Che dire dell'energia contenuta nei materiali?

IL energia contenuta nei materiali, A livello macroscopico, è suddiviso in alcuni dei seguenti modi: termico, chimico o nucleare. Un materiale può rilasciare o assorbire alcuni di questi tipi di energia quando interagisce con altri materiali.

L'energia rilasciata può essere utilizzata per eseguire un qualche tipo di lavoro, come spostare un veicolo, illuminare una lampada, potenziare un razzo, produrre corrente elettrica e molti altri tipi di lavoro. 

Per questo motivo, si afferma che l'energia di un corpo è la sua capacità di fare un lavoro o che l'energia può essere trasformata in lavoro.

A livello fondamentale, cioè su scala molecolare e atomica, l'energia contenuta nella materia è l'energia cinetica, l'energia potenziale e l'energia contenute nella massa dei componenti nucleari dell'atomo.

Energia termica

L'energia termica è l'espressione macroscopica dell'energia cinetica o l'energia del movimento degli atomi che costituiscono un materiale.

Ad esempio, in un gas, le molecole possono essere spostate al suo interno, quindi hanno energia cinetica traslazionale. La somma dell'energia cinetica di tutte le particelle che compongono un materiale è la sua energia termica.

Questa energia è caratterizzata da una quantità macroscopica chiamata temperatura, proporzionale al valore medio dell'energia cinetica delle particelle che compongono il materiale.

Quando due materiali sono in contatto, c'è un traffico di energia termica rispetto a una temperatura più alta alla temperatura più bassa. Questo fenomeno è spiegato a livello microscopico come il trasferimento dell'energia cinetica delle particelle più veloci al più lento.

L'energia termica in transito, di due materiali in contatto, è chiamata Calore.

Il motore a vapore

Riscaldando l'acqua da una caldaia a vapore, l'energia termica viene trasferita dalle fiamme del carbone in fiamme all'acqua, producendo così vapore acqueo ad alta temperatura e alta pressione, perché la caldaia è un contenitore ermetico praticamente airtally.

L'energia termica è in grado di eseguire lavori meccanici. Ad esempio, quando il vapore caldo della caldaia viene passato al cilindro con un pistone mobile, le particelle di vapore esercitano la pressione su di esso, spostandolo.

Se il pistone è accoppiato a una ruota usando un'asta di collegamento, lo stesso viene ruotato. Questo è il principio di funzionamento delle vecchie locomotive a vapore, che usano l'energia termica del vapore acqueo per spostare la locomotiva, che a sua volta si sposta sui vagoni del treno. 

Energia chimica

È l'energia potenziale immagazzinata nei collegamenti atomici che compongono le molecole di un materiale. La sua origine è elettromagnetica, principalmente a causa dell'interazione elettrostatica tra i carichi.

Quando questi legami o legami vengono spezzati da una reazione chimica, l'energia potenziale rilasciata in ciascuna molecola diventa l'energia cinetica dei suoi componenti. In questo modo, le reazioni chimiche esotermiche rilasciano energia chimica per trasformarla in energia termica.

La combustione è una reazione chimica in cui una certa sostanza, chiamata carburante, È combinato con ossigeno, producendo una rottura di collegamenti e formando nuovi composti. Nel processo, viene rilasciata l'energia potenziale di ciascun legame delle molecole di carburante, causando l'acquisizione di molecole risultanti.

Insieme, i prodotti a combustione hanno più energia termica rispetto al carburante e all'ossigeno prima della combustione.

Motori a combustione interna e energia chimica

Ancora una volta, poiché i prodotti a combustione hanno ad alta temperatura e alta pressione, possono essere utilizzati per spostare i pistoni di un motore a combustione interna. E come risultato del rilascio dell'energia chimica del carburante, il motore lavora per eseguire un lavoro, come l'avvio di un'auto.

Batterie ed energia chimica

Un altro esempio di energia chimica sono le batterie, in cui gli elettroni vengono rilasciati grazie alle reazioni chimiche. Questi a loro volta si muovono attraverso un driver esterno e fanno un lavoro, ad esempio sposta un motore elettrico.

Tutto indica che le automobili del futuro saranno elettriche, ma nella parte posteriore.

Energia nucleare

Albert Einstein ha mostrato che un pezzo di materiale, per il semplice fatto di avere la massa, anche se è a riposo, contiene un'enorme quantità di energia. Questo fatto si manifesta in una famosa equazione:

Dove m è la massa, C La velocità della luce nel vuoto e l'energia contenuta nel pezzo di materiale.

È un'equivalenza tra massa ed energia, quindi la massa di un materiale può diventare energia e viceversa. Ad esempio, disintegrando completamente 1 g di materia, un energia equivalente a:

E = 1g x (300.000 km/s)² = 0,001 kg x (3 x 10⁸ SM)² = 9 x 10¹³ Joules = 20 kilotoni.

Un energia equivalente a quella rilasciata in un'esplosione di ventimila tonnellate di TNT. Con questa quantità di energia, in modo controllato, una portaerei potrebbe essere promossa per girare la Terra più volte.

Verrebbe anche rilasciata un'enorme quantità di energia sotto forma di radiazione elettromagnetica.

La massa di un materiale è contenuta nel 99,99% nel nucleo degli atomi che compongono detto materiale. La massa di un atomo è principalmente l'energia potenziale della forte interazione nucleare che mantiene insieme i protoni e i neutroni nel nucleo.

Quando questo si rompe "Link nucleare", Bombardando particelle di energia o attraverso una collisione a due core, viene rilasciata una grande quantità di energia, per la perdita di una piccola frazione di massa nella reazione nucleare.

Fusione nucleare

All'interno delle stelle come il sole, si verificano reazioni di fusione nucleare. Lì, a causa delle alte temperature, i nuclei atomici di idrogeno e deuterio sono separati dagli elettroni e si muovono a velocità molto elevate. 

D'altra parte, a causa delle colossali pressioni all'interno delle stelle, i nuclei sono molto vicini l'uno all'altro e la probabilità di shock frontale tra due nuclei di idrogeno è piuttosto elevata.

L'energia cinetica molto elevata dei nuclei nella collisione supera la repulsione elettrostatica, rendendo così tanto l'approccio dei nuclei, che la forte forza nucleare molto breve agisce e li tiene uniti, formando un nucleo più grande.

In questo processo di legame o fusione di due nuclei di idrogeno per formare un nucleo di elio, parte della massa si perde. Ciò significa che il nucleo di elio formato dalla fusione è più leggero della somma dei suoi componenti originali.

È dovuto al fatto che una parte della massa iniziale è stata utilizzata per l'energia di collegamento nucleare e un'altra è stata rilasciata come energia cinetica da neutroni e fotoni risultanti dalla reazione. Pertanto, l'energia rilasciata nella fusione nucleare deriva dalla perdita di massa nella reazione e dalla sua successiva conversione in energia.

Fision nucleare

Questo è chiamato il processo attraverso il quale un nucleo pesante è diviso in due core più leggeri, a causa di una collisione di un neutrone incidente ad alta velocità.

Nel processo una perdita di massa, poiché la somma delle masse dei nuclei risultanti è inferiore alla massa del nucleo originale.

Questa massa persa si trasforma in energia cinetica dei nuclei risultanti (energia termonucleare) e radiazioni. Questo è il modo in cui la bomba atomica e la pompa nucleare di uranio rilasciano l'energia della materia.