Esercizi: Produzione di energia elettrica e risparmio energetico

Che cos'è una centrale elettrica? Spiega con parole tue che cosa si fa al suo interno: da dove viene l'elettricità che produce?

In una centrale idroelettrica c'è un bacino con acqua immagazzinata in quota, come nella figura.

Spiega da dove prende l'energia questa centrale e quale apparecchio si mette in movimento quando l'acqua cade.

Osserva l'aerogeneratore della figura:

Che cosa muove le pale di un aerogeneratore? Quale energia sfrutta una centrale eolica? In che tipo di luoghi pensi che vengano installati questi mulini?

I pannelli solari sui tetti e sui satelliti producono elettricità senza muoversi e senza fare rumore, come quello della figura.

Quale energia ricevono e in che cosa la trasformano?

Classifica queste fonti di energia in rinnovabili e non rinnovabili: il Sole, il vento, il carbone, l'acqua di un bacino, il gas naturale e l'uranio. Spiega quale differenza c'è tra i due gruppi.

Metti in ordine queste tappe del viaggio dell'elettricità fino a casa tua: le prese della tua camera, la centrale elettrica, i cavi dei tralicci dell'alta tensione. Spiega che cosa succede in ciascuna tappa.

Perché spegnere la luce uscendo da una stanza fa risparmiare energia, anche se la lampadina è piccola? Spiegalo pensando al tempo in cui resta accesa.

Una lampadina LED da $10\ \text{W}$ dà la stessa luce di una vecchia lampadina da $60\ \text{W}$.

1. a) Quale consuma meno energia per dare la stessa luce?
2. b) Quante volte consuma di più la vecchia rispetto alla LED?

In una centrale termica accadono queste cose, ma in disordine: il vapore muove una turbina; si brucia carbone; il generatore produce elettricità; il calore scalda l'acqua e la trasforma in vapore.

1. a) Metti in ordine la catena dall'inizio alla fine.
2. b) Che tipo di energia ha immagazzinato il carbone prima di essere bruciato?

Una centrale nucleare scalda l'acqua come una centrale termica, ma senza bruciare nulla.

1. a) Quale «combustibile» usa una centrale nucleare?

1. b) Indica un vantaggio e uno svantaggio di questo tipo di centrale.

Indica un vantaggio e uno svantaggio di ciascuna di queste centrali: l'eolica e la solare. Pensa a quello che succede nei giorni senza vento e di notte.

Descrivi il viaggio completo dell'elettricità dall'acqua di un bacino di una diga fino alla lampada del tuo comodino, nominando tutti i passaggi: che cosa si muove quando l'acqua cade, quale apparecchio genera la corrente e come arriva fino a casa.

Un paese vuole rifornirsi solo con pannelli solari.

1. a) Quale problema avrà di notte e nei giorni molto nuvolosi?
2. b) Proponi due soluzioni per avere luce anche in quei momenti.

Nel salotto di una casa ci sono $5$ lampadine accese.

1. a) Se sono vecchie, da $60\ \text{W}$ ciascuna, quale potenza consumano in totale?
2. b) Se vengono sostituite con lampadine LED da $10\ \text{W}$, che danno la stessa luce, quale potenza totale consumano ora?
3. c) Quanta potenza si risparmia con la sostituzione?

La TV spenta con il telecomando resta con una lucina rossa accesa: è il consumo in standby.

1. a) Pensi che consumi energia anche se sembra spenta? Giustifica la tua risposta.

1. b) Come faresti in modo che non consumi nulla senza smontare la TV?

Un caricabatterie per cellulare inserito nella presa, anche senza il cellulare collegato, consuma $1\ \text{W}$.

1. a) Per quante ore resta inserito se non lo si toglie per un'intera settimana?
2. b) Quale energia consuma in quella settimana, in $\text{Wh}$? Suggerimento: moltiplica la potenza per il tempo.

Una valle con un fiume abbondante di acqua vuole produrre la propria elettricità ed è indecisa tra una diga idroelettrica e una centrale termica a gas.

1. a) Indica un vantaggio di ciascuna opzione.
2. b) Indica uno svantaggio di ciascuna opzione.
3. c) Quale sceglieresti tu per la valle? Giustifica la tua scelta con le risposte precedenti.

In natura non troviamo quasi mai elettricità «libera» pronta all'uso, tranne i fulmini: bisogna produrla trasformando altre energie.

