La fusione nucleare

Ti sei mai chiesto come funziona il sole? Come fa a fornirci tanta luce e tanto calore? Il sole è un immensa palla di idrogeno e ogni istante gruppi di 4 atomi di idrogeno si uniscono tra loro per formare un atomo di elio. Questo processo si chiama fusione nucleare.
4 atomi di idrogeno -> 1 atomo di elio
E l'energia da dove arriva?
Supponiamo di avere 1 chilogrammo di idrogeno e di andarlo a convertire, tramite reazioni nucleari, in elio. Pesiamo l'elio ottenuto e ci rendiamo conto che abbiamo solo 993 grammi. 7 grammi di materia sono svaniti.
Magia? No. Che fine ha fatto la massa scomparsa? Si è trasformata in energia secondo la formula Energia=massa * c². (c è la velocità della luce).
7 grammi, poca energia? Non direi.
Dato che c²=90000000000000000 (m/s)², basta pochissima massa per ottenere tantissima energia.
Nel nostro esempio, tramutando un chilo di idrogeno in elio avrei prodotto un energia pari a 630000000000000 J (il Joule è l'unita di misura dell'energia) e vi dovete fidare sulla parola è tanta, tanta, tanta energia, equivale a circa un terzo del consumo di energia elettrico italiano in un ora.
21 grammi di materia potrebbero alimentare per un'ora tutta l'Italia.

Guardiamo questo primo video.

Attualmente non esistono centrali nucleari a fusione. Il perché è collegato al meccanismo di avvio delle reazioni.
Prediamo i 4 atomi di idrogeni, prendiamo i loro nuclei: sono 4 protoni, tutti e 4 con carica elettrica positiva. Come li convinco ad avvicinarsi abbastanza da fondersi in un nuovo atomo.
"Ehi protone, ti vuoi avvicinare a quell'altro protone?"
"Non ci penso minimamente, ha la mia stessa carica elettrica positiva e mi fa repulsione."
I quattro protoni tendono a respingersi tra loro per la forza elettrostatica. Li devo proprio spingere con tanta forza. Nelle stelle mi aiutano l'immensa gravità e la velocità. La velocità nelle particelle si manifesta come calore, più sono calde, più corrono. La gravità le avvicina, la velocità le fa sbattere le une contro le altre provocando le reazioni nucleari. Un milioncino di gradi centigradi basta ad accedere una stella.

Sulla terra, dove non possiamo aiutarci con la gravità, dobbiamo riscaldare l'idrogeno fino a 150 milioni di gradi. Ecco perché fino ad oggi non sono ancora stati accesi reattori nucleari a fusione: non ci riusciamo, dobbiamo far correre veloci veloci le particelle.
Si usano strutture a ciambelle e dentro un gas caldissimo che non tocca le pareti e che tramite campi magnetici dovrebbe raggiugere qualle temperature. Per semplificarci il lavoro, invece di quattro atomi di idrogeno, usiamo due tipi di idrogeno diversi, due suoi isotopo: il deuterio e il trizio.

È in costruzione un prototipo di reattore a fusione, questo video ve ne parla.

La fissione nucleare e la reazione a catena

In questo video viene spiegato in modo molto semplice e chiaro il concetto di fissione (o scissione) nucleare e il funzionamento di una centrale nucleare a fissione.

Nella fissione nucleare un atomo grande, l'atomo di uranio, viene colpito da un neutrone, si spacca in due atomi più piccoli e vengono prodotti due neutroni.
La massa dell'atomo di uranio e del neutrone iniziale è maggiore dalla massa degli atomi e dei neutroni ottenuti.
Un po' di massa è svanita! Che fine ha fatto? Si è trasformata in energia secondo la formula Energia=massa * c². (c è la velocità della luce)
Dato che c²=90000000000000000 (m/s)²,basta pochissima massa per ottenere tantissima energia.

Dalla scissione di un solo atomo di uranio otterrei poca energia. Soffermiamoci sui due neutroni prodotti. Se questi incontrano due atomi di uranio provocano due scissioni, e 4 neutroni, che se incontrano 4 atomi di uranio provocano 4 scissioni e 8 neutroni... 2, 4, 8, 16, 64, 128, 256, 512, 1024.... si sviluppa una reazione a catena e tanta energia.

