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Titolo: Energia e potenza

Ho pensato che valesse la pena fare uno sforzo per aiutare a
visualizzare le differenze tra i concetti di energia e potenza.
Ed aiutare a scrivere correttamente quando si menziona un o l'altra.
Ad esempio evitando di scrivere che si "producono Watt", prodomo
dell'errore di pensare che sia l'energia prodotta.
Definizioni fisiche (m = metri, s = secondi)
Energia: si esprime in m * m * kg / (s * s) detto anche Joule
Potenza: si esprime in m * m * kg / (s * s * s) detto anche Watt
Prendiamo la definizione di forza:
Forza: si esprime in m * kg / (s * s) detto anche Newton
Se dividiamo "una" Energia con "una" Forza otteniamo una distanza
(esprimibile in m - metri)
Se dividiamo "una" Potenza con "una" Forza otteniamo una velocita'
(esprimibile in m/s)
Possiamo cioe' pensare che:
- con l'energia misuriamo quanti metri una forza ci ha fatto fare
- con la potenza misuriamo la velocita' che tale forza ci mette di
raggiungere
Ora, tutti sanno che "tanta" velocita' non significa per forza "tanta"
distanza. Per esempio, un Ferrari od un Porsche sono piu' veloci di un
IVECO (marca di veicoli industriali). Ma un IVECO e' probabile che
percorra molta piu' distanza.
Prendiamo, ad esempio, dei corrieri, che sono pagati per ogni chilometro
fatto. A prima vista, piu' e' veloce il veicolo, piu' chilometri possono
fare e quindi piu' soldi fanno. Giusto ?
Sbagliato.
Il fatto di avere un veicolo piu' veloce non significa affatto che si
potra' fare piu' chilometri. Ad esempio ci sono i limiti di velocita' da
rispettare e quindi avere veicoli in grado di fare oltre certe velocita'
non ha alcun senso commerciale.
Oppure, altra considerazione:
- il fatto che qualcuno abbia un veicolo molto veloce non ci dice nulla
su quanta strada fa all'anno.
Infatti, conta molto di piu' della velocita' del veicolo, per quanto
tempo il veicolo e' usato ogni giorno. Un pendolare "provincia-citta'",
con una vettura con velocita' di punta modesta, e' probabile che faccia
molta piu' strada di chi ha un Ferrari.
Vista la relazione tra energia/potenza e distanza/velocita' e' facile
scrivere:
L'energia sta alla distanza come la potenza sta alla velocita'.
Percio':
L'energia ci misura quello che abbiamo fatto, la distanza percorsa, il
lavoro prodotto, il calore fornito, etc. (notare: senza alcun
riferimento al "tempo" che e' intercorso)
La potenza ci misura invece una "prestazione potenziale", la velocita'
con cui si puo' percorrere distanze, la capacita' di produrre lavoro, la
capacita' di produrre calore (notare: ma senza alcun riferimento sulla
distanza, sul lavoro, sul calore effettivamente prodotto)
Ora pensiamo ad un generatore o un motore qualsiasi.
Esso ha una sua potenza nominale. Questa potenza nominale ci dara' una
idea di quanta "capacita'" di percorrere distanze, di quanta "capacita'"
di produrre lavoro, di quanta "capacita'" di produrre calore, ha.
In altre la potenza e' solo una PROMESSA di fare o di dare.
L'energia prodotta, ovvero, nel concreto, quanto si macinano di
distanze, quanto si produca di lavoro, quanto si produca di calore
dipende principalmente da quanto tempo teniamo in funzione il generatore
o il motore. Cioe' l'Energia misura quello che e' stato VERAMENTE FATTO,
quello che e' stato VERAMENTE DATO.
Risultera' percio' chiaro che se lo teniamo spento (o staccato), il
nostro generatore o motore di potenza X ci produrra o eroghera' ZERO.
Cioe' anche una potenza "strabiliante" non ci servirebbe a niente, se
non viene usata.
Nel settore dell'energia elettrica (e con ricaduta poi sul settore di
produzione o trasferimento di calore), per misurare l'energia, invece
del Joule, si usa spesso il kWh. Essendo una unita' di misura
dell'energia, il kWh si esprime sempre in m * m * kg / (s * s)
cioe' esattamente come il Joule. Quello che cambia e' l'equivalenza:
1 kWh = 3,6 milioni di joules.
Cioe' il kWh e' unita' di misura molto piu' grossa del Joule.
Per questo, nel settore energia, chi vuole usare il Joule, preferisce
usare un suo multiplo SI, cioe' il milione di joules = MJ, quindi
1 kWh = 3,6 MJ
[Sul retro della vostra bolletta del gas naturale (metano) potrete,
molto probabilmente trovare il MJ. Esso viene usato per indicare
l'energia contenuta nel mc di gas, in genere qualcosa intorno ai 38 MJ
(PCS = 38 MJ, etc.). Avrete ora capito che significa che un mc di metano
contiene l'energia di un pelo piu' di 10 kWh.]
