Il tempo impiegato non ha nulla a che fare con il lavoro svolto.
- Naval Ravikant
Mai pensato di aprire un tunnel usando biscotti con gocce di cioccolato? 🍪
No? Beh, come mai? Di primo acchito, la risposta potrebbe essere qualcosa del tipo: i biscotti conterranno anche energia sufficiente per farci affrontare una call di 2 ore il lunedì mattina, ma per frantumare della dura roccia ne serve di sicuro molta di più.
Eppure avremmo torto.
Quanti joule contengono, per unità di peso, i biscotti con gocce di cioccolato? Uno sguardo veloce ai valori sulla confezione potrebbe lasciarci sorpresi: circa 2’000 kJ/100 g, ovvero 20 kJ/g = 20 MJ/kg. Per avere un benchmark: il trinitrotoluene (o T.N.T. per i non-chimici, oltre che per i fan di Wile E. Coyote) ha densità energetica pari a 4.184 MJ/kg 🧨
Sorpresa! Nei biscotti con gocce di cioccolato è immagazzinata, per unità di peso, più energia di quanta ne contenga il T.N.T. Il fatto che non siano utili per scavare gallerie è legato alla differenza tra il concetto di energia e quello di potenza.
🛁 (Ancora) stock e flussi
Se l’energia misura la capacità di compiere lavoro, cos’è la potenza?
La potenza è il rapporto tra l'energia e il tempo in cui essa viene trasferita.
Tra energia e potenza c'è lo stesso tipo di legame che c'è tra il debito e il deficit nel bilancio di uno stato o, se preferite, tra la posizione e la velocità di un corpo.
Un watt di potenza equivale a un trasferimento di 1 joule al secondo (se preferite, in unità elettriche, al flusso di 1 ampere di corrente con 1 volt di tensione applicata). È il numero che siamo abituati a leggere sulle targhe dei nostri elettrodomestici, proprio perché ne esprime l’assorbimento: quanti più sono i watt, quanto più rapido è il flusso di energia prelevata da rete. Se non vogliamo eccedere la potenza del nostro contatore e rimanere al buio, è più efficace spegnere la lavatrice o il phon (2’000 W) che non il pc (50 W).
In altre parole: l’energia è uno stock (o serbatoio) mentre la potenza è un flusso (o un tubo). Se pensiamo a una vasca da bagno che si riempie, l’energia è rappresentata dai litri d’acqua raccolti al suo interno, mentre la potenza è più simile alla differenza tra la portata in litri al minuto del rubinetto e quella dello scarico.
La ragione per cui non scaviamo gallerie con i biscotti è che l'energia immagazzinata nel T.N.T. viene liberata tutta insieme, in un tempo molto breve; d'altra parte, quella contenuta nei biscotti con gocce di cioccolato viene erogata molto più gradualmente, in un processo di “combustione” lentissima che noi chiamiamo digestione. Sembra un concetto semplice, eppure spesso ce ne dimentichiamo: per esempio, quando parliamo di fonti rinnovabili guardando solo i MW di potenza installata e non i MWh di energia effettivamente prodotta.
Infatti, a parità di potenza installata (poniamo: P = 100 MW), una centrale nucleare e un parco eolico non producono, in un anno, la stessa quantità di energia: la centrale nucleare impiega una materia prima disponibile in modo stabile nel tempo (l’uranio) mentre le turbine del parco eolico producono solo quando soffia il vento.
🤖 Potenza e “cimitero dei robot”
Se c’è un’azione quotidiana in cui la potenza giusta è chiave (al punto da far spopolare le polemiche, se qualcosa va storto) è la ricarica delle auto elettriche.
Ce ne siamo accorti la settimana scorsa, quando il freddo intenso ha colpito Chicago e alcune auto elettriche, soprattutto Tesla, sono rimaste in panne. Sui social network e su Fox News, i detrattori per partito preso non hanno perso la ghiotta occasione per dipingere le auto elettriche come inaffidabili in caso di temperature estreme.
Ma è davvero così?
Una premessa è che, quando le temperature scendono così in basso (-20 °C), il freddo estremo può avere ripercussioni su cavi, connettori e altri componenti critici di una stazione di ricarica - proprio come la pompa di una stazione di servizio può gelare.
Detto questo, però, è vero che la ricarica di un’auto elettrica è un processo delicato e che ha un intrinseco svantaggio di potenza rispetto alla sua controparte “fossile”.
Prendiamo il caso della benzina: un normale distributore pompa circa 35 l/min (cioè 2’100 l/h), mentre il carburante ha un potere calorifico di 9.6 kWh/l. Questo significa che, quando facciamo rifornimento con un’auto endotermica, nel serbatoio entra una potenza di circa 20’160 kW. Un numero enorme, se confrontato con il corrispettivo di un’auto elettrica: ciò non solo per il caso più “scontato” della wallbox (3.7 - 22 kW), ma anche per quello di una colonnina rapida o ultrarapida (50-350 kW). Ipotizzando un fattore di potenza di 0.98, si vede che nella migliore delle ipotesi il flusso di energia è pari a 0.98 x 350 = 343 kW. Dunque 59 volte più lento.
A questo, si aggiunge il problema della temperatura.
Quando fa freddo, l'elettrolita diventa molto più viscoso: aumenta, cioè, la resistenza allo scorrimento e questo rende più difficile il passaggio degli ioni di litio tra anodo e catodo. Di conseguenza, l’autonomia della batteria cala anche del 15 o 20% rispetto a quella ottimale; la ricarica rallenta, quella rapida è addirittura impedita per lo stesso motivo.
L’unico trucco è riscaldare le batterie, così che la temperatura sia abbastanza alta da permettere agli elettroni di muoversi agevolmente attraverso l’elettrolita. Ma poiché l’unica energia disponibile per farlo è quella della batteria stessa, se l’auto è quasi completamente scarica (< 20%) e arriva il gelo improvviso, può accadere che non vi sia carica sufficiente a preriscaldarla.
Insomma, ragionare bene sulla potenza non è solo questione di numeri.
Ispira a nutrire curiosità verso il mondo che ci circonda, a essere protesi a coglierne le differenze (per esempio: quelle tra una stazione di ricarica rapida e un distributore di carburante). Soltanto una volta comprese queste, siamo in grado di prendere su di noi la responsabilità della cura: evitare quanto più possibile di scaricare del tutto le batterie, effettuare vari rabbocchi durante i lunghi spostamenti e preservare il buon funzionamento a lungo termine.
🔊 Resonance frequency
AC/DC - T.N.T. (1976)
🧰 Toolbox
Feynman R. P., Leighton R. B., Sands M., La fisica di Feynman, Zanichelli, 2017
Susskind L., G. Hrabovski, Il minimo teorico, Raffaello Cortina Editore, 2019
🎨 Artwork
Pignatti L., Potenza (2024)
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