Fysik - Energi Kapitel 5 PDF

# Fysik ## Värme är energi - Energi mäts i enheten joule, J. - Värme är ett mått på hur mycket atomerna och molekylerna rör sig. - Värmeenergi kan: - ledas - strömma - stråla - Isolering är ett material som gör det svårt för värmen att strömma. Stillastående luft är bra isolering....

# Fysik ## Värme är energi - Energi mäts i enheten joule, J. - Värme är ett mått på hur mycket atomerna och molekylerna rör sig. - Värmeenergi kan: - ledas - strömma - stråla - Isolering är ett material som gör det svårt för värmen att strömma. Stillastående luft är bra isolering. ## Vad är egentligen värme? - När solen skiner kan vi känna att den värmer. - För att hitta en förklaring behöver vi titta in i atomernas och molekylernas värld. - Atomer rör sig hela tiden. - I fasta ämnen, som is, rör atomerna sig lite. - När solen skiner på isen en vårvinterdag smälter isen. - Från solen får vattenmolekylerna mer energi, då rör de sig snabbare och mer fritt. - Värme är alltså ett mått på atomernas och molekylernas rörelser. ## Värme - en av flera energiformer - Det vi har sett exempel på i fallet med vatten och is, är hur en form av energi övergår till en annan form. - Solens strålar innehåller strålningsenergi som omvandlas till värme när strålarna träffar isen och vattnet. - Värme är en energiform och solens strålningsenergi en annan. ## Luft kan väga olika mycket - När solen värmer ett fast ämne som metall händer intressanta saker. - Värmeenergin får molekylerna att röra sig mer. - Det gör att molekylerna behöver mer plats att röra sig på. - Därför tar en varm metall större plats än en kall metall. - Vi säger att metallen utvidgar sig när den blir varm. - Låt oss titta närmare på vanlig luft. - När luft värms upp rör sig molekylerna mer och de tar större plats. - Det betyder till exempel att en liter varm luft är lättare än en liter kall luft. ## Värme rör sig - den strömmar - En bostad kan värmas upp på olika sätt. - Under fönstren kan det finnas varma element. - I nyare hus finns det ofta värmeslingor i golvet. - I många hus finns också fläktar som försiktigt blåser in varm luft. - Oavsett hur luften värms upp behöver de som bygger hus tänka ut hur luften ska cirkulera i ett rum. - Varm luft är lätt och stiger mot taket, medan kall luft är tung och lägger sig närmast golvet. - Värme som förflyttas på det här sättet kallas strömning. ## Värme leds - Värme flyttar sig också inne i ett fast material som exempelvis i metall eller trä. - Man kan uppleva en kall dag. - Ett trappräcke av järn är mycket kallare att ta i än ett räcke av trä. - Skillnaden beror på att molekylerna rör sig lättare i järn än i trä. - När du tar i ett järnräcke leder järnet snabbt bort värmen från din hand. - Ett träräcke däremot leder inte bort värmen från din hand, eftersom molekylerna inte kan röra sig lika lätt i trä. - Fenomenet kallas värmeledning. - Ibland vill man att värme ska ledas så lätt som möjligt, exempelvis i stekpannan på spisen. - Ju bättre värme leds genom metallen, desto tidigare kan man steka. ## Värme strålar - I varma länder klär sig många i vitt för att undvika värmen. - I kallare länder som Sverige bygger vi speciella svarta solfångare för att fånga solens energi till att värma vatten. - Hur kommer det sig att svarta kläder och föremål känns varmare än vita? - Solen sänder ut strålningsenergi i form av ljus. - Solens vita ljus gör att vi ser allt omkring oss. - Solens strålar innehåller energi som värmer både kläder, föremål och till och med jordens yta. - Svart färg är bättre än vit på att fånga upp den här energin. ## Energi omvandlas mellan olika former - Det allra viktigaste att känna till om energi är att ingen ny energi kan skapas och ingen energi kan försvinna eller förstöras. - Det enda som ständigt sker är att energi övergår från en energiform till en annan. - Själva övergången från en energiform till en annan kallas energiomvandling. - Sådana sker hela tiden, exempelvis när solens strålningsenergi övergår till värmeenergi på kinden en kall vinterdag. - Vi upplever att solen värmer kinden. ## Energiprincipen - En av de allra viktigaste naturlagarna kallas för energiprincipen och brukar skrivas så här: - Energi kan varken förstöras eller nyskapas, utan bara omvandlas mellan olika former. - Det finns alltid lika mycket energi före en energiomvandling som efter. - Att använda energi på ett smart sätt handlar om att förstå hur dessa