Questo video, tramite semplici trappole per topi, ci spiega il concetto di reazione a catena.

Nelle centrali nucleari la reazione a catena è controllata, cioè si fermano i neutroni. Nella bomba atomica la reazione a catena è incontrollata.

Come si forma il petrolio e i giacimenti di petrolio

Come si forma il petrolio, a cura di EniScuolaChannel

I giacimenti di petrolio

Assonometria isometrica prisma base triangolare

Assonometria isometrica prisma base triangolare, video di Danilo Eandi

Assonometria isometrica piramide base rettangolare

Assonometria isometrica piramide base rettangolare, video di Danilo Eandi

Le centrali termoelettriche

Due video, un che fa vedere una centrale termoelettrica con tutte le sue trasformazioni, e una altro con una mappa concettuale e lo schema logico di funzionamento

Cos'è l'energia?

Energia e lavoro 
Compagni inseparabili, preziosi per gli esseri umani. 
La conquista dell'energia ha condizionato lo sviluppo delle civiltà passate e presenti. Gli esseri umani hanno bisogno dell'energia immagazzinata nel cibo per vivere e si servono di quella prodotta dai combustibili e dall'elettricità per azionare le macchine. Non si può compiere lavoro senza spendere energia. L'energia può assumere forme diverse: radiazione solare, calore, energia elettrica, energia nucleare e chimica e altre ancora. Lavoro ed energia si trasformano l'uno nell'altra senza scomparire mai: si conservano e non si distruggono. Ma è altrettanto vero che l'energia utilizzabile per compiere lavoro si consuma, trasformandosi in calore, una forma poco pregiata e poco adatta a ricavare nuovo lavoro.

Dall'enciclopedia Treccani ragazzi
 
Video di gruppohera

Assonometria isometrica di un parallelepipedo

Assonometria isometrica di un parallelepipedo, video di Danilo Eandi.

Energia - un fenomeno dai mille volti

Per iniziare la nostra avventura nel mondo dell'energia, condivido con voi questo opuscolo molto semplice che racconta in modo chiaro ed elementare tutti gli aspetti principali legati all'energia.

http://www.giocambiente.it/sites/default/files/meravigliosambiente/6_energia_sito.pdf

Prodotto dalla Fondazione per l'Ambiente e l'Ufficio Scolastico Regionale della Lombardia, fa parte della collana Meravigliosamente.

Buon 2015/2016

Buon anno scolastico 

a tutti

L'energia eolica

Nell'energia eolica si sfrutta l'energia del vento, ovvero il movimento dell'aria, ovvero l'energia cinetica posseduta dall'aria, per produrre energia elettrica.
Il movimento del vento viene intercettato dalle pale delle turbine eoliche, dette aerogeneratori che si mettono a ruotare.
Quindi il vento cede parte della propria energia cinetica agli aerogeneratori che che la acquisiscono.
Negli aerogeneratori sono presenti dei generatori elettrici che convertono l'energia cinetica acquisita dalle pale in energia elettrica.

Guardiamo i prossimi due video.

C'è da aggiungere che non è possibile installare ovunque parchi eolici: il vento deve essere presente per un numero sufficiente di giorni l'anno e deve essere di direzione costante.
Se il vento cambia direzione spesso le pale non riescono ad orientarsi molto velocemente per inseguire il vento. Di fatto questi sistemi sono direzionali: funzionano bene se il vento spira sempre dalla stessa direzione, cioè lungo l'asse di rotazione delle pale.

Esistono anche aerogeneratori molto piccoli, adatti all'uso domestico. Si tratta di minipale e per questo si parla di minieolico.
Nel video seguente potete vedere una turbina per minieolico ad asse di rotazione verticale. Le pale hanno una conformazione molto diversa dalle pale degli aerogeneratori classici e sono in grado di intercettare il vento da qualsiasi direzione arrivi, superando il limite della direzionalità tipico degli impianti più grandi. Per ora si tratta di una soluzione adottata solo nel minieolico, cioè per impianti molto piccoli.

