IIIFurlaIII

Notando la totale o parziale incapacità di certi utenti del forum di valutare grandezze ed unità di misura, spero di fare un'opera utile chiarendo i concetti fisici di potenza ed energia, accennando anche a come ricollegarli alla vita pratica.


Cos'è l'energia?
Bella domanda, il concetto di energia è in realtà molto complesso, al quale molte persone hanno dedicato la propria vita.
Oggi, in fisica, l'energia è comunemente definita come la "capacità di un sistema di compiere un lavoro". Il concetto di lavoro non è difficile da capire, e chiunque abbia studiato un po' di fisica dovrebbe conoscerlo. più in basso una spiegazione che tenta di essere chiara e semplice.

nel sistema internazionale, l'unità di misura dell'energia è infatti la stessa del lavoro, il Joule (J), che equivale al "Newtonmetro" (Nm).
altre unità di misura abbastanza comuni sono la caloria (cal) ed il kilowattora (KWh), essendo tutte queste unità di misura di una stessa grandezza (così come per la distanza, oltre al metro, esistono anche il piede, il pollice, il miglio, eccetera), è possibile passare da una all'altra grazie a semplici fattori di equivalenza:

1 cal = 4,186 J . . . . . . . 1 J = 0,239 cal
1kWh = 3.600.000 J . . 1 J = 0,0000002778 kWh

(in particolare, il KWh è molto usato per esprimere valori su scala umana, anche se di solito si tenta sempre di usare le unità di misura del sistema internazionale. è molto più comodo dire che ogni anno si consumano 3456 kWh, piuttosto che 12441600000 J).

LO SCRIVO CHIARO E TONDO PER CHI NON CAPISCE UN' "h": IL kWh E' UN'UNITA DI MISURA DELL'ENERGIA, E NON DELLA POTENZA, AL CONTRARIO DEL kW!!!
(approfondimenti in fondo)

l'energia si presenta in varie forme: elettrica, meccanica, termica, chimica, nucleare, eccetera. inoltre essa non si crea e non si distrugge, ma si sposta da un corpo all'altro e passa da una forma all'altra.


Mhm, bel trucchetto: per spiegarmi un concetto me ne introduci altri... cos'è il lavoro? che significa che l'energia si trasforma?
Il lavoro è una importante grandezza usata nella fisica meccanica, e si definisce come il prodotto (scalare) tra lo spostamento di un corpo e la forza che è stato necessario applicare al corpo durante tale spostamento.

immaginiamo di avere un bel piatto di massa 1 Kg in mano, all'altezza di 2 metri da terra. la forza gravitazionale (Fp) che lo attrae verso il pavimento è pari al prodotto della massa del piatto per l'accelerazione gravitazionale terrestre (una grandezza approssimativamente costante in tutti i punti della superficie terrestre, che vale 9,8 m/s²):

Fp 1 kg x 9,8 m/s² = 9,8 N

tale forza lo attrae costantemente, ma finché noi lo teniamo in mano, applichiamo ad esso una forza uguale e contraria a quella gravitazionale, che lo tiene fermo. lo spostamento è quindi nullo, quindi il lavoro (la forza (Fp) per lo spostamento) è pari a 0. se però lasciamo cadere il piatto, esso sarà soggetto solo alla forza di gravità Fp, e cadrà verso il basso fino a raggiungere il pavimento, e il lavoro che deriva da ciò è pari a:

9,8 N x 2 m = 19,6 Nm = 19,6 J

19,6 Joule è il lavoro compiuto dal sistema gravitazionale "piatto-Terra", ed è pari all'energia spesa per compierlo; abbiamo detto che, per compiere un lavoro, un sistema deve avere dell'energia, e che essa non si crea dal nulla... infatti quell'energia l'abbiamo fornita noi alzando il piatto (i nostri muscoli prendono a loro volta l'energia necessaria da quella chimica contenuta nelle sostanze che mangiamo), facendo acquistare al piatto una forma di energia detta, nella fisica meccanica, "potenziale gravitazionale".
e abbiamo anche detto che l'energia non si distrugge... quindi una volta che il piatto è arrivato a terra che fine fa l'energia? una piccola parte si disperde in energia termica scaldando pavimento e piatto, un'altra piccola parte produce un moto ondulatorio trasversale delle molecole d'aria (che noi percepiamo come "rumore"), ma la maggior parte scinde alcuni dei legami chimici che tengono il piatto tutto d'un pezzo, e produce il lavoro necessario a far saltare i cocci...

da 15 miliardi di anni l'energia continua a trasformarsi così, da una forma all'altra, senza sosta. viene da chiedersi da dove venga e se ci sarà una fine, e c'è chi sta cercando la risposta... ma in questo momento ci interessa poco.