energiomvandlingar går till. ## Energi på en lekplats - På en lekplats finns mycket att pröva, allt från gungor till stora klätterställningar. - I en gunga är den mekaniska energin i fokus. - Den mekaniska energin är egentligen ett samlingsnamn för de två energiformerna: lägesenergi och rörelseenergi. - Det beror på att dessa två ofta hänger ihop. - Låt oss gå tillbaka till exemplet med gungorna. - Varje gång gungan vänder högst upp, står gungan helt still ett ögonblick. - Då har all rörelseenergi omvandlats till lägesenergi. - När gungan faller nedåt omvandlas lägesenergin undan för undan till rörelseenergi. - När du passerar lägsta punkten har lägesenergin omvandlats till rörelseenergi. - Energi är alltid inblandad när det kittlar i magen! - I en klätterställning går det först åt energi för att du ska komma upp. - Den kommer ursprungligen från maten du har ätit. - I musklerna omvandlas den kemiska energin i maten till rörelseenergi. - Och ju högre du klättrar, desto större blir din lägesenergi. - Tar du sedan rutschkanan ner kommer nästan all lägesenergi omvandlas till rörelseenergi. - Men vart tar rörelseenergin vägen när du har stannat? ## När energi skapar nytta - I rutschkanan kan det gå snabbt. - Om det blir varmt i baken på väg ner blir farten lägre. - Hur hänger det ihop? - Jo, farten är ett resultat av att kroppens lägesenergi vid toppen av rutschkanan omvandlas till rörelseenergi på vägen ner. - När det blir varmt i baken, har en del av lägesenergin omvandlats till värme istället för till rörelseenergi. - När du har stannat har din ursprungliga lägesenergi vid toppen omvandlats till rörelseenergi. - Men inte helt, en liten del av lägesenergin har omvandlats till värme i baken, i rutschkanans plåt och kanske lite i händerna när du bromsade. ## Energi i olika former - Det finns sex energiformer: - Värmeenergi - Mekanisk energi - Elektrisk energi - Kemisk energi - Strålningsenergi - Kärnenergi - Mekanisk energi brukar delas upp i lägesenergi och rörelseenergi. - Energiprincipen: Energi kan varken förstöras eller nyskapas, utan bara omvandlas mellan olika former. - Verkningsgraden talar om hur stor andel av energin som kommit till nytta. - Ju högre verkningsgrad, desto mer av energin har kommit till nytta. ## Vi använder energi - Förnyelsebara energikällor är energikällor som inte tar slut (till exempel vattenkraft, vindkraft, biobränsle och solenergi). - Icke förnyelsebara energikällor är energikällor som så småningom kommer att ta slut (till exempel kol, olja, naturgas och kärnkraft). - Kol, olja och naturgas kallas med ett gemensamt namn för fossila bränslen. ## Elmotorer har hög verkningsgrad - En bilmotor som man tankar med bensin eller diesel omvandlar omkring 20 procent av den mängd energi som finns i bensinen till rörelseenergi. - En elmotor omvandlar minst 80 procent av mängden elenergi som den drivs med till rörelseenergi. - En bensinmotor har alltså låg verkningsgrad jämfört med elmotorn. - Förklaringen är att en stor del av energin i bensinen omvandlas till värme när den brinner, inte till rörelseenergi. - Därför säger vi att en elmotor är mer effektiv än en bensinmotor. ## All energi kommer inte till nytta - All energi kommer inte till nytta i form av hög fart. - Hur mycket energi som kommer till nytta kallar vi för verkningsgrad och den beskrivs med ett procenttal. - En verkningsgrad på 90 procent betyder att det mesta av energin kommer till nytta, endast 10 procent blir värme som inte kommer till nytta. ## Elenergi - en värdefull energiform - Elektrisk energi förkortas ofta elenergi. - Det är den mest värdefulla energiformen vi har! - Förklaringen är enkel: Elenergi kan enkelt omvandlas till andra energiformer. - Elenergi värmer vattnet i tvättmaskinen, håller kylskåpet kallt och driver tåg lika bra som elcyklar. - Men varifrån får vi den värdefulla elenergin? ## Viktiga energikällor - Vattenkraft: - Förnybar: Ja - Energiomvandling: Rörelseenergi ⇒ elenergi - Fördelar: - Ökar inte mängden koldioxid i luften. - Lätt att öka och minska produktionen. - Nackdelar: - Lägger land under vatten. - Påverkar natur och djurliv. - Biomassa: - Förnybar: Ja - Energiomvandling: Kemisk energi ⇒ värme + elenergi - Fördelar: - Ökar inte mängden koldioxid i luften. - Finns i stor mängd i Sverige. - Nackdelar: - Skog behövs också till virke och papper. - Vindkraft: - Förnybar: Ja - Energiomvandling: Rörelseenergi ⇒ elenergi - Fördelar: - Ökar inte mängden koldioxid i luften. - Lätt att bygga och riva. - Nackdelar: - Levererar endast när det blåser. - Solceller: - Förnybar: Ja - Energiomvandling: Strålningsenergi ⇒ elenergi - Fördelar: - Ökar inte mängden koldioxid i luften. - Lätt att bygga. - Inga rörliga delar. - Nackdelar: - Levererar endast när solen skiner. - Värmepumpar: - Förnybar: Ja - Energiomvandling: Sänker temperaturen ute och höjer den inne. - Fördelar: - Ökar inte mängden koldioxid i luften. - Stort användningsområde. - Nackdelar: - Behöver elenergi för att fungera. - Vågenergi: - Förnybar: Ja - Energiomvandling: Rörelseenergi ⇒ elenergi - Fördelar: - Ökar inte mängden koldioxid i luften. - Levererar nästan året runt. - Nackdelar: - Komplicerat att bygga. - Olja, kol och gas: - Förnybar: Nej - Energiomvandling: Kemisk energi ⇒ elenergi + rörelseenergi. - Fördelar: - Lätt att använda. - Finns att köpa överallt! - Nackdelar: - Ökar mängden koldioxid i luften. - Kommer att ta slut. - Kärnkraft: - Förnybar: Nej - Energiomvandling: Kärnenergi ⇒ elenergi. - Fördelar: - Ganska lätt att öka och minska produktionen. - Ökar inte mängden koldioxid i luften. - Nackdelar: - Farlig strålning kan läcka ut. - Komplicerat att bygga. - Kommer att ta slut. ## Vi använder mer energi - I dag använder vi mycket mer energi i världen än för 100 år sedan, kanske tio gånger mer. - Det ser förstås olika ut i olika länder. - Rika länder använder mer energi än fattiga. ## Energi - en värdefull energiform - Elektrisk energi förkortas ofta elenergi. - Det är den mest värdefulla energiformen vi har! - Förklaringen är enkel: Elenergi kan enkelt omvandlas till andra energiformer. - Elenergi värmer vattnet i tvättmaskinen, håller kylskåpet kallt och driver tåg lika bra som elcyklar. - Men varifrån får vi den värdefulla elenergin? ## Energi på en lekplats - På en lekplats finns mycket att pröva, allt från gungor till stora klätterställningar. - I en gunga är den mekaniska energin i fokus. - Den mekaniska energin är egentligen ett samlingsnamn för de två energiformerna: lägesenergi och rörelseenergi. - Det beror på att dessa två ofta hänger ihop. - Låt oss gå tillbaka till exemplet med gungorna. - Varje gång gungan vänder högst upp, står gungan helt still ett ögonblick. - Då har all rörelseenergi omvandlats till lägesenergi. - När gungan faller nedåt omvandlas lägesenergin undan för undan till rörelseenergi. - När du passerar lägsta punkten har lägesenergin omvandlats till rörelseenergi. - Energi är alltid inblandad när det kittlar i magen! - I en klätterställning går det först åt energi för att du ska komma upp. - Den kommer ursprungligen från maten du har ätit. - I musklerna omvandlas den kemiska energin i maten till rörelseenergi. - Och ju högre du klättrar, desto större blir din lägesenergi. - Tar du sedan rutschkanan ner kommer nästan all lägesenergi omvandlas till rörelseenergi. - Men vart tar rörelseenergin vägen när du har stannat? ## Kan det här fortsätta? - Nej, inte om energin ska räcka till alla och samtidigt komma från fossilfria energikällor. - Det positiva är att vi i Sverige har lyckats vända trenden. - Vi använder inte mer energi i dag än vi gjorde år 1990, trots att många har fått det bättre. - Under tiden har vi i stort sett lämnat olja, kol och gas som energikällor. - Det är bara fordon såsom bilar, bussar och lastbilar som fortfarande till stor del använder fossila bränslen. ## Alla kan få det bättre - Förr trodde många att ett land inte kunde få det bättre utan att använda mer energi. - Idag kan forskarna visa att det är möjligt. - Sverige är ett exempel på det. - Det betyder att alla världens länder har möjlighet att få det bättre utan att energianvändningen i världen kommer att öka. ## Fossila bränslen - icke förnybara energikällor - Fossila bränslen är det gemensamma begreppet för olja, kol och naturgas. - De började användas i stor skala under 1900-talet i fordon, båtar och flygplan. - När dessa bränslen brinner i en motor bildas koldioxid. - Men på de första bilfabrikerna var det nog inte många som tänkte att bilarna skulle påverka klimatet på jorden 100 år senare. - I dag vet vi med stor säkerhet att fossila bränslen bidrar till ett varmare klimat. - Ju snabbare vi klarar att sluta använda dessa energikällor, desto bättre för klimatet. - I Sverige har vi kommit långt. - Vi använder nästan inga fossila bränslen till att värma vatten och bostäder. - När det gäller transporter