Tra parentesi il kWh non e' una combinazione di unita' di misura, ma e'
proprio un "nome intero". Cioe' non si scrive kW h come qualcuno fa.
Infatti, anche se e' vero che 1 kWh = 1 kW * 1 ora (cioe' l'energia
prodotta/consumata da un generatore/motore in funzione per un'ora), il
NOME e' kWh (come Joule, kCal, etc.)
Tra l'altro, visto che 1 kWh e' uguale al PRODOTTO di POTENZA per il
TEMPO, e' evidente che chi scrive kW/h (cioe' mi divide una potenza per
il tempo) sbaglia di grosso, tra l'altro sbagliando due volte:
- perche' non e'  il nome di una unita' (il kWh), ma si tratta di due
unita' di misure ed un operatore (kW, h e l'operatore "divisore")
- perche' dividendo una potenza per il tempo ottengo:
              m * m * kg / (s * s * s * s)
[per capire che cosa abbiamo di fronte, prendiamo la definizione di
forza, con cui abbiamo aperto questa chiaccherata, cioe':
              m * kg / (s * s)
e dividiamo questa misteriosa unita' sopra indicata, otteniamo:
              m / (s * s)
che e' l'espressione di una accelerazione :-)
Allora, se la potenza ci "diceva" con quanta "velocita'" si e' in grado
di "operare", questo nuova unita' di misura (il kW/h) ci puo' dire con
che "accelerazione" siamo in grado di "operare", cioe' ci dice con che
"velocita'" siamo capaci di "variare la potenza".
Insomma, il kW/h e' una misura della "elasticita'" di erogazione di un
generatore o di un motore :-)
Non e' proprio un'energia :-)
]
Dove arriviamo dopo tutto questo ?
Che il kWh sta al kW come la distanza sta alla velocita'.
Ripeto::
- parlare di "tanti kWh" e' come parlare di "tanti km"
(cosa e' stato "fatto")
- parlare di "tamti kW" e' come parlare di "tanta velocita'"
(solo una promessa di "cosa fa'")
Percio', quando leggete che un pannello fotovoltaico ha X kW di potenza,
non significa affatto che produca (che faccia) X kWh di energia.
Perche' ad esempio, quando non c'e' sole ... non produce niente.
E visto che la disponibilita' di sole varia fortemente da una zona
all'altra del mondo, anche nella stessa Italia (si pensi alle nebbiose
localita' della bassa padania), un pannello fotovoltaico di una data
potenza, ci fornira una quantita di energia molto diversa da una
localita' all'altra.
Lo stesso per una turbina eolica. Tanti kW di potenza non servono ... se
non c'e' molto vento.
Questo vale anche l'idroelettrico, specie il mini-idroelettrico (che non
giustifica la costruzione di grossi bacini di accumulo). Una turbina con
tanti kW di potenza non serve molto ... se non c'e' acqua (per esempio
in inverno o estate).
Interessante notare che questo vale, in teoria, anche per una centrale a
ciclo combinato. Tanti MW di potenza servono a poco ... se non c'e' gas
(oppure la centrale e' spesso ferma per guasti o manutenzione).
La differenza con le fonti precedenti di energia elettrica e' che l'uomo
ha un certo controllo sulla disponibilita' di gas (e sulla qualita' dei
materiali per ridurre i guasti) e puo' operare perche' ci sia un flusso
costante di combustibile (ad esempio, accumulando gas in riserva per
coprire imprevisti nei rifornimenti). Notare che questo si puo' fare e
si fa con il grande idroelettrico, tramite opere di captazione ed
accumulo delle acque.
Invece sul sole ed il vento l'uomo non ha possibilita' di controllo
(almeno non in positivo, magari sappiamo come "oscurare" il sole, ma non
come farlo "uscire"). In teoria, anche questo non e' parzialmente vero,
perche' con la costruzione di giganteschi specchi orbitali sarebbe
possibile riflettere il sole (che emette radiazione a ritmo continuo)
anche nelle zone notturne (nuvole permettendo ...). Ma si tratta di
futuribile.
Quindi, conoscere la potenza di una fonte ci da' un'idea sulla energia
prodotta solo confrontandola con fonti simili. Ad esempio possiamo
ragionevolemente presumere che una centrale fotovoltaica da 10 MW
produce 10 volte piu' energia di una centrale fotovoltaica da 1 MW ...
nella stessa localita'. Ma questo non ci autorizza a pensare che 10 MW
di fotovoltaico produca 10 volte piu' energia di una centrale
termoelettrica da 1 MW.
Quindi, sarebbe "carino" se in futuro, chi riportasse notizie di
inaugurazioni di nuove centrali elettriche, riportasse "IN PRIMO PIANO"
l'energia annualmente prodotta/producibile e non la potenza.
Roberto Deboni

 raggiungere
Non mi torna.
Un corpo che si muove ad una certa velocità possiede ENERGIA (cinetica, 1/2 
m v**2).
Quindi "deve" aver ricevuto ENERGIA per passare da velocità = 0 a velocità = 
v.
Bye
Gigi