Ok, ora più o meno so cos'è l'energia. ma se non si crea e non si distrugge, perché io continuo a pagare perché la producano?
purtroppo nella nostra vita noi non ci accontentiamo di avere l'energia che ci serve per vivere, ma ci occorre che tale energia ci arrivi in determinate forme, quantità, modalità e tempi: se così non fosse, bevendo un Kg di benzina avremmo tutta l'energia per fare 3-4 giorni di vita movimentata, e sarebbe molto più facile sfruttare le fonti di energia rinnovabili.

da qui la necessità di trasformarla nelle forme a noi utili (elettricità, calore per scaldare acqua e casa, lavoro per muoverci in auto) a partire da forme che, direttamente, non potremmo sfruttare.

in definitiva ciò che paghiamo è il servizio fatto da chi trasforma l'energia in una forma a noi utile e di trasportarla fino a noi quando ci serve, e noi ci preoccupiamo di usarla, traendone beneficio e ritrasformandola in una forma inutile.

in poche parole il nostro ruolo è di sfruttare una piccolissima parte dell'energia dell'universo trasformandola, accumulandola e spostandola in modo da poterla usare quando e come ci serve, per poi lasciarla disperdere... anche se sempre più spesso ci si rende conto che essa si può in parte recuperare, e che in molti processi tanta energia si disperde senza che sia servita a niente. da qui l'attenzione al rendimento delle varie trasformazioni e il risparmio energetico.


E la potenza che sarebbe?
la potenza misura la quantità di energia nell'unità di tempo, ovvero il rapporto tra l'energia in uscita da una trasformazione e il tempo neessario affinché tale trasformazione si completi.

nel sistema internazionale, infatti, la sua unità di misura è il "Joule al secondo" (J/s) detto anche Watt (W). altre unità di misura della potenza sono il cavallo (CV, in Italia) e la chilocaloria oraria (kcal/h).

1CV = 740 W = 0,74 kW (circa, dipende se vogliamo usare il cavallo europeo o quello britannico...)
la chilocaloria oraria è un'unità di misura obsoleta e non merita neanche che vi citi come convertirla in Watt...

qualche esempio:
- una lampadina da 50 W, per rimanere accesa, consuma l'energia equivalente a 50 J ogni secondo che passa.
in 3 secondi consuma 150 J, in 10 ore consuma 500 Wh, ovvero 0,5 kWh;
- se diciamo che "una famiglia consuma 3456 kWh di elettricità ogni anno" abbiamo appena espresso una potenza: 3456 KWh/anno è la potenza elettrica media dissipata da una famiglia, ovvero la quantità di energia elettrica che tale famiglia riesce a trasformare in altre forme in un dato periodo di tempo; come vedete, l'unità di misura è il rapporto di due unità di misura note: il kWh, che misura l'energia, e l'anno, unità di misura del tempo. infatti, in questo caso, la potenza è il rapporto tra l'energia consumata ed il tempo necessario a consumarla. con un po' di calcoli, che vi risparmio, tale potenza media si potrebbe esprimere in W (o in chilocalorie orarie, se ci tenete ).
- la potenza di un'automobile è data dalla quantità di benzina (o meglio, dalla parte di energia termica ottenuta dalla combustione della benzina) che il motore riesce a trasformare in lavoro in un certo periodo di tempo.

Sì, ma tutta sta pappardella di teorie ed esempi te la potevi risparmiare, io sento parlare di kw, kwh, kw/h, kwh/anno, e nonostante i tuoi sforzi, ancora non ho capito... che cappero sono?!?
(sintesi per tutti, anche per chi si è arreso e trova poco chiaro quanto scritto fin'ora...)
nel sistema internazionale, l'unità di misura dell'energia è il Joule (J);
la potenza è data dal rapporto tra una certa quantità di energia ed il tempo necessario a produrla/consumarla, e si misura in joule al secondo (J/s) detti anche Watt (W);

visto che il W e il J sono unità di misura molto piccole, comunemente si usano altre unità di misura che da esse derivano:
per la potenza il kW (che equivale a 1000 W),
per l'energia il kWh, ovvero la quantità di energia prodotta/consumata in un'ora da qualcosa che ne produce/consuma un kW (e che quindi produce/consuma 1000 Joule ogni secondo che passa).