Circuiti elettrici: lampadine in serie e in parallelo

Nel video seguente (in inglese) sono mostrati due semplici circuiti:

• il primo composto da quattro lampadine in serie + l'alimentazione
• il secondo composto da quattro lampadine in parallelo + l'alimentazione

Nel caso delle lampadine in serie, le lampadine sono tutte sullo stesso ramo del circuito. Il circuito è alimentato con una tensione si 120 Volt, il che vuol dire che ai capi del ramo ci sono 120 Volt. Le lampadine sono tutte uguali e questa tensione si ripartisce tra le quattro lampadine. Ai capi di ogni lampadina ci sono solo 30 Volt. 30 Volt * 4 = 120 Volt è la tensione ai capi del ramo.
Nel video viene fatta vedere prima la luminosità della lampadina collegata da sola, quindi con una tensione di 120 Volt, e poi nel circuito serie. In questo caso, proprio perché ai capi della singola lampadina c'è una tensione minore, le lampadine risultano meno luminose.
Inoltre il ramo è unico: se si toglie una lampadina la corrente non è più libera di scorrere e tutte le lampadine si spengono.

Nel circuito parallelo le quattro lampadine sono su quattro rami distinti. Ognuno di questi vede ai suoi capi una tensione di 120 Volt, quindi le lampadine sono luminose come se fossero montate da sole.
Inoltre, proprio perché sono quattro rami indipendenti, se si stacca una lampadina, la corrente può continuare a scorrere attraverso gli altri rami senza problemi: le altre lampadine restano accese.

Cliccando sul link sottostante potete accedere ad un simulatore che vi permette di costruire circuiti elettrici virtuali.

• Costruire circuiti elettrici

La produzione di energia elettrica tramite solare fotovoltaico

I pannelli solari fotovoltaici sfruttano un fenomeno fisico chiamato effetto fotoelettrico. Quando alcuni materiali opportunamente trattati, per esempio delle celle fotovoltaiche al silicio, vengono colpite dalla luce, ed in particolare dalla particella elementare della luce, il fotone, queste celle liberano degli elettroni e producono una corrente elettrica.
Luce che si trasforma direttamente in energia elettrica.
Guarduamo questo video.

I pannelli solari fotovoltaici possono essere installati su un tetto per produrre energia elettrica. Dato che di notte non producono energia elettrica e quando c'è maltempo ne producono poca, chi decide di installarli non si stacca dal fornitore di energia elettrica (per esempio l'ENEL). 

Inoltre in alcuni periodo del giorno i pannelli solari possono produrre più energia del necessario. Quindi, oltre ai pannelli solari, chi installa questi impianti, ha anche uno speciale contatore in modo che quando produce più energia di quella che consuma la vende alla rete elettrica, quando consuma più di quella che produce l'acquista dalla rete elettrica. SE HAI QUESTO TIPO DI IMPIANTI SEI UN PRODUTTORE DI ENERGIA ELETTRICA.

E' tutto spiegato in questo video.

Tanti pannelli fotovoltaici possono essere usati per formare una centrale fotovolraica. In questo caso non ci sono turbine, e alternatore: viene prodotta direttamente energia elettrica.

Lo sapevate che i pannelli fotovoltaici sono fondamentali nell'industria aerospaziale per alimentare satelliti e stazioni spaziali? Qui in basso un'immagine della Stazione Spaziale Internazionele, i pannelli fotovoltaici sono l'elemento più grande e visibile.

Produzione di energia elettrica tramite solare termodinamico

Con produzione di energia elettrica tramite solare termodinamico si intende lo sfruttamento del calore del sole per la produzione di energia elettrica.
Questo calore viene sfruttato per far evaporare acqua alla temperatura di 500/600 gradi centigradi.
Il vapore surriscaldato che si ottiene ricorda il getto potentissimo di un geyser e viene usato per azionare una turbina a vapore che si mette a ruotare.
La turbina a vapore è collegata ad un alternatore che produce energia elettrica, quest'energia elettrica viene immessa nella rete elettrica tramite un trasformatore.
Facile, no?

In teoria sì, ma sebbene il sole sia molto caldo, non mi risulta che in nessun punto della terra si raggiungano temperature di 500/600 gradi centigradi. Il trucco che si usa consiste nel concentrare i raggi solari.
Vedremo due tecnologie, le torri solari e i sistemi a collettori parabolici lineari.

