in maniera autonoma argomenti riguardanti l’energia.

Il prezzo medio annuo preliminare del petrolio dell’OPEC per il 2021 è di 68,19 dollari USA al barile. Questo è in aumento rispetto ai 41,47 dollari statunitensi dell’anno precedente, che era solo leggermente superiore al prezzo medio annuo durante la crisi petrolifera del 2016. Il calo dei prezzi del 2020 è stato il risultato di un significativo calo della domanda di carburante per i trasporti e dell’indebolimento delle prospettive economiche durante la pandemia di coronavirus. L’abbreviazione OPEC sta per Organizzazione dei Paesi esportatori di petrolio e da giugno 2021 include Algeria, Angola, Congo, Guinea Equatoriale, Gabon, Iraq, Iran, Kuwait, Libia, Nigeria, Arabia Saudita, Venezuela ed Emirati Arabi Uniti. L’obiettivo dell’OPEC è coordinare le politiche petrolifere dei suoi Stati membri. È stata fondata nel 1960 a Baghdad, in Iraq

Uscire di casa, prendere l’automobile per andare a lavoro, a scuola o a fare la spesa e un’altra azione che produce molta anidride carbonica. Percorrendo dieci chilometri in città in un’automobile di media cilindrata si producono oltre 3 kg di anidride carbonica, che si riducono di oltre il 90% prendendo l’autobus e del 100% andando a piedi o in bici. Andando invece da Roma a Milano e viceversa con l’aereo si producono 80 chili di CO₂ per passeggero, che diventano 17 prendendo il treno.

Le Scienze e l’Energia.

Livello 7

Riconosce il valore delle Scienze come strumento gratificante di interpretazione della realtà e di orientamento personale anche per accedere ad ulteriori percorsi formativi di tipo scientifico.

7.1 Esplicita la soddisfazione di aver acquisito strumenti culturali che gli permettono di

– interpretare fenomeni e comprendere comunicazioni scientifiche relative a problematiche energetiche e ambientali;

– aver maturato comportamenti responsabili relativamente all’utilizzo di energia;

– avere maturato conoscenze scientifiche, opinioni e di saperle argomentare;

– sentirsi parte attiva nel sociale proponendosi con comportamenti che contribuiscono a migliorare la qualità della vita e a incrementare il risparmio energetico;

– approfondire, ampliare e aggiornare conoscenze scientifiche;

– conoscere meglio le proprie potenzialità ed i propri limiti ai fini dell’orientamento nel mondo del lavoro.