E' bene far notare che le unità di misura che portano il nome di scienziati (come Watt, Joule, Volt e molte altre) si abbreviano con la lettera MAIUSCOLA!
Inoltre la "k" da anteporre all'unità di misura per indicare il multiplo di fattore 1000 deve essere necessariamente minuscola, se vogliamo attenerci al sistema internazionale!
Usare lettere minuscole nel caso l'unità di misura sia un cognome e mettere la "K" maiuscola sono inesattezze non di poco conto.


mi auguro che quanto scritto fin'ora sia comprensibile... accetto aiuti, suggerimenti e critiche sia da parte di chi queste cose le sa già e sia da parte di chi le vuole imparare, in modo da rendere questo thread un punto di riferimento per chi ci vuole capire di più senza passare ore a studiare la fisica. spero che con la collaborazione di altri utenti possa diventare qualcosa di decente da tenere tra i thread stickati all'inizio della sezione (magari anche in quella del "fotovoltaico").

spero che con il vostro aiuto si possa fare qualcosa di completo e chiaro, per lo meno l'idea ce l'ho messa

Edited by IIIFurlaIII - 22/1/2007, 18:24

Come diceva tanto tempo fa il mio proffio, "se sollevi una valigia da sessanta chili in modo che arrivi a venti centimetri dal pavimento, stai facendo un lavoro, se la porti a cento metri di distanza mantenendola alla stessa altezza.... fai una gran fatica, ma non fai nessun lavoro..."

IIIFurlaIII

non capisco il significato del tuo intervento... se il piatto è fermo non c'è lavoro... se la valigia si muove, anche se rimane alla stessa altezza, occorre compiere un lavoro per spostarla.

Lolio

Una sola precisazione grafica. Nelle abbreviazioni W, kW, kWh, J solo la W e la J si scrivono sempre in maiuscolo. Perché James Watt e James Prescott Joule sono famosi fisici. Così tutte le unità di misura che prendono il nome da una persona si scrivono in maiuscolo. Altri esempi possono essere N (Newton), A (Ampere), C (Coulomb)...

albatronik

Salve a tutti

Se o capito bene io tradurrei il concetto di furla on questa maniera:

Potrei ottenere da un generatore 10000 volt (quindi intensita) con una potenza pari a 0,1 amper
praticamente e pochissima, non riuscirei ad accendere nemmeno una lampadina!!

al contrario 10000 amper a 12 volt un appartamento per 1 giorno sano!!!!

quindi a mio parere sono due entita' che servono entrambi.

e tornando a Furla ha saputo distinguere in maniera formidabile il concetto della potenza messa a disposizione dall'impianto, e quella consumata (ceduta a dei utilizzatori).

Buona giornata a tutti

snapdozierxxxxxxxxxxxxxxxx

Temo che non sia così.
W=V*i
10000V*0.1(A)=1000 1kW (potenza). Se è per un'ora= 1kWh (energia) Ci stiri 2 o tre ore.

12V*10000A=12000 12kW(potenza). Se per un'ora 12kWh (energia) Ci fai un po' più di una giornata in una casa standard
10000V*12A=12000 12kW(potenza). Se per un'ora 12kWh (energia) Ci fai un po' più di una giornata in una casa standard


La potenza è il prodotto voltaggio e amperaggio.
L'energia è questo prodotto per un certo tempo.

IIIFurlaIII

ti ringrazio per la precisazione, e per l'occasione che mi hai dato di farmi qualche ricerchina circa le lettere da anteporre per indicare un multiplo dell'unità di misura, dalla quale ho scoperto una cosa a me nuova: la "k" che sta ad indicare "x1000" (10^3) deve essere minuscola!

operando in campo informatico, io ero abituato ad usare la "K" maiuscola in ogni situazione, pensando che fosse indifferente, mentre la "K" maiuscola indica "x1024" (2^10), quindi la "K" non si può applicare alle unità di misura fisiche ma solo a quelle dell'informazione, come il bit (b) ed il byte (B).

mi sono già adoperato a correggere tutti i "KW" in "kW", ora metto una nota al riguardo in fondo


mhm!

a breve un seguito comprendente fondamenti di elettrostatica/elettrodinamica
non ti offendere, ma non hai l'aria di uno che ha le idee chiare in merito...
tengo a precisare che "una potenza pari a 0,1 amper" non esite perché l'Ampere misura la corrente elettrica e non la potenza (infatti non l'ho citato parlando di potenza )

Edited by IIIFurlaIII - 23/1/2007, 18:09

albatronik

Salve a tutti

Vi ringrazio della dritta che mi avete dato!! stavo proprio andando per il verso sbagliato
adesso mi e' chiaro il concetto.

