Naturfag 5, Sammendrag kapittel 9, Energi

Sammendrag kapittel 9, Energi

9A Energi - det som får noe til å skje

  • Gresk ord, energeia

Energi måles i Joule (J)

Energienheter

  • Kilokalori (mat), 1kcal = 4,2 Kj
  • Kilowattimer (strømforbruk), 1kWh = 3,6 MJ
  • Wattsekund (lyspære), 1Ws = 1J
  • K = (103)
  • M = (106)
  • G = (109)

Energiformer

            Dagliglivet:

  • Kjemisk energi -      Elektrisk energi
  • Kjerneenergi -      Strålingsenergi
  • Solenergi -      Lydenergi
  • Svingeenergi -      Varmeenergi

Ifølge fysikere finnes det bare to

  • Bevegelsesenergi = kinetisk energi
  • Stillingsenergi = potensiell energi

James Joule

  • Studerte temperaturøkningen i vannet
  • Vannet øverst i fossen (stillingsenergi), vannet faller (bevegelsesenergi),

treffer vannmassene - varmeenergi og lydenergi (bevegelsesenergi)

Energikilder → Energimottaker

        Vedovn Stua

              Stua omgivelsene

Energikjeder - energioverganger

Sola bjørketre  vedovn stua omgivelsene

  • De fleste energikjeder starter i sola

Om vinteren stiger bruken og prisen på elektrisitet. Da er det lønnsomt både for deg og samfunnet at du bruker andre energikilder til boligoppvarming enn elektrisk energi.

Energikjeder i en bolig med vannbåren varme

Privatboliger kan benytte elektrisk vannvarmer, oljefyrkjel og solfanger til oppvarming av et energilager. Sentralanlegget fordeler varmen fra energilageret rundt i huset med lukket rørsystem med gulvvarme og radiator.

  • Energikjede for elektrisk vannvarmer:

Sola havet skyer innsjø vannenergiverk vannvarmer energilager radiator bolig omgivelsene

  • Energikjede for oljefyr:

Sola organisk materiale fyringsolje oljefyr energilager radiator bolig omgivelsene

  • Energikjede for solfanger:

Sola solfanger energilager radiator bolig omgivelsene

Energioverføring

Energioverføring kan overføres fra ett sted til et annet ved varme eller ved arbeid.

  • Varme er energioverføring som følge av temperaturforskjell.
  • For eksempel: Varme hendene i varmt vann (Varmeledning) eller ved en varmeovn (stråling)

Vannet/varmeovnen har høyest temperatur og hendene har lavest temperatur

  • Arbeid er en energioverføring som følge av at krefter virker på en gjenstand som beveger på seg.
  • For eksempel: Gni håndflatene mot hverandre. Temperaturen blir høyre fordi de utfører et arbeid på hverandre.

Effekt - hvor raskt energien blir overført

Effekt er energi per tid. En lyspære på 60 W har mer effekt enn en på 40W.

  • Enheten for effekt er watt (W), og er oppkalt etter ingeniøren James Watt.

Effekt (P) er energioverføring - per tid (t):

Effekt = Energi/tid,          P = E/t

Energi = Effekt*tid,          E = P*t

  • 1 W = 1 J/s
  • Hva er effekten (P)? (hvor mye energi er overført?)

Varmeovn på 1 kW (1000 W) stått på i 1 time (3600 s)

E = P*t

= 1000 W*3600 s

= 1000 J/s*3600 s

= 3600 000 J = 3600 KJ = 3,6 MJ

Grunnen til at 1 kWh = 3,6 MJ og 1 Ws = 1 J er fordi:

1 kWh = 1 kW * 1 h = 1000 W * 3600 s = 3600 000 Ws = 3600 000 J = 3,6 MJ

9B Varme, temperatur og indre energi

  • Hører sammen, men ikke det samme

Varme er en energioverføring når det er temperaturforskjeller.

Temperaturen til en gjenstand er en størrelse som sier noe om hvor mye atomene eller molekylene i gjenstanden beveger på seg, de har en bevegelsesenergi hele tiden.

Vi måler temperaturen med en termometer. Både varme og temperatur er fysiske størrelser, det er ikke kulde

 

En sykkel som står utendørs i en kald morgen. Metallstyret er kaldere enn plastikkhåndtaket, fordi metallstyret leder varme mye raskere vekk fra hånden din enn plastikkhåndtaket. I dagliglivet bruker vi ordene varme og kulde, som er i dette tilfellet energioverføring ved at det går varme fra hånden din når det er en temperaturforskjell.

