Energia

L'energia, secondo la sua classica definizione, è la capacità di compiere un lavoro oppure di trasferire calore da un corpo verso un altro. Per comprendere la defininizione di energia è necessario definire il lavoro che, a sua volta, è definito come è la capacità di applicare una forza su un corpo, anche piccolo quale ad esempio la molecola o l'atomo con il fine di causarne lo spostamento; questa defininizione, nel tempo, è stata rifinita giacché l'applicazione di una forza non sempre causa lo spostamento di un oggetto, ad esempio una forza piccola veicolata verso un oggetto in movimento, è di difficile interpretazione in termini di lavoro compiuto. Per questo motivo, il lavoro è da intendesi come la capacità potenziale di muovere un corpo applicando una forza; secondo questa concezione è l'applicazione della forza che definisce il lavoro e non lo spostamendo dell'oggetto.

Le applicazioni e la "presenza" dell'energia sono universali: dal legame subatomico, fino al movimento di immense stelle, l'energia - nelle sue diverse forme - è sempre presente.

Le trasformazioni di energia

Il lavoro è il meccanismo attraverso il quale l'energia transita da un corpo a un altro, spesso trasformandosi da un tipo a un altro tipo. Un atleta che corre in bici, in altre parole, trasforma l'energia chimica ottenuta dal proprio metabolismo, che vede la trasformazione di molecole energetiche (glicogeno, glucosio o proteine) in ATP, che permette la contrazione muscolare che, a sua volta, serve per l'applicazione di una forza sui pedali. L'energia, dunque, si trasforma da un tipo a un altro.

Tipi di energia

Energia  Definizione 
Energia nucleare Forma di energia presente nel nucleo di un atomo. La fissione o la scissione dell'atomo, in una reazione termonucleare determina la liberazione di un grandissimo quantitativo di energia. Questa caratteristica è utilizzata per la produzione di energia elettrica nelle centrali termonucleari. 
Energia chimica Energia presente in un sistema atomico o molecolare, ad esempio una molecola altamente energetica conserva nei cosiddetti legami ad alta energia un quantitativo di energia immagazzinata in particolari gruppi atomici, quali ad esempio il gruppo fosfato tipico della molecola dell'ATP.
Energia termica L'energia termica è l'energia posseduta da un corpo con una temperatura interna superiore allo zero assoluto. Maggiore è la temperatura interna, maggiore è l'energia termica posseduta. Ad esempio, il vapore acqueo possiede un'energia termica superiore rispetto al ghiaccio.
Energia elettrica L'energia elettrica deriva da un flusso di cariche elettriche che si spostano, attraverso un materiale conduttore, seguendo un flusso da un da potenziale maggiore a potenziale minore 
Energia meccanica L'energia meccanica rappresenta la somma di due sottotipi di energia: l'energia cinetica relativa alla quantità di moto alla quale un corpo è già soggetto, e l'energia potenziale, che invece rappresenta la quantità di energia acquisita e potenzialmente disponibile da un corpo. Ad esempio, un corpo possiede una energia cinetica qualora questo sia in movimento e una energia potenziale quando, ad esempio, è posto a una altezza tale da poter acquisire, per effetto della gravità terrestre una energia potenziale se liberato da qualsiasi ostacolo, cadendo dunque liberamente verso il suolo.
Energia gravitazionale L'energia associata al campo gravitazionale, che si verifica quando un corpo esercita un'attrazione gravitazionale verso un altro corpo. 

Trasformazione di energia

In qualsiasi sistema, il trasferimento di energia da una forma verso un altra avviene esclusivamente per trasformazione di energia. In accordo alla legge di conservazione dell'energia, non è possibile né creare né distruggere l'energia ma soltanto trasformarla. Ad esempio, l'energia chimica contenuta in una batteria può essere trasformata in energia elettrica e utilizzata, in una terza trasformazione, da un motorino elettrico per la trasformazione in energia meccanica.

Energia nei sistemi biologici

In biologia, il concetto di energia, è molto vasto ed altrettanto importante. Gli organismi, complessi o semplici che siano, utilizzano l'energia convergendola nel metabolismo che, a sua volta, è la chiave dei processi vitali sia "intracellulari" che ecologici.

In effetti, l'energia - da un punto di vista strettamente biologico - assume dei contorni molto vasti giacché coinvolge il comportamento del singolo organismo, dunque il comportamento individuale, che quelo relazionato agli altri organismi della stessa specie, di altre specie oppure di diversi regni.

In un sistema biologico, l'energia scorre nelle cosiddette reti trofiche; gli autotrofi convertono l'energia solare in energia chimica, sotto forma di biomassa. Gli eterotrofi, sia erbivori che carnivori utilizzano questa energia attraverso l'alimentazione e il relativo metabolismo.

Energia nella meccanica quantistica

La somministrazione di energia in un sistema regolato dalla meccanica quantistica, ad esempio verso un elettrone di un atomo porta al coisddetto cosiddetto salto quantico o quantum leap. In questo fenomeno, un elettrone passa da un orbitale molecolare verso un'altro orbitale a maggior energia, senza passare attraverso orbitali con energia intermedia. Il ritorno allo stato fondamentale dell'elettrone permette la liberazione di un fotone con una specifica frequenza d'onda, pari alla differenza tra l'energia finale e quella iniziale.

Atomo di Bohr e salto quantico
Quantum leap in un elettrone.

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