Comunque scusate se ho detto delle baggianate, ma considerando che non sono un esperto in materia d'elettronica
spero mi non mi giustizierete

Cio che ho citato era solo una mia idea credendo che fosse giusta!!!

ma sono felice cosi'!!!

Vi stimo e vi apprezzo per le vostre doti e livelli culturali in materia

Saluti

Clorofillo

Ciao IIIFurlaIII, ottimo chiarimento, ma volevo sottolineare anche che, in merito alla seguente affermazione:


Noi paghiamo anche la parte di energia persa in fase di trasformazione e in fase di trasporto, ed è tanta ... tanta ... tanta.
La verità è che ancora noi siamo abbastanza arretrati in fatto di trasformazione a costi bassi ad energia di prima specie (elettrica, meccanica ...), ma molto bravi a produrre energia termica che va dispersa nell'ambiente, che va ad aumentare l'entropia dell'universo.

IIIFurlaIII

beh qui si va sul sottile, loro vendono energia ad un certo prezzo di mercato, ovviamente maggiore di quello che pagano per produrla, se poi nel produrla ne perdono altra sono loro che ne pagano di più... ovviamente questo si riperquote anche su ciò che paghiamo noi...

io ho lasciato la questione un po' sul generico con questa parte:

se vuoi approfondire il discorso sarò felicissimo di integrare un tuo "pezzo" nel primo post

Edited by IIIFurlaIII - 26/1/2007, 01:13

Clorofillo

Cosa intendi con "mio pezzo nel primo post"? Scusami ma non intiendo.

Cmq, quando si parla di energia è sempre meglio sviluppare fino in fondo l'argomento, in quanto mi sono accorto che c'è molta superficialità a riguardo.

Sono ben lieto di dare il mio piccolo contributo.

Saluti.

IIIFurlaIII

intendo dire che potresti approfondire tu il discorso, se te la senti

la mia intenzione era quella di tenere aggiornato il primo post della discussione, arricchendolo con i vostri interventi, in modo che venga fuori un "bel lavoretto"

Clorofillo

Sono ben lieto di dare il mio contributo.


E' una ottima osservazione

Saluti.

Clorofillo

Come già detto in maniera corretta da IIIFurlaIII, l'ENERGIA è la capacità di compiere un lavoro. Ma in termini più fisici, cosa è il lavoro ?

Riprendo la citazione di wikipedia, che appare spiegeta molto bene:

Definizione di lavoro

Da qui si capisce perchè se alzo una valigia e cammino, compio lavoro solo nello spostamento orizzontale, anche se sento fatica al braccio per tenerla alzata da terra. E' il coseno dell'angolo tra la forza e lo spostamento a determinare un ruolo importante.

To be continued ......

P.S. aggiungete materiale, punti di vista, critiche e quant'altro ... sono ben accette per capire sempre di più.

Grazie. Saluti.

Clorofillo.

...proprio così

Il Lavoro è definito come
L=F X S! Dove F è la Forza e S è lo spostamento.
La X indica un particolare prodotto viene definito SCALARE!
La fatica a trasportare una valigia la si fa si e si compie anche un lavoro nella direzione orizzontale.
E' tutto un fatto di piani di riferimento.
Saluti

Clorofillo

Ciò che si intendeva mettere in evidenza è che mentre si cammina con una valigia in mano, nel verso ortogonale al moto non si compie lavoro (per tenere la valigia alzata da terra in sostanza), in quanto è nullo lo spostamento verticale (Lv=FxSv=0 in cui il pedice v=verticale).
Il lavoro compiuto è solo sull'asse del moto Lh=FxSh (con h=orizzontale).

Un saluto.

Ok esatta affermazione.
Ciao

janvaljan

Praticamente se la valigia fosse appoggiata su un carrello con ruote ad attrito nullo, noi non faremmo nessuna fatica a spostarla, ossia nessun lavoro.