Det er kaldere når det blåser selv om temperaturen er den samme. Vinden gjør at det blir overført mer energi fra kroppen vår enn når det er stillevind. Den såkalte «vinsavkjølingsfaktoren» kan gjøre at vi opplever -10 °C og stiv kuling like kaldt som -22 °C.

Temperatur og omgivelsene

  • Energioverføringen skjer ved at det går varme fra gjenstanden med høyest temperatur til den med lavest temperatur. Temperaturen til en gjenstand vil bli den samme som i omgivelsene.

Indre energi

  • Partikler har bevegelsesenergi og stillingsenergi

Temperaturen er et mål for den indre energien i en gjenstand. Den indre energien er knyttet til atomene, ionene eller molekylene i gjenstanden. Disse partiklene har både bevegelsesenergi og stillingsenergi. Jo mindre atomene beveger seg, jo lavere er temperaturen.

Den totale indre energien er summen av bevegelsesenergien og stillingsenergien til partiklene som gjenstanden er bygd opp av.

  • Indre energi blir ofte kalt varmeenergi eller termisk energi.

Et fullt glass vann i 60 °C avgir dobbelt så mye varme som et halvfullt glass vann.

  • Den indre energien er avhengig av både temperatur, hvilket stoff det er og massen av stoffet.

 

Temperaturskalaer - celsius og kelvin           

  • Celsiusskalaen er oppkalt etter Anders Celsius

De to temperaturskalaene kelvin og celsius er annerledes, 0 i celsiusskalaen er der vann fryser til is, og 100 er da det koker. Når atomene står i ro kaller vi dette det absolutte nullpunktet, og det er der kelvin (K) skalaen starter (-273,15°C) og resten er bare plussgrader

Vi har tilstandsformer, fast form, væske eller gass, og jorda er avhengig av vann sin evne til å endre form, smelting og frysing, koking, fordamping og kondensering

Tilstandsform - fast form, væske eller gass

Tre tilstandsformer:

  • Is (fast form)

Vannmolekylene ligger i samme posisjon i forhold til hverandre i et nettverk.

  • Vann (væskeform)

Vannmolekylene kan bevege seg i foldhold til hverandre, de kan altså bytte plass.

De ligger så nær hverandre at de blir holdt sammen av svake bindinger.

  • Vanndamp (gassform)

I vanndamp er avstanden mellom vannmolekylene så stor at de beveger seg fritt.

Tilstandsoverganger

I en tilstandsovergang blir det overført energi uten at temperaturen endrer seg.

  • Når is smelter eller vann koker.

Både smelting og fordamping krever energi. Energien blir bare brukt til dette, og ikke til å øke bevegelsesenergien til molekylene.

  • Det er tilstandsovergangene som er mest energikrevende.

Smelting og størkning

  • Skjer ved samme temperatur.
  • Smelting krever energi og størkning avgir energi.

Fordamping og kondensering

Fordamping og kondensering er to helt forskjellige ting, fordamping krever energi (en vannpytt forsvinner i varmt vær) og kondensering avgir energi. Det kreves altså ikke 100 grader for at vann skal gå over til vanndamp

9C Energiloven - energi forsvinner ikke men kvaliteten blir dårligere

Energiloven sier at energi kan verken oppstå eller forsvinne, bare overføres fra en form til en annen

Når bremser sykkelen vil energien bli overført til varmeenergi ved bremsene og hvis det i tillegg piper overføres bevegelsesenergien også til lydenergi. Sykkelen går kan også gå over til stillingsenergi dersom den triller oppover en bakke og bevegelsesenergi ned bakken igjen.

Energikvaliteten

Vi har lavverdige og høyverdige energiformer. Lavverdi er vanskelig å overføre til nye energiformer, men høyverdige energiformer kan enkelt overføres.

Eksempler på lavverdige energiformer er kjerneenergi, lydenergi og indre energi.

Eksempler på høyverdige energiformer er elektrisk energi, stillingsenergi, bevegelsesenergi og kjemisk energi.

Loven om energikvalitet

I en energioverføring synker den samlede energikvaliteten.

  • Det vil si at den bare blir mindre tilgjengelig for oss.

9D Energibruk i dagliglivet

Energibruken økte kraftig på 1900-tallet. Økningen skyldes hovedsakelig det energikrevende levesettet og den store befolkningsøkningen i verden.

Sola

Sola er vår viktigste energikilde og 99% av våre energikjeder har utgangspunkt i den. Mindre enn 1% kommer fra det indre i jorda.

