LA MATERIA E LE DIVERSE FORME DI ENERGIA

Tutti i pianeti dell'universo compreso la Terra sono composte da una parte di Materia (M) e da una parte di Energia (E).

LA MATERIA

La materia occupa spazio e si può dividere in Massa e Inerzia.

La Massa può essere definita come una quantità di materia unita in modo da formare un tutto compatto di qualsiasi forma.

Mentre l'Inerzia è la proprietà intrinseca della materia di opporsi a qualunque cambiamento del proprio stato di quiete o di moto.

La materia è formata da molecole a loro volta formate da atomi.

Gli atomi sono composti da protoni a carica positiva e neutroni a carica neutra che uniti formano il nucleo (esso determina il peso dall'atomo), mentre degli ioni a carica negativa detti elettroni orbitano attorno al nucleo, essi non hanno peso.

La Materia può esistere in tre diversi stati o stadi:

Lo stato solido, come le rocce.

Le particelle che compongono un

solido sono sempre in movimento

ma mantengono le loro posizioni

molto ravvicinate

I solidi hanno forma e volume proprio

Lo stato liquido, come il mare;

Le particelle che compongono un

liquido sono anch'esse in continuo

movimento, ma sono più distanziate

fra loro.

I liquidi assumono la forma del

recipiente che li contengono e

perciò non hanno forma propria.

Lo stato gassoso come l'aria.

Le particelle che compongono un

gas sono molto distanziate fra loro

e in continuo movimento, tendono ad

occupare tutto lo spazio a loro dispo-

sizione.

I gas non hanno né volume, ne forma

propria.

L'ANTIMATERIA

L'antimateria si studiano tutt'ora gli scienziati e avviene quando i protoni di un atomo sono di carica negativa e i elettroni sono di carica postiva.

L'ENERGIA

Grandezza fisica che esprime la capacità di un sistema fisico a compiere lavoro.

Si distinguono due forme diverse di energia: l'energia cinetica e l'energia potenziale

L'energia cinetica è posseduta da tutti i corpi in movimento, pari al prodotto della massa del corpo per il quadrato della sua velocità.

Questa energia può essere trasmessa (nel caso di un corpo in movimento che urta un corpo fermo) o interrotta (se appunto si interrompe il movimento di un corpo).

Per esempio se facciamo cadere da uno scivolo 2 palline di stesso materiale e stessa massa e che vadano ad urtare 2 palline uguali, ma a distanze sullo scivolo diverse, noteremo che la pallina colpita da quella più in alto dello scivolo (cioè quella che ha accumulato più energia cinetica) va più avanti dell'altra.

Ripetendo l'esperimento invece con palline di materiale differente alla stessa distanza sullo scivolo, vedremo che la pallina con più massa (cioè più pesante), trasmetterà sulla palla colpita più forza dell'altra con massa minore.

L'energia potenziale e quell'energia che un corpo possiede se si trova in presenza di un campo di forze conservative, come sono, ad esempio, il campo gravitazionale o quello elettrico.

Un esempio potrebbe essere quando solleviamo una palla da terra soggetta ad energia gravitazionale

ALTRA CLASSIFICAZIONE DI ENERGIA

Da un punto di vista più generale, l'energia esiste in molte forme diverse, che si trasformano in parte o totalmente una nell'altra: si può dunque parlare di energia termodinamica, energia elettrica, energia atomica, per caratterizzare il principio che sottende a una determinata manifestazione energia, ma anche di energia nucleare, energia eolica, energia idraulica, energia plasmica.

L'Energia termica o termodinamica è quell'energia che viene utilizzata per interagire e per passare dai diversi stati di aggregazione della materia, tramite i passaggi di stato.

Ad esempio otteniamo risultati diversi se scaldiamo ghiaccio, acqua o solfuro di potassio.

Nel primo caso il ghiaccio si scioglie e passa dallo stato solido allo stato liquido, nel caso dell'acqua, viene portata ad ebollizione e passa dallo stato liquido allo stato solido, mentre nel terzo caso il solfuro di potassio aumenta di volume e cambia la sua colorazione, con una strana reazione.

L'Energia elettrica è quella energia che deriva dall'esistenza e dall'interazione reciproca di cariche elettriche. Se una carica è ferma, esercita su tutti gli oggetti della regione in cui si trova una forza elettrica statica; se invece è dotata di moto, genera anche un campo magnetico.

