Le fonti di energia sono entità fisiche da cui è possibile ricavare una o più forme di energia. Questi «oggetti» possono essere i più svariati:
- risorse minerarie e vegetali: nel caso di carbone, petrolio, gas e biomasse l’energia è di tipo chimico ed è immagazzinata nei legami chimici carbonio-carbonio e carbonio-idrogeno; per liberarla servono un innesco e un comburente (l’ossigeno); nel caso dell’uranio l’energia immagazzinata invece è di tipo nucleare ed è liberata dalla frammentazione del nucleo atomico;
- manufatti: se con una diga si blocca l’acqua di un fiume è possibile trasformare, attraverso una serie di condotte e di macchine, l’energia potenziale gravitazionale dell’acqua del lago in energia cinetica, meccanica ed elettrica; in modo simile i mulini a vento possono convertire l’energia cinetica di masse d’aria in movimento;
- corpi celesti: il Sole è una fonte di energia luminosa; la Terra è una fonte di energia termica (dal sottosuolo) e gravitazionale (il vaso che cade).
- È bene ricordare che le fonti energetiche non servono unicamente per liberare energia: con i combustibili fossili produciamo un’infinità di cose utili (come plastica, fertilizzanti, farmaci); con una diga possiamo controllare i regimi delle acque; quanto alla Terra... è utile anche per molti altri scopi.
Si chiamano fonti energetiche primarie quelle reperibili direttamente in natura, per esempio combustibili fossili, luce del sole, vento, flussi d’acqua in movimento, vegetazione, uranio. Possono essere sfruttate come tali oppure trasformate in altre forme energetiche, dette secondarie, più comode per l’impiego, come i derivati del petrolio.
Le forme di energia – primarie o secondarie – che utilizziamo nella pratica vengono chiamate - finali. Sono finali per esempio l’energia elettrica e la benzina, ma non la radiazione solare né il petrolio, che va raffinato prima dell’uso.
I primi studi scientifici sulle trasformazioni di energia risalgono a più di due secoli fa: si basavano su macchine che trasformavano calore in movimento e viceversa e questa branca della fisica prese storicamente (e logicamente) il nome di termodinamica. Gli scienziati che nel diciannovesimo secolo gettarono le basi della termodinamica erano soprattutto inglesi, francesi e tedeschi, spesso animati dal desiderio di contribuire allo sviluppo e alla supremazia tecnologica della loro nazione.
Gli studi termodinamici condotti nella seconda metà dell’Ottocento permisero di individuare alcune leggi fondamentali, o princìpi, la cui validità è estendibile a tutte le forme di energia. In altre parole gli scienziati e gli ingegneri termodinamici di quell’epoca superarono largamente, senza rendersene conto, il confine della loro ambizione. Volevano capire il funzionamento di semplici macchine e arrivarono a svelare alcuni pilastri fondamentali che reggono l’universo.