Proposta editoriale — seconda media. Nell’a.s. 2026/27 le prime seguono il DM 221/2025, le seconde e terze il DM 254/2012. La classe indicata è una scelta editoriale, non un programma annuale prescritto. Si veda il quadro normativo.
Prerequisiti
È utile saper distinguere un oggetto dal sistema che si sceglie di studiare, descrivere un cambiamento e leggere semplici moltiplicazioni e divisioni. Non occorre conoscere formule avanzate.
L’energia cambia forma o passa da un sistema all’altro
L’energia permette di descrivere quantitativamente cambiamenti: un corpo può muoversi, scaldarsi, emettere luce o modificare la propria posizione. Non è una sostanza visibile contenuta negli oggetti. Per ragionare con precisione conviene nominare la forma coinvolta e chiedersi dove si trova all’inizio e alla fine.
Tra le forme incontrate nella vita quotidiana ci sono l’energia cinetica associata al movimento, l’energia potenziale gravitazionale legata alla posizione, l’energia chimica presente nei combustibili e negli alimenti, quella elettrica, quella luminosa o radiante e quella termica legata ai moti microscopici delle particelle. Queste parole descrivono aspetti diversi: non sono oggetti che si consumano come una scorta materiale. Una batteria, per esempio, trasferisce energia attraverso un circuito e in una lampada una parte diventa luce e un’altra riscalda la lampada e l’ambiente. Le forme possono trasformarsi e l’energia può anche passare fra sistema e dintorni [1, sezione “Some of the Many Forms of Energy”; 2, “Energy is neither created nor destroyed”].
Per seguire un trasferimento occorre dichiarare il sistema, cioè la porzione di mondo che stiamo osservando. Se prendiamo come sistema una palla che scende, l’energia associata alla sua posizione diminuisce mentre quella del movimento aumenta; se includiamo anche l’aria e il terreno, possiamo considerare l’energia trasferita e gli effetti del contatto. Se invece il sistema è soltanto la palla, alcuni scambi attraversano il suo confine. La conservazione non significa che ogni forma resti uguale: significa che, considerando tutte le forme e gli scambi pertinenti, l’energia totale non sparisce. In un sistema isolato la quantità totale resta costante; in un sistema aperto si contabilizza anche l’energia entrata o uscita [1, “Law of Conservation of Energy” e “Problem-Solving Strategies for Energy”].
La parola “calore” si usa in modo più preciso per l’energia che viene trasferita a causa di una differenza di temperatura. Dopo il trasferimento, l’energia ricevuta contribuisce all’energia interna del corpo e può cambiarne la temperatura. In una descrizione scolastica si può dire che una tazza calda trasferisce energia all’aria e al tavolo, che si scaldano leggermente: non si deve intendere che il calore sia un fluido immagazzinato nella tazza. Anche luce e corrente elettrica sono modi di trasferire energia, che può poi trasformarsi in altre forme.
Energia utile e dispersione
Quando si valuta una macchina, “utile” dipende dallo scopo. Per una lampada è utile ottenere luce; per un motorino è utile il moto prodotto. In entrambi i casi una parte dell’energia trasferita finisce anche in forme che non contribuiscono direttamente allo scopo, spesso riscaldando componenti e dintorni o producendo suono. Questa energia non è distrutta: si è trasformata o è stata trasferita altrove, e può diventare più difficile da recuperare per il compito desiderato. L’efficienza confronta l’energia utile ottenuta con quella in ingresso. Per esempio, se un dispositivo riceve 100 unità e ne rende 30 nella forma desiderata, il rapporto di efficienza è 30/100, cioè 30%; le restanti 70 unità non sono scomparse, ma si trovano in altre forme o nell’ambiente [1, “Efficiency”; 2, “Converting one form of energy into another”].
Parlare di “energia sprecata” è dunque un’abbreviazione pratica: si intende energia trasferita in forme o luoghi poco utili per il nostro obiettivo, non energia annientata. Migliorare l’isolamento di una casa, per esempio, riduce il trasferimento di energia termica verso l’esterno quando si vuole mantenere caldo l’interno. Non occorre inventare esperimenti per verificarlo: si possono analizzare dispositivi di uso comune, schemi, dati o situazioni descritte, senza smontare apparecchi e senza usare fiamme, prese o liquidi caldi.