Ad esempio una lampadina a incandescenza ha all'interno del suo bulbo di vetro un filamento reso incandescente dal passaggio della corrente elettrica, esso raggiunge la temperatura di 3000°C e dovrebbe trasformarsi in gas, ma viene impedito da un gas inerte, una miscela di azoto e argon o, preferibilmente, di kripton, che lo mantiene solido.

Tutto ciò avviene per spostamento degli ioni negativi in un atomo, sprigionando energia luminosa.

Vi è un altro tipo di lampadina, quella a fluorescenza. Esso è costituito da uno starter che fornisce energia agli elettrodi di un tubo elettronico; questi emettono elettroni che ionizzano il gas inerte (argon) contenuto nel tubo stesso. Nel plasma così generato si crea un flusso di elettroni che eccita gli atomi di mercurio, pure presenti nel tubo, i quali, emettono principalmente luce ultravioletta, invisibile che viene convertita in luce visibile di un colore prescelto dalla sostanza di cui è rivestito il tubo.

L'Energia nucleare è quella che si produce nella fissione dove un nucleo pesante si scinde in due nuclei leggeri o nella fusione di nuclei atomici quando si fondono due nuclei leggeri formando un nucleo pesante

Nella fissione si distinguono due aspetti essenziali di tutti i processi di fissione nucleare. In primo luogo la quantità di energia prodotta da ogni singola fissione è molto grande; la reazione di 1 kg di uranio 235 sviluppa 18,7 milioni di kilowattora in forma di calore.

Secondo, il processo di fissione innescato dall'assorbimento di un neutrone dal primo nucleo di uranio 235 (143 neutroni e 92 protoni) continua in modo autonomo: in seguito alla disgregazione di ciascun nucleo di uranio si creano, in media, 2,5 neutroni, che provocano in rapida sequenza la fissione di altrettanti nuclei di uranio 235, ciascuno dei quali a sua volta si spezza in due frammenti, con produzione di neutroni e sviluppo di energia; si realizza in questo modo un processo a catena che si autoalimenta, garantendo una produzione continua di energia. Se dopo il processo di fissione si va a pesare l'atomo scisso con anche tutti i neutroni rilasciati confrontandolo con l'atomo iniziale, si vede che i valori non corrispondono: c'è un piccolo margine (0,029), il che sta a significare che è stata liberata energia. Questo margine vi è anche per la fusione.

Sia dalle reazioni di fissione (scissione di un nucleo pesante in due nuclei leggeri), che da quelle di fusione (combinazione di due nuclei leggeri in un nucleo più pesante) si può ricavare energia nucleare. In entrambi i casi, infatti, si sprigiona un'energia pari alla differenza tra l'energia di legame dei nuclei prodotti e quella dei reagenti.

La fusione è difficile da ottenere in laboratorio a causa della repulsione elettrica che allontana i due nuclei interagenti, ma a differenza della fissione non presenta il problema delle scorie radioattive, quindi potrebbe essere una speranza nella ricerca delle energie alternative, anche perché questa energia è illimitata e anche durevole: 500 grammi di carbone potrebbero fornire energia per un mese a Los Angeles.

L'ENERGIA PLASMICA

L'energia plasmica è l'energia del sole.

L'energia emessa dal Sole viene irradiata in modo approssimativamente costante in ogni direzione dello spazio; la fonte di questa energia è nell'interno del Sole, che, come la maggior parte delle stelle, è composto prevalentemente da idrogeno (il 71%) ed elio (27%) allo stato di plasma. All'interno del Sole si è individuato un nucleo centrale, con un raggio di circa 150.000 km, in cui la temperatura raggiunge i 16.000.000° K e la densità è 150 volte quella dell'acqua. In queste condizioni, le collisioni tra i nuclei degli atomi di idrogeno innescano violente reazioni di fusione nucleare.

Il risultato di questo processo è che quattro nuclei di idrogeno si combinano per formare un nucleo di elio (catena protone-protone), mentre viene liberata energia sotto forma di raggi gamma. Ogni secondo avvengono moltissime reazioni, che generano un'energia equivalente a quella rilasciata nell'esplosione di una bomba atomica di 100 miliardi di megaton.