Energien fra sola kommer av fusjon av hydrogen til helium.

Vi kan dele energikilder inn i ikke-fornybare og fornybare energikilder

Virkningsgrad

Virkningsgraden av energien er hvor mye energi du får inn og hvor mye du kan ta i bruk.

I biler er virkningsgraden ca. 25%. I solcellepanel er virkningsgraden ca. 30%, og menneskekroppen har ca. 10-20%.

Virkningsgrad = Nyttig energi/Tilført energi*100%

Virkningsgrad til solcellepanel

Solcelle med areal på 3m2, Effekten er 300 W/m2, virkningsgraden er 30%

Mottatt energi:

300 W/m2 * 3m2 = 900W

I løpet av en time blir den mottatte energien:

E = P*t = 900W*1h = 900 J/s * 3600s = 3240 000 J = 3240 kJ = 3,24 MJ

Virkningsgraden er 30%

3240 000 J*0,30 (100/30) = 972 000 J

 

Energiøkonomisering - ENØK

I Norge bruker vi mer energi enn vi selv produserer, selv med alle vannkraftverkene. ENØK (Energiøkonomisering) handler om å utnytte energien på den mest mulig effektive og lønnsomme måten

9E Solfangere

  • Fra strålingsenergi til indre energi

Sola sender ut masse energi, solfangere «fanger» energien i fotonene fra sola (solstrålingen). Energien absorberes av en svart metallplate, der fotonene overfører energien sin til atomene i plata, som gjør så temperaturen i plata øker. Fordi plata er svart, absorberes nesten all solstrålingen.

Det ligger kobberrør i plata som gjør så vannet som sirkulerer får høy temperatur, som brukes til romoppvarming og varmtvann.

Det er en kasse i bunnen som hindrer varmetap, og en glassplate på toppen som slipper inn fotoner, men hindrer varmestrålingen i å slippe ut, akkurat som et drivhus.

Kobberrøret er en del av et lukket system som får det varme vannet til å sirkulere gjennom og varme et energilager. En elektrisk pumpe sender det brukte og avkjølte vannet tilbake ved hjelp av en elektrisk pumpe.

Solfangeren er utstyrt med en termostater som stopper sirkulasjonspumpa når temperaturen i solfangeren er lavere enn i energilageret.

Fordi det ikke er sol hele tiden, har vi ofte et lager med vann som blir varmet av elektrisk energi når det er under den ønskede temperaturen

Det trengs 1m2 solfanger for å dekke en person for nok varmtvann.

Solfangere må rettes mot sør i 45-60% mot sola i forhold til vannrett og de står ofte på taket. Det er ganske dyrt å installere det, men det er god økonomi i det lange løp, i de beste forholdene er virkningsgraden ca. 80%

9F Varmepumper

  • En varmepumpe overfører indre energi fra omgivelsene til en bolig. Fordi innetemperaturen er lavere enn utetemperaturen, må den bruke høyverdig elektrisk energi.

Den indre energien ute kan føre til at en varmepumpe kan varme opp huset, selv om det er kaldt ute. Det går ikke å overføre det som varme direkte, så en varmepumpe må til for å bruke elektrisk energi til å få det varmt. Vi får mer energi tilbake enn det vi bruker av elektrisk energi - dette kalles varmefaktor: Varmefaktor=levert varme(Q)/tilført elektrisk(E) energi eller f=Q/E

 

En varmepumpe har 4 prosesser:

  1. Det er et kjølemiddel som har lav koketemperatur. Kjølemiddelet tar til seg energi fra omgivelser ved å fordampe - f.eks. 5 grader - at det blir til gassform
  2. En kompressor trykker gassen sammen og temperaturen (f.eks. 40) og kokepunktet blir høyere, det er her den elektriske energien kommer inn for å gjøre denne prosessen og for å pumpe gassen videre
  3. Inni huset er det en kondensator der temperaturen til gassen er høyere enn i huset, varmen fra gasset kommer fra temperaturforskjellen og kondenseringen som avgir varme til omgivelsene og blir til væske.
  4. Væsken pumpes til en ventil der trykket blir redusert og temperaturen faller tilbake til originalen (her 5 grader)

Mulige energikilder - luft, jord, fjell eller vann

En varmepumpe kan hente indre energi i utelufta, i jordbunnen, i fjell, i en nærliggende innsjø eller i havet.

