Le unità di misura sono la disperazione di molti studenti. Ce ne sono alcune di uso comune e comprensibili a tutti, altre più difficili da digerire. Il cosiddetto Sistema Internazionale (SI) definisce le unità di misura per sette grandezze siche fondamentali: la lunghezza si misura in metri (m), il tempo in secondi (s), la massa in kilogrammi (kg), la temperatura in kelvin (K), la quantità di sostanza in moli (mol), la corrente elettrica in ampere (A), l’intensità luminosa in candele (cd).
Tutte le altre grandezze fisiche, per quanto strano possa sembrare, sono una combinazione di queste sette. Qualche insegnante di scienze prova un gusto sadico nel vedere lo studente allibito di fronte al fatto che la resistenza elettrica ha qualcosa a che fare con i kilogrammi, o la capacità termica con i metri. Molti ragazzi non se ne faranno mai una ragione e abbandoneranno gli studi scientifici.
Nessuno sarebbe entusiasta di usare un’unità di misura contorta come il kg·m2/s2 per esprimere una quantità di energia. Fortunatamente per le grandezze derivate da quelle fondamentali sono state adottate nuove unità, spesso indicate da cognomi di illustri scienziati del passato. Nel caso dell’energia si è deciso che l’unità kg·m2/s2 si chiama semplicemente «joule» e si rappresenta con il simbolo maiuscolo J.
Il watt (il simbolo è W) è invece l’unità di misura della potenza: 1 W equivale a 1 J diviso per 1 secondo (J/s). La scelta di onorare Joule e Watt è stata senza dubbio appropriata, visto il contributo di questi due scienziati britannici al progresso della conoscenza in campo energetico.
Sfortunatamente il joule è un’unità di misura piccolissima. Un topolino di campagna consuma circa 50.000 J al giorno per sopravvivere. Il serbatoio di un’automobile di media cilindrata contiene oltre un miliardo di joule di energia.
Nella pratica si utilizzano perciò unità di misura energetiche molto più grandi. Tra le più comuni vi sono la kilocaloria utilizzata per misurare l’energia termica e il kilowattora per l’energia elettrica.
Per stilare bilanci energetici a livello mondiale si utilizzano anche altre unità di misura, non rigorosamente legate alla grandezza sica energia.
Sono di uso comune per esempio unità di massa o di volume dei combustibili fossili, a cui si può associare un certo contenuto di energia. La più usata è il tep (tonnellata equivalente di petrolio, in inglese toe, ton of oil equivalent), che rappresenta l’energia termica sviluppata dalla combustione completa di una tonnellata di petrolio, o il suo sottomultiplo kgep (kilogrammo equivalente di petrolio).
Si usa molto anche il barile equivalente di petrolio bep (in inglese boe, barrel of oil equivalent), che corrisponde all’energia sviluppata dalla combustione di 159 litri (ossia circa 130 kg) di petrolio.
Le quantità di energia in gioco nella grande varietà dei processi naturali e artificiali possono variare immensamente. Per esempio il salto di una pulce richiede cento milionesimi di joule, mentre un uragano tropicale sviluppa un’energia di decine di miliardi di miliardi di joule.
Se quindi vogliamo mantenere la stessa unità di misura per qualsiasi fenomeno energetico, evitando il fardello di cifre a moltissimi zeri, conviene usare i prefissi convenzionali per multipli e sotto-multipli.