L'energia elettrica non è propriamente una fonte di energia. E', piuttosto, un intermediario fra due energie diverse, magari lontane o magari inutilizzabili direttamente (nota 1).
In effetti l'energia elettrica si manifesta quando circola corrente. Diverso è cnsiderare l'energia associata al campo elettrostatico o al campo magnetico (vedi approfondimento).
Per una conoscenza qualitativa vedi qui.
Va detto subito che l'energia elettrica, di per sè, non serve quasi a nulla (nota 2). Per giunta non si può immagazzinare, non si può vedere e nemmeno toccare. Non si sa nemmeno cosa sia l'energia (Feynman) figuriamoci quella elettrica!
Però esiste, si produce e si utilizza ed è fondamentale nella economia moderna per la semplice ragione che è la fonte di energia utilizzata da una quantità enorme di apparecchiature e macchinari: senza l'energia elettrica il sistema ecoomico mondiale crollerebbe istantaneamente.
Prima di procedere, si deve sapere che vale il principio di conservazione dell'energia (nota 3 e 4):
l'energia non si crea e non si distrugge, la si può solo trasformare da un tipo all'altro
Tanto per fare un esempio:
alla fine dell'ottocento la rivoluzione industriale era in uno stadio avanzato in molti paesi grazie alla disponibilità di carbone che consentiva la movimentazione delle macchine necessarie alla produzione ed al trasporto. Le fabbriche funzionavano grazie all'energia del vapore che deriva dall'energia del carbone (che deriva dall'energia chimica accumulata dalle piante milioni di anni fa, che deriva dall'energia del sole, che deriva dall'energia nucleare di fusione che .... e qui viene il bello della storia, io non conosco l'origine dell'energia nucleare, forse l'origine risale alla nascita dell'unverso).
In Italia non c'é e non c'era carbone da utilizzare per movimentare le macchine tessitrici (vedi la fabbrica della ruota, alla voce "La trasmissione dell'energia"); nelle fabbriche dove si doveva avere movimentazione di macchine, come i mulini, si usava l'acqua che scende dalla montagna (nota 5). Le industrie di tessuti si insediavano in montagna proprio per la disponibilità, sul luogo, di acqua che si trova in quota, ad un livello più alto della fabbrica che così è utilizzabile per poterne ricavare energia quando perde quota.
Anche in pianura, con i mulini ad acqua, si ottiene energia sfruttando la corrente del corso d'acqua, ma in quantità molto minore a causa del minore dislivello disponibile.
Come si utilizza l'energia elettrica
L'energia elettrica serve per:
- produrre energia meccanica:
movimentazione di treni e tram con motori di grande potenza
sollevamento di carichi (montacarichi, ascensori)
- conferire energia potenziale (gravitazionale o pneumatica)
sollevamento di acqua dai pozzi o con le autoclavi
sollevamento di carichi nei montacarichi e nastri trasportatori e persone negli ascensori
azionamento di pompe per impianti a pressione o per le macchine frigorifere
- produrre energia termica
produzione di calore per scaldare i forni,
riscaldamento dell'acqua sanitaria
riscaldamento di ambienti
- produrre energia elettromagnetica
luce per illuminare case e strade,
onde radio per le comunicazioni radio-video-telefoniche
raggi x per esami sotto la superficie
- produrre energia chimica
per la produzione di idrogeno, alluminio, rame
per caricare gli accumulatori elettrici
Come si produce l'energia elettrica
L'energia elettrica si produce sfruttando
- energia meccanica utilizzando dinamo per la corrente continua (in progressivo disuso) ed alternatori per la corrente alternata (la forma più diffusa di distribuzione dell'energia elettrica). Le grandi centrali elettriche utilizzano energia meccanica messa a disposizione da turbine a vapore o idrauliche, quindi, molto sovente l'energia meccanica è anch'essa un intermediario perchè la vera fonte di energia, la cosiddetta energia primaria, è di altra natura: termica, chimica, gravitazionale, nucleare. Si usa anche l'energia del vento, quindi eolica, che è anch'essa trasformata in energia meccanica tramite le pale.
- energia termica in alcuni impianti che usano celle speciali per la conversione diretta del calore in energia o nelle centrali per produrre energia meccanica
- energia gravitazionale nelle centrali idroelettriche dove si usa l'acqua che deve passare da un livelo alto (con maggiore energia potenziale gravitazionale, ad un livello più basso cedendo energia.
- energia elettromagnetica nelle celle fotovoltaiche che trasformano direttamente l'energia solare , elettromagnetica, in energia elettrica in corrente continua che va trattata per renderla compatibile con le apparecchiature a corrente alternata della rete elettrica di distribuzione.
- energia chimica nelle pile e nelle celle a combustibile
Lo schema è incompleto ed inesatto: è riduttivo separare e schematizzare le fonti di energia come sopra; quella eolica, per esempio, è in realtà dovuta a fenomeni energetici cinetici, termici e gravitazionali insieme facenti parte della circolazione atmosferica ... e così via.
Materiali per approfondire qui.
Note
1) L'unica fonte di energia elettrica che mi viene in mente sono i fulmini ... poco utilizzabili e nemmeno economicamente così interessanti data l'esiguità dell'energia a disposizione (pare sia intorno a 1 Gj ovvero 278 kWh, che in Italia significano 28€ di costo sulla bolletta.
2) Nelle memorie e nei processori dei computer sembra che l'energia elettrica sia essenziale per conservare ed elaborare i dati ma tale energia non è che che una minima parte dell'energia elettrica disponibile sul pianeta ed è essenziale non perchè il dato da trattare abbia una natura elettrica ma per il fatto che i calcolatori sono elettronici e quindi "usano" l'energia elettrica; i sistemi biologici elaborano dati e li memorizzano usando energia chimica. Ah!, dimenticavo, altro luogo dove l'energia elettrica è essenziale è la sedia elettrica.
3) nel VIII secolo Lavoisier formulò il principio di conservazione della massa per le trasformazioni chimiche; in realtà si notò un difetto di massa che andava spiegato. Le trasformazioni nucleari producono energia a spese di massa ed anche i fenomeni relativistici devono mettere in gioco uno scambio fra massa ed energia per comprendere il comportametno di particelle a velocità prossime a quelle della luce. Fu Einstein a scoprire l'equivalenza fra massa ed energia; si può così definire l'unico principio di invarianza valido universalmente: il principio di conservazione della materia e dell'energia. Se non sono in atto eventi nucleari o relativistici, il principio di conservazione dell'energia è ampiamente sufficiente a farci tenere sotto controllo i femoneni energetici usuali.
4) nel web circola una quantità di fesserie impressionante sulla possibilità di creare energia dal nulla. Lì gli scienziati ed i tecnici vengono considerati una massa di cretini al soldo di affaristi senza scrupoli insensibli ai bisogni del genere umano. Ahimè, la creazione, di energia e/o di materia, non è un attributo umano. Crederci significa entrare a far parte degli stupidi che possono essere manipolati da chi persegue fini politici insani.
5) L'acqua che scende dalla montagna sta solo restituendo l'energia potenziale gravitazionale acquisita quando è stata portata in quota dall'evaporazione (a causa del riscaldamento solare). Se l'acqua non scende il mulino non si muove e quindi non si può ricavare energia per la movimentazione. Un mulino sul lago non fa proprio nulla. Sul mare è possibile fare muovere una macchina solo se si sfrutta il moto ondoso o la marea: ma è solo un modo diverso di avere acqua che scende.