Energia e potenza

Per poter parlare in modo quantomeno sensato di nucleare occorre almeno sapere cosa sono l'energia e la potenza, e come si misurano. A molti sembrerebbe una precisazione inutile, ma in realtà è piuttosto diffusa una certa confusione sull'argomento, quindi è bene fissare questi concetti.

L'energia è la capacità di un corpo di compiere lavoro, e si misura nel Sistema Internazionale in Joule (1) (nonostante molti pronuncino /dʒaʊl/, la pronuncia corretta è /dʒu:l/).

La potenza invece è l'energia scambiata nell'unità di tempo, e si misura nel SI in Watt (W). Un Watt è equivalente alla potenza corrispondente al trasferimento di un Joule in un secondo.(2)

Volendo fare un parallelo per chiarire le idee a riguardo, si può paragonare l'energia all'acqua contenuta in un serbatoio e la potenza alla portata in ingresso (o in uscita) dallo stesso. A seconda degli usi che faremo dell'acqua saranno necessarie diverse quantità di acqua e diverse portate. Ad esempio per fare una doccia abbiamo bisogno di una gran quantità di acqua e di una grande portata costante, per lavare i denti invece occorre una quantità di acqua più limitata e una portata più bassa e intermittente. Tuttavia non sempre una portata minore corrisponde a un consumo di acqua complessivo minore, ad esempio per riempire la vasca da bagno occorre molta più acqua di quella necessaria a fare una doccia, però la portata del rubinetto della vasca da bagno è solitamente inferiore a quella della doccia (tuttavia resta aperto per un tempo maggiore).

Quando si parla di energia elettrica  è piuttosto diffuso l'uso dell'unità di misura "Wattora" (Wh) che equivale, come l'intuito suggerisce, all'energia richiesta per erogare una potenza di un Watt per un'ora. Occorre fare bene attenzione a non confondere i Watt con i Wattora, dato che corrispondono a due grandezze fisiche ben diverse.

Occorre inoltre precisare che, dato che ci si accinge a parlare di centrali elettriche, le potenze e le energie in gioco sono enormi, quindi è universalmente diffuso l'uso dei multipli delle unità qua presentate. Nello specifico tutti conoscono il prefisso kilo- (1000), ma non tutti (anche se grazie all'informatica si sono parecchio diffusi anche questi altri prefissi) conoscono i prefissi Mega- (un milione), Giga (un miliardo) e Tera- (1000 miliardi).

Cerchiamo ora di acquisire un minimo di confidenza con le unità di misura presentate con qualche esempio:

• La batteria del computer portatile col quale sto scrivendo quest'articolo può contenere al massimo un'energia di 60 Wh, mentre il suo alimentatore può erogare al massimo una potenza di 85 W. Ne consegue che, se la potenza erogata fosse costante nel tempo basterebbe meno di un'ora (poco più di 40 minuti) per caricare completamente la batteria. Ciò non è ovviamente vero, e questo fa intuire come la potenza erogata dall'alimentatore sia in realtà variabile nel tempo, e questo dipende dal modo in cui vanno caricate le batterie per non rovinarle.
• I 77 Cv di potenza erogati dal motore 1.4 benzina 8 valvole della Fiat Grande Punto corrispondono a circa 60 kW. Un litro di benzina contiene un'energia pari a 32 MJ (circa 9 kWh).
• I motori di un treno ad alta velocità (TAV) possono erogare una potenza di 8800 kW (3)
• Una moderna centrale nucleare produce una potenza di 1000-1600 MW.

---

[1] Un Joule (J) rappresenta l'energia necessaria a una forza di un Newton (N) per spostare un corpo di un metro (m). Il Newton a sua volta è la forza necessaria a dare l'accelerazione di 1 m/s^2 a un corpo di massa un kg.

[2] Se siamo in presenza di un diagramma con l'andamento della potenza nel tempo, si può risalire facilmente all'energia scambiata calcolando l'area sottesa alla curva, che in matematica si ricava con un integrale di Riemann. Viceversa se è dato il diagramma dell'energia in funzione del tempo si può conoscere la potenza istantanea calcolando la pendenza della curva nel punto di interesse, che altro non è che la derivata della funzione valutata in quel punto.

[3] Questo valore è la cosiddetta "potenza oraria", ovvero quella che può essere erogata per non più di un'ora, dato che altrimenti il motore si surriscalderebbe. Il valore della potenza continuativa, ovvero quella erogabile per un tempo indefinitamente lungo, è chiaramente più basso.