sabato 3 settembre 2016

COS' E' L'ENERGIA?

E' difficile rispondere a questa domanda con una definizione di facile comprensione, in quanto il concetto di energia in fisica è ostico da capire a causa della sua natura astratta. Possiamo solo dire che ha un carattere strettamente matematico al punto di spingere gli studenti ad un rifiuto della comprensione del concetto. Leggiamo sui libri di testo che l'energia è una grandezza fisica che conferisce ad un sistema la capacità di compiere lavoro. Facendo riferimento alla meccanica classica newtoniana, possiamo pensare all'energia come ad una "etichetta" con un numero, associata ad un qualsiasi corpo".

Secondo il  nobel Richard Feynman
“C’è un fatto, o se volete, una legge, che governa tutti i fenomeni naturali finora osservati. Non è nota alcuna eccezione a questa legge. La legge si chiama conservazione dell’energia. Essa stabilisce che esiste una certa quantità, che chiamiamo energia, che non cambia nei molteplici cambiamenti a cui la natura è soggetta. Si tratta di un’idea astratta, espressa tramite una legge matematica; dice che c’è una quantità numerica che non cambia quando succede qualsiasi cosa. Non si tratta di una descrizione di un meccanismo, o di qualcosa di concreto; è semplicemente la constatazione di questo fatto strano: possiamo calcolare un certo numero all’inizio, e poi ricalcolarlo dopo aver osservato la natura agire con tutti i suoi trucchetti, e quel numero rimarrà lo stesso.”
(Dalle lezioni di fisica di Richard Feynman, 1961)

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Tornando al concetto di energia come etichetta possiamo dire che essa è un numero associato ad un corpo che varia a seconda del contesto in cui il corpo si trova. Questo ci porta a distinguere l'etichettatura di tipo posizionale che chiamiamo energia potenziale, in cui al corpo si associa un numero che varia a seconda dalla posizione che occupa rispetto al livello zero del pavimento e che aumenta con l'aumentare della quota del corpo dal pavimento; ma l'energia si può trasformare in un altra etichetta chiamata energia cinetica, basti pensare alla caduta di un corpo in assenza di attrito in cui perdendo quota diminuisce la sua energia potenziale ed aumenta l'energia cinetica o di movimento, in assenza di attrito. Possiamo dire che l'energia intesa come etichetta cui associamo il carattere astratto di numero può trasformarsi in varie forme, ma ricordiamo che l'energia si conserva in una particolare situazione quando il sistema è isolato, ossia il numero associato all'etichetta non cambia!
Dato pertanto un sistema di corpi soggetti a forze conservative, l'energia meccanica del sistema intesa come somma delle energie potenziali e cinetiche dei vari componenti il sistema è costante:     

con U= energia potenziale,  Ek = energia cinetica, E= energia meccanica
Se agiscono solo forze conservative, l'energia meccanica si conserva. Ma se questo non accade saremo costretti a considerare anche l'energia interna dei corpi, tenendo distinto il lavoro delle forze esterne e a valutare la capacità di tale lavoro di influenzare l'energia interna del sistema; questo ci porterà ad introdurre il concetto di energia interna di un sistema e di calore. Concludo ricordando che il lavoro e il calore sono misure di trasferimento di energia e precisamente il lavoro(L)= misura di energia trasferita e dovuta alle forze esterne al corpo, calore(Q)= misura di energia interna trasferita tra corpi a differente temperatura e dovuta alle forze interne al corpo.
DEFINIZIONI:
1) Energia interna: energia immagazzinata dalle particelle costituenti il corpo. Questa forma di energia può essere influenzata direttamente da un trasferimento di calore. 
L’energia interna può essere accumulata come energia cinetica molecolare, energia vibrazionale delle molecole, energia di legame tra atomi…
2) Variazione di energia accumulata= variazione(energia interna)+variazione di energia esterna(energia potenziale+energia cinetica)
3) Energia in transito=Calore e Lavoro
4)Calore e lavoro sono le sole forme di energia che un sistema può scambiare con l’ambiente senza trasferimento di materia.
La radiazione è anch’essa una forma di energia in transito