1. a) Scrivi la catena completa di trasformazioni di una centrale termica, dall'energia immagazzinata nel carbone fino all'elettricità.
2. b) Spiega con questa catena perché diciamo che l'elettricità è molto comoda da usare ma bisogna sempre «pagarla» con un'altra energia.

La famiglia di Nadia installa pannelli solari sul tetto, ma resta collegata alla rete elettrica.

1. a) Perché non si scollegano del tutto dalla rete?
2. b) Che cosa pensi accada all'energia che avanza a mezzogiorno di una giornata di sole?
3. c) Quale vantaggio c'è nel restare collegati alla rete oltre ad avere i pannelli?

Il router di internet consuma $10\ \text{W}$ ed è acceso tutto il giorno, tutti i giorni dell'anno.

1. a) Quanta energia consuma in un giorno, in $\text{Wh}$?
2. b) Quanta ne consuma in un anno di $365$ giorni, in $\text{Wh}$?
3. c) Converti il risultato annuale in $\text{kWh}$, sapendo che $1\ \text{kWh} = 1000\ \text{Wh}$.

Andrea dice: «Dovremmo produrre tutta l'elettricità con energie rinnovabili». Bruno risponde: «Non si può, perché il Sole e il vento a volte mancano».

1. a) Spiega in che cosa ha ragione ciascuno dei due.
2. b) Nomina due modi per immagazzinare o ottenere energia nei momenti in cui mancano il Sole e il vento.
3. c) Con quale opinione sei più d'accordo? Argomenta la tua risposta.

Gli elettrodomestici hanno un'etichetta energetica con una lettera, dalla A (quelli che consumano meno) alla G (quelli che consumano di più), come quella della figura.

1. a) Tra due frigoriferi della stessa dimensione, uno di classe A e uno di classe F, quale compreresti pensando alla bolletta della luce?
2. b) Quello di classe A costa di più all'acquisto; perché alla lunga può convenire?
3. c) Perché l'efficienza conta tanto proprio nel frigorifero, che è collegato alla corrente per $24$ ore al giorno?

Redigi un piano di risparmio energetico per la tua scuola con quattro misure (pensa a luci, riscaldamento, computer e tapparelle).

1. a) Spiega perché ciascuna misura fa risparmiare energia.
2. b) Quale delle tue misure pensi che farà risparmiare di più? Motiva la risposta.

Una regione produce la sua elettricità così: il $40\ \%$ in centrali idroelettriche, il $30\ \%$ in centrali eoliche, il $20\ \%$ in centrali solari e il $10\ \%$ in una centrale termica. Osserva il grafico:

1. a) Quale percentuale dell'elettricità è rinnovabile?
2. b) Se la regione produce $2000\ \text{GWh}$ all'anno, quanti $\text{GWh}$ corrispondono all'eolica?
3. c) Quanti $\text{GWh}$ rinnovabili produce in totale?

Sfida del tema. Diventa il consulente energetico di casa tua! Per consolidare quanto hai imparato, indagherai l'elettricità dalla scala atomica fino alla rete nazionale in tre fasi:

1. Elettrizzazione e misura: Strofina una penna con un panno di lana e misura con un righello la distanza massima $d$ alla quale attrae coriandoli di carta ($5$ ripetizioni). Considera l'incertezza dello strumento ($\pm 0,1\text{ cm}$), registra i dati in una tabella con la media, disegna il relativo grafico a dispersione e spiega quali particelle vengono trasferite.

2. Circuiti domestici: Disegna lo schema elettrico normalizzato di due lampadine di casa tua comandate da un interruttore. Giustifica se il collegamento deve essere in serie o in parallelo in base al suo funzionamento pratico.

3. Mix e risparmio energetico: Consulta sul sito di Terna la percentuale (\%) di produzione rinnovabile di oggi. Poi individua la potenza di un elettrodomestico della tua cucina, calcola il suo consumo mensile stimato ($E = P \cdot t$, in $\text{kWh}$) e scrivi due misure realistiche di risparmio motivate.

Presenta il tuo lavoro in una breve relazione con i calcoli, il grafico e lo schema.

Verranno valutati:

• Rigore nella raccolta di misure casalinghe, espressione dell'incertezza ($\pm 0,1\text{ cm}$) ed elaborazione grafica.

• Correttezza concettuale e simbolica nello schema del circuito elettrico.

• Estrazione rigorosa dei dati di Terna e fattibilità fisica delle misure di risparmio proposte.