Forse il paragone non è completo. Comunque i due concetti sono da 
apprendere con molto sforzo e costanza.
-- 
www.kensan.it
 Sandro kensan geek site

 velocità = v.
Giusto.
Ma con la potenza non misuro questa energia ricevuta.
Il fatto di sapere che ho una certa potenza, mi permette di sapere che
velocita' ho, ma non l'energia cinetica accumulata.
Avere 100W di potenza, ed una velocita' di 0,204 m/s, ad esempio, non mi
dice NULLA sull'energia cinetica ricevuta.
Ed e' lo stesso identico errore che fa chi fornisce la potenza di picco
ad esempio, di un fotovoltaico. Presume poi che da questo dato si possa
fare affermazioni sull'energia prodotta.
Chiaro ? :-)
IMHO, magari sono io ad avere le idee confuse ... :-)
Roberto Deboni


snip
Spero non sia intenzionale e sia dettato solo dal voler spiegare la 
questione in parole semplici, ma sembra che lei faccia confusione fra 
energia, lavoro. Energia e lavoro pur avendo le stesse dimensioni non sono 
la stessa cosa. 


Energia e Lavoro sono strettamente legate. L'Energia e' la capacita' di
fare Lavoro, esattamente come quando siamo pieni di Energia ci sentiamo
in grado di fare tanto Lavoro :-)
E l'attivita' lavorativa (il Lavoro) accumula Energia (anche se
consumando la nostra di Energia).
Esempio, quando solleviamo un peso con una fune, usiamo la nostra
Energia per effettuare il Lavoro di sollevare il peso e nel fare cosi'
accumuliamo Energia (potenziale) nel peso.
Percio', "confonderli" non e' neanche un peccato veniale, specie al
confronto del "peccato mortale" di scambiarle con la Potenza.
Diciamo pure che il Lavoro non e' altro che Energia in ... transito.
Roberto Deboni

 Diciamo pure che il Lavoro non e' altro che Energia in ... transito.
Io trovo che confondere energia e lavoro sia estremamente grave e non un 
peccato veniale. Stando molto sul semplice, per farsi capire da tutti, 
il lavoro non e' proprio "energia in transito", ma la misura di "energia 
trasferita in un processo", ci "parla" di energia e coinvolge l'energia, 
ma la definizione "fisico-matematica" parte da tutta un'altra 
parte.Farei anche molta attenzione ad usare esempi di "senso comune" 
tipo il lavoro muscolare umano per spiegare concetti fisici che non 
hanno una semplice corrispondenza e possono indurre in errore coloro che 
non hanno sufficienti basi di matematica e fisica.

 non hanno sufficienti basi di matematica e fisica.
Nuovamente, in questo caso che tipo di errore ha in mente ?
Nella scuola anglosassone si faceva spesso ricorso ad esempi "concreti"
per dare modo all'alunno di prendere mano alla fisica (e renderla meno
arida e percio' piu' interessante).
Forse perche' culturalmente a loro interessa di piu' che cio' che si
impara produca risultati pratici e non serva solo "in teoria".
Roberto Deboni


Le ho detto "misura di energia trasferita" che per me e' diverso da 
"energia in transito".Comunque il nocciolo della questione era sul 
CONFONDERE energia e lavoro... ha forse dimenticato che l'energia e' 
proprieta' di un sistema mentre il lavoro non lo e'? :) Forse per lei 
parlare di energia contenuta in un sistema, visto il peccato veniale nel 
confondere energia e lavoro, la autorizza anche a dire "lavoro contenuto 
in un sistema" e magari pure "calore contenuto in un sistema" (altro 
errore gravissimo).Il lavoro e' un fenomeno fisico che puo' esser 
descritto essenzialmente solo sul confine di un sistema e quando sistema 
e ambiente interagiscono.Diciamo che il lavoro e' "un'interazione". 
Questa interazione si traduce in "trasferimento di energia".Se vuole 
possiamo parlare di conversione dell'energia, di prestazioni energetiche 
ed exergetiche e coefficienti di prestazione di sistemi termici motori o 
operatori, magari alla fine si convincera' che confondere energia e 
lavoro non e' proprio un peccato "veniale" ;)


Esempi pratici ?
Roberto Deboni