Le torri solari

Si tratta di una tecnologia molto diffusa all'estero. Si posizionano centinaia di specchi che riflettono i raggi solari in un unico punto: in cima ad una torre. La temperatura sulla cima della torre raggiunge il valore desiderato di diverse centinaia di gradi centigradi, in grado di produrre vapore surriscaldato.

All'interno della torre scorre un fluido termovettore, (cioè che trasporta acqua) e non acqua, fatto di una miscela di sali alla base di comuni fertilizzanti. Non si può far scorrere acqua sia perché diverrebbe vapore surriscaldato nei tubi e sarebbe più difficile da gestire, sia perché questo fluido conserva il calore molto bene, anche di notte.
Ma andiamo per passi.
Nell'impianto ci sono due serbatoi, uno in cui il fluido termovettore è freddo (intorno ai 300 gradi, lo so, non è poi così freddo, ma è una temperatura insufficiente per produrre vapore surriscaldato) e uno in cui è caldo (intorno ai 600 gradi).
Dal serbatoio freddo il fluido va verso la torre, sale sulla cima, si riscalda fino a 600 gradi e poi ridiscende fino al serbatoio caldo.
Dal serbatoio caldo viene prelevato e tramite una serie di tubicini scambia il suo calore con l'acqua. L'acqua si riscalda e diventa vapore surriscaldato, il fluido si raffredda e torna nel serbatoio freddo.
Il bello di queste centrali è che possono produrre energia elettrica anche di notte o quando c'è poco sole: possono produrre energia elettrica finché nel serbatoio caldo è accumulato calore.

I prossimi due video sono in inglese; nel primo dal minuto 1:35 spiega il funzionamento della centrale. Guardatalo perché le immagini spiegano bene. Al minuto 2:40 parla della tecnologia con i due serbatoi.

In questo video, dal minuto 2:10, viene descritto il funzionamento di un'altra centrale solare a torre. Lo schema è sempre lo stesso. Al minuto 2.45 fanno vedere come toccando da fuori il serbatoio caldo, a 565 gradi centigradi, non si sente alcun calore perché è ben isolato termicamente. Il tecnico, quello più anziano, definisce questo serbatoio una sorta di batteria termica (e non elettrica) che può far funzionare le turbine per 15 ore in assenza di sole

I sistemi a collettori parabolici lineari

Le torri solari, però hanno dei limiti: è difficile concentrare in un unico punto i raggi solari.

Il premio Nobel italiano Carlo Rubbia ha proposto e ideato un sistema che, invece che concentrare il sole in un unico punto, lo concentra lungo il percorso di un tubo molto lungo.
Lo schema con i due serbatoi rimane invariato, ma il fluido comincia a riscaldarsi appena entra nel tubo. Guardate questa immagine per capire meglio:

Gli specchi sono leggermente incurvati (la curva geometrica si chiama parabola, la stessa delle antenne) e riflette la luce solare sul tubo che passa al centro.

Si tratta di una tecnologia tutta italiana. Il primo prototipo è stato costruito a Priolo Gargallo in provincia di Siracusa. Il nome, progetto Archimede è dedicato a Archimede di Siracusa, inventore, matematico e fisico siracusano nato nel 287 a.C. che tra le altre cose inventò gli specchi ustori, con i quali riusciva a concentrare i raggi solari sulle navi nemiche a ad affondarle.

Guardate questo video.

Il solare termico per la produzione di acqua calda e per il riscaldamento

In questo post parliamo dello sfruttamento del calore del sole (solare termico) per raggiungere temperature basse, inferiori ai 100 gradi centigradi.
Si tratta di temperature che possono essere utilizzate per la produzione di acqua calda o per il riscaldamento domestico.

Si montano sul tetto della casa dei pannelli solari. Un fluido detto termovettore (cioè che trasporta il calore) scorre attraverso i pannelli e si riscalda. Il fluido riscaldato cede poi il suo calore a dell'acqua contenuta in un serbatoio che si riscalda. Fluido e acqua non vengono direttamente a contatto: il fluido passa attraverso una serie di tubicini collocati nel serbatoio.