Esempi ragionati
Una bicicletta frena. Consideriamo bicicletta, ciclista, freni e strada come sistema ampio. Prima della frenata c’è energia associata al movimento. Durante il contatto una parte si trasferisce all’energia interna dei freni, degli pneumatici e dell’aria; può esserci anche suono. La bicicletta rallenta, ma l’energia totale del sistema ampliato non è stata distrutta. Se scegliessimo come sistema la sola bicicletta, dovremmo registrare gli scambi con strada e aria.
Una lampada assorbe 60 J e produce 12 J di luce utile. L’efficienza luminosa, secondo il dato del problema, è 12/60 = 0,20 = 20%. Restano 48 J non ottenuti come luce: non sono “spariti”, ma sono trasferiti in altre forme, soprattutto riscaldamento e altri effetti. Il calcolo non afferma che ogni lampada reale abbia tale efficienza: usa i dati forniti.
Esercizi con soluzioni motivate
- Nomina una forma iniziale e due forme finali possibili in una torcia accesa. Soluzione: energia chimica nella batteria è trasferita nel circuito; nella lampadina/LED si ottengono luce e riscaldamento. L’elenco distingue trasformazioni, non scomparsa dell’energia.
- Una palla rotola e poi si ferma sul pavimento. L’energia è stata distrutta? Soluzione: no. Per il sistema palla-pavimento-aria, l’energia del movimento si trasferisce soprattutto all’energia interna dei materiali e dell’aria, oltre a suono; la risposta considera un sistema più ampio del solo oggetto.
- Un apparecchio riceve 200 J e fornisce 50 J utili. Calcola efficienza e quantità non utile allo scopo. Soluzione: 50/200 = 0,25 = 25%. La differenza 200−50 = 150 J è in altre forme/luoghi; “non utile” non significa distrutta.
- Una persona mangia e poi sale una scala. Indica due cambiamenti energetici e il confine di sistema che rende incompleto il bilancio. Soluzione: energia chimica degli alimenti contribuisce al movimento e all’aumento di energia potenziale gravitazionale, con trasferimenti anche all’ambiente. Se si considera solo la persona, cibo, aria e ambiente attraversano il confine del sistema.
- Quale sistema sceglieresti per descrivere il riscaldamento dei freni durante una frenata: solo la bicicletta o bicicletta+freni+strada+aria? Spiega. Soluzione: il sistema più ampio include più effetti e rende visibili le trasformazioni/redistribuzioni; con la sola bicicletta occorre contabilizzare gli scambi verso freni, strada e aria. Entrambe le scelte sono lecite se i confini sono dichiarati.
- Un riscaldatore trasferisce 500 J, di cui 400 J contribuiscono allo scopo di riscaldare una stanza. Calcola efficienza. Soluzione: 400/500 = 0,8 = 80%. I 100 J restanti non sono annullati; il problema li considera non utili allo scopo scelto.
Limiti e sviluppi non trattati
Qui non si ricavano formule generali di meccanica, non si calcolano energia cinetica o potenziale con massa e velocità, e non si studiano rendimenti misurati di specifici apparecchi. “Utile” dipende dalla domanda e dal confine del sistema: un trasferimento termico indesiderato per una lampada può essere utile per un riscaldatore. Restano per ulteriori percorsi le reti elettriche, le fonti energetiche, i cambiamenti di stato e i bilanci quantitativi dettagliati.
Riferimenti
[1] OpenStax, College Physics 2e, §7.6, sezioni “Law of Conservation of Energy”, “Some of the Many Forms of Energy”, “Efficiency”: https://openstax.org/books/college-physics-2e/pages/7-6-conservation-of-energy [2] U.S. Energy Information Administration, Energy is neither created nor destroyed, Energy Kids, basato su National Energy Education Development Project: https://www.eia.gov/kids/what-is-energy/laws-of-energy.php