Norge kan hente indre varme fra mye, om sommeren trengs bare lufta, men om vinteren kan vi bruke fjellgrunnen eller den indre varmen fra havbunnen

Før var varmepumper miljøskadelige, men ikke nå mer. Andre fordeler enn å spare miljøet er at du sparer frakt av energi og du sparer energiregningen

9G Solceller - fra strålingsenergi til elektrisk energi

Solceller overfører solenergi direkte til elektrisk energi, de blir brukt mye på hytter, men også til små duppeditter fordi det er nå mye billigere enn det var før

Solceller blir laget av to plater med silisium som er litt forskjellige. Silisium er halvledermateriale. Noen silisiumatomer i platene er byttet ut med atomer av andre grunnstoff. Vi sier at silisiumplata er «dopet». På grunn av solcellens konstruksjon blir de løsrevede elektronene tvunget til å gå gjennom en ytre krets fra den ene plata til den andre. Da får vi strøm.

Det ligger silisiumkrystaller med 4 elektroner tett i tett for å få 8 i det ytterste skallet sitt.

Det er to plater og den ene «dopes» med fosforatomer (fem elektroner i ytterste skall) og noen elektroner blir til overs, altså noen blir «frie», plata blir nå kalt n-type.

Den andre plata dopes med bor (tre elektroner i ytterste skall) og får et ledig positivt hull i strukturen, plata blir nå kalt p-type.

  • Sperre for frie elektroner mellom platene med elektrisk spenning.

N-plata legges oppå P-plata og frie atomer bevege seg over til P-plata, noe som gjør så det blir overskudd av negativ energi på den ene plata og positivt på den andre.

Den elektriske spenningen mellom platene gjøre at elektronene bare kan vandre den ene veien, eller gå rundt i en ytre krets. Solstrålene kan løsrive elektroner, som da går inn i kretsen.

For å få mer spenning og effekten må vi koble i enten parallellkoblinger eller seriekoblinger. Ønsker man større effekt kan man koble den i parallell. De fleste hytter bruker 12V, så der må vi seriekoble flere sammen (en enkelt solcelle gir vanligvis en spenning på 0,5V)

Solceller har en virkningsgrad på om lag 10%, og kan komme opp i 30%. Den er så lav fordi alle solstrålene ikke blir absorbert, og noen treffer ikke elektroner

9H Biomasse

Biomasse (organiske forbindelser i dyr- og plantemateriale som inneholder energi) er CO2 nøytralt

Viktige kilder til biomasse er ved, rester fra skogbruk, halm, husdyrmøkk, avfall og kloakksalm.

En kan bruke f.eks. flis og bark til å lage pellets, briketter eller trepulver, og selv om det er fornybart er det ikke nødvendigvis miljøvennlig, fordi partikler og sot kan forurense lufta. Disse tingene går under betegnelsen foredlet biomasse

Deponigass er en slags biogass, ofte i form av metangass som vi får når søppel brytes ned uten oksygen (anaerob nedbryting). Biogassen kan bli brukt til brennstoff. Her fjerner vi en klimagass og vi får energi

Ved å varme opp avfall i reaktorer får vi reaktorgasser, som også er biogasser.

Flytende biodrivstoffer som etanol, metanol og biodiesel kan brukes til energikilde til bilder.

Biodrivstoff kan enkelt fylle Norge sin del av klimaavtaler, der etanol og metanol blir brukt sammen med vanlig bensin (15%), eller helt alene i spesialbygde biler. Bioetanol framstilles ved å gjære planter som inneholder sukker, cellulose eller stivelse som korn, mais, poteter, sukkerrør og til og med tre. Biometanol blir ofte framstilt av biogass.

Biodiesel blir stort sett framstilt av planteoljer og dyrefett som fiskefett. De moderne dieselmotorene trenger ikke å ombygges for å bare gå på biodiesel

Vi har 1.generasjons (lagd av f.eks. raps) og 2.generasjons (avfall fra skogbruk) biodrivstoff. Fordi 1.generasjonen konkurrerer med matnæringen er det flere som satser på 2.generasjonen


 #Naturfag #Naturfag5 #Vg1 #Studieforberedende #Skole #Skolehjelp #Lekse #Oppgaver #VOST


 

Ingen kommentarer

Skriv en ny kommentar

Velkommen til Kim's Blogg! Her vil det bli lagt ut oppgaver og sammendrag i fag fra Videregående Skole Studiespesialiserende! ☆Om du bruker noen av disse bøkene kan det være en fordel å følge bloggen! ;)☆---------------------------------Naturfag 5, Aschehoug-------------------------GEO, Geografi Studieforberedende------------------------------Kommer senere-------------------- Ikke glem å DEL Bloggen! ^^
hits