Con uno schema di funzionamento del genere, in caso di maltempo prolungato o di notte, nel serbatoio può terminare l'acqua calda. Per questo, oltre ai pannelli solari, si deve sempre avere un altro tipo di caldaia, per esempio a gas, che garantisca l'acqua calda quando il sole non c'è.

L'energia geotermica

L'energia geotermica è l'energia collegata al calore del sottosuolo terrestre.
Il nostro pianeta ha un nucleo molto caldo, ed il calore arriva fino a pochi chilometri al di sotto della crosta terrestre.
Alcune volte questo calore è ad una temperatura molto elevata, molto al di sopra dei 100 gradi centigradi, capace di trasformare l'acqua in forti getti di vapore. Questo calore può essere usato per la produzione di energia elettrica.
Altre volte questo calore ha una temperatura più bassa, 80, 90 gradi centigradi, e può essere utilizzato come riscaldamento. Vediamo entrambi i casi.

Produzione di energia elettrica

Produzione di calore per riscaldamento e acqua calda

Si tratta solo di esempi: esistono decine di progetti e decine di tecnologie in fase di sviluppo, ognuna diversa dall'altra.

Da FIFA 1994 a FIFA 2015 e Sensible Soccer, l'evoluzione della grafica nei videogiochi: vista dall'alto, assonomtria e prospettiva.

In questo post voglio raccontarvi come discorsi quali viste dall'alto, assonometrie e prospettive, non sono solo chiacchiere astratte, ma le ritrovate nei videogiochi con i quali vi divertite ogni giorno.
Come tema dei videogiochi ho scelto il calcio e l'evoluzione dei videogiochi calcistici.

Cominciamo con Sensible Soccer (se ne parlate ai vostri genitori potrebbero conoscerlo), un titolo del 1992. Sebbene i giocatori siano vagamente tridimensionali, il gioco è bidimensionale. Il campo di calcio è visto dall'alto, non c'è nessun effetto reale di tridimensionalità.
È come se ci fosse una telecamera sopra il campo che si muove per tenere sempre inquadrato il pallone, ma di fatto guarda il campo sempre dall'alto.

Passiamo alla serie FIFA. La prima versione è del 1994. Il video è abbastanza lungo, ma concentratevi nel passaggio da FIFA 95 a FIFA 96, siamo poco dopo l'istante 1:00. Cosa succede alla grafica? C'è letteralmente un salto di qualità, e non è nei dettagli o nella risoluzione, ma nella rappresentazione grafica.

Si passa da una rappresentazione in assonometria isometrica ad una rappresentazione in prospettiva.

Nella coppia di immagini sottostante vedete FIFA94. Già dalla prima immagine, guardando le righe del campo, si intuisce che si tratta di un'assonometria. Nell'immagine più in basso vi ho inserito una possibile terna di assi x, y, z. Vedete, sono gli assi dell'assonometria isometrica.
Caratteristica delle assonometrie è che le righe che nella realtà sono parallele, si disegnano parallele, ed infatti le righe del campo sono disegnate tutte parallele tra loro. Conseguenza di ciò, un oggetto o è lontano, o è vicino, si disegna sempre con le stesse misure.

Facciamo un salto di venti anni in avanti. Ora siamo a FIFA2015. La rappresentazione usata è la prospettiva frontale ad un punto di fuga.
Vedete che ora le rette che nella realtà sono parallele, nel disegno convergono tutte verso un unico punto. L'effetto di questo è che più un oggetto è lontano dal punto di vista dell'osservatore più si disegna piccolo.

Il disastro del Vajont

Il disastro del Vajont fu l'evento occorso la sera del 9 ottobre 1963 nel bacino idroelettrico artificiale del Vajont, a causa della caduta di una colossale frana dal soprastante pendio del Monte Toc nelle acque del sottostante lago. La conseguente tracimazione dell'acqua contenuta nel lago ed il superamento della diga, provocarono l'inondazione e la distruzione degli abitati del fondovalle veneto, tra cui Longarone, e la morte di 1.917 persone.
FONTE: WIKIPEDIA

Per capire dove si trova:

In questo video potete vedere una ricostruzione al computer di quello che accadde.

Qui vedete la diga dopo il disastro. Il monte è franato, ma la diga è addirittura rimasta in piedi. Un bene? Non è detto, perché l'acqua per scavalcare la diga ha acquisito ancora più energia.