Se però le ruote fanno attrito, abbiamo che una forza verticale (gravità) viene trasformata in una orizzontale (attrito) e quindi il prodotto scalare f·s (X è vettoriale) mi da un risultato non nullo

Se invece sono io a reggere la valigia, faccio fatica perchè i miei muscoli non sono fermi, ma sono soggetti a continui micromovimenti (poichè in stato di tensione). E siccome questi micromovimenti sono paralleli alla forza (il peso della valigia), ho un lavoro non nullo e quindi "faccio fatica".

Sarebbe molto più efficiente portare i pesi sulla testa o sulle spalle, così che la maggior parte del peso si scaricherebbe sulla struttura ossea, che, essendo rigida, non comporta micromovimenti e quindi lavoro

ElettroRik

Ok allora sentite questa:

Anche ammettendo attrito del carrello = zero, dato che la valigia ha una sua inerzia, e tenderebbe comunque a stare ferma, io spendo energia per spostarla, per metterla in movimento, e poi ne spendo altrettanta per arrestarla. Dove è finita l'energia che ho speso, se il lavoro è nullo?

Tenere sollevato un peso, senza muoversi, comporta uno sforzo muscolare e quindi fatichiamo... pur non compiendo lavoro nel senso fisico del termine. Muoversi orizzontalmente con una valigia in mano significa solo aggiungere del lavoro alla fatica....
Quindi ci si stanca parecchio, meglio appoggiarla a terra e riposars,i sedendosi su di una panchina.

.... naturalmente, se metto la valigia su di un carrello radiocomandato, ed io rimango seduto in poltrona col joystick non faccio nessuna fatica..... (ma faccio del lavoro)

Ok, scherzavo... smetto subito, prima di cominciare anch'io a parlare di forze sorelle e sforzo centri-peto....

IIIFurlaIII

il lavoro lo compi per accelerare il corpo. poi, ammettendo che una volta in moto, su di esso non agiscano forze, esso continua a muoversi indefinitamente a velocità costante.

quando lo fermi, l'energia cinetica se ne può andare in vari modi: in calore se si ferma con un urto anelastico, o in energia potenziale elastica se l'urto è elastico (o in una combinazione delle due nei casi intermedi), oppure in energia potenziale gravitazionale se lo fai fermare su una salita.

tu in particolare fai fatica a fermare un corpo con la forza muscolare perché i tuoi muscoli non sono in grado di recuperare energia, cosìccome spendi energia quando tieni in mano la valigia senza muoverla o scendendo le scale (ovvero quando in verità stai perdendo energia potenziale). i tuoi muscoli spendono energia, che se ne va sotto forma di calore, per controllare che tali perdite di energia meccanica non siano dannose per il tuo organismo (per non fare fatica nello scendere le scale potresti buttarti semplicemente di sotto, ma non so se ci guadagneresti, nel complesso)

albatronik

Ciao,
Secondo me funziona cosi':
Tu trasmetti energia muscolare spingendo il carrello trasformandola in energia cinetica...........il carrello va'......ma.....man mano che va' perde di velocita' trasmettendo energia alle rute disperdendola in attrito, calore, rumore, sgretolamento terreno.
poi appena decidi di fermare la sua corsa il carrello ritrasmette ad i tuoi muscoli la parte di energia rimasta in ciclo, che a so volta tu non potendola gestira la trasmetti alle gambe ai piedi ed al terreno sotto forma di gravita'.


ditemi se sto dicendo una baggianata!!!!

Buon fine settimana a tutti

No, non sotto forma di gravità, ma di attrito (anche se il peso e quindi la gravità sono fondamentali... visto che contribuiscono a detrminare la componente perpendicolare al piano di appoggio, che moltiplicata per il coefficiente di attrito ci dà la FORZA DI ATTRITO RADENTE), anche se la componente elastica ed anelastica hanno una certa importanza. Diciamo che dipende da come sei messo quando cerchi di "frenare " la massa in movimento. Se sei in bicicletta e freni coi piedi direi che si tratta solo di attrito, se fermi una carriola può esserci anche una componente muscolare per contrastare l'urto (l'anelastico lo scarterei, visto che fa un male della madonna)

janvaljan

Per accelerare la valigia sul carrello, immaginandolo privo d'attrito, è necessaria una forza F = m·a. Questa forza per lo spostamento mi darà lavoro. Quindi farò lavoro fintantochè la valigia accelera, ma a velocità costante non ci sarà nessun lavoro (anche perchè per inerzia andrebbe avanti da sola).

Poi per frenarla c'è di nuovo un accelerazione (negativa, quindi decelerazione), quindi devo applicare una forza F = m·a e via dicendo