ligger vi sämre till. - De flesta fordon går fortfarande på bensin eller diesel. ## Kärnkraft - icke förnybar energikälla - En stor del av den elenergi vi använder i Sverige skapas i våra kärnkraftverk. - Idag har vi kraftverk på tre olika platser i Sverige. - Energin som tas tillvara finns i atomernas inre kärna. - I en kärnreaktor delas atomer mitt itu. - Resultatet av delningen är två mindre atomer plus stora mängder värme. - Värmen kommer från kärnenergin som håller ihop atomkärnan. - När atomen delas behövs kärnenergin inte längre. - Istället kan den tas tillvara och omvandlas till elenergi. - Det steget är inte så märkligt som man kan tro. - I reaktorn används värmen till att koka vatten. - Vattenångan som bildas driver en turbin som i sin tur driver en elgenerator. - På så sätt omvandlas värme till rörelseenergi och vidare till elenergi. ## Varifrån kommer egentligen elenergin? - En av de allra bästa energikällorna är rinnande vatten i älvar och floder. - När vatten forsar, kan rörelseenergi fångas upp i speciella maskiner som kallas elgeneratorer, där vattnets rörelseenergi omvandlas till elenergi. - Vattnets rörelseenergi kommer ju egentligen från solens strålar som lyfter vattenånga från sjöar och hav upp till molnen. - På så sätt samlas stora mängder lägesenergi i molnen. - När det regnar omvandlas den till rörelseenergi, först till regnet och sedan till det forsande vattnet. ## Att använda energi smart - Lika viktigt som att använda mer förnybara energikällor är att använda energin smart. - Att effektivisera vårt sätt att använda energi, är det samma som att köpa ett nytt kylskåp som håller matvarorna kalla, men drar mindre energi än det gamla kylskåpet. - Om alla tänker så, både hemma och på jobbet, kommer vi snart använda betydligt mindre energi än vi gör idag i världen. - Då bidrar vi alla till hållbar utveckling av livet på vårt klot. ## Energi i olika former - Det finns sex energiformer: - Värmeenergi - Mekanisk energi - Elektrisk energi - Kemisk energi - Strålningsenergi - Kärnenergi - Mekanisk energi brukar delas upp i lägesenergi och rörelseenergi. - Energiprincipen: Energi kan varken förstöras eller nyskapas, utan bara omvandlas mellan olika former. - Verkningsgraden talar om hur stor andel av energin som kommit till nytta. - Ju högre verkningsgrad, desto mer av energin har kommit till nytta. ## Fler förnybara energikällor - Ser du några vindkraftverk där du bor? - Under de senaste 20 åren har många vindkraftverk byggts. - De blir allt högre för att fånga mer av vindens energi. - Här är det vingarnas rörelseenergi som driver elgeneratorn som finns längst upp i navet. - Ett enda vindkraftverk skapar ungefär lika mycket elenergi under ett år som 500 familjer använder. - Och ändå använder familjer i Sverige mycket energi jämfört med familjer i många andra länder. - Nackdelen är att en del människor tycker att vindkraftverk inte passar in i landskapet och att de bullrar för mycket när vingarna skär genom vinden. - Solceller är den energikälla som nu utvecklas snabbast. - En solcell är en svart platta som innehåller elektriska kretsar som tar tillvara på energin i solens stålar. - En solcell omvandlar strålningsenergi direkt till elektrisk energi. - Det byggs många stora anläggningar runt om i världen. - Det för med sig att priset på solceller sjunker. - Det leder i sin tur till att ännu fler solcellsparker kommer att byggas. - Även havets vågor är en förnybar energikälla. - På västkusten testas nya vågmaskiner som fångar vågornas rörelseenergi och omvandlar den till elenergi. - I Sverige är vi också bra på att använda den värme som finns i luften. - Även kall luft innehåller energi i form av värme. - I speciella maskiner som kallas värmepumpar tar man värme från utomhusluften och flyttar energin till inomhusluften. - Luften utanför blir då något kallare och luften inomhus varmare. - Det fungerar på liknande sätt som ett kylskåp. - Där tar man värme från luften inne i kylskåpet och flyttar den energin till luften utanför. - Resultatet blir att luften i kylskåpet blir kallare och luften utanför kylskåpet blir varmare. ## Att använda energi smart - Lika viktigt som att använda mer förnybara energikällor är att använda energin smart. - Att effektivisera vårt sätt att använda energi, är det samma som att köpa ett nytt kylskåp som håller matvarorna kalla, men drar mindre energi än det gamla kylskåpet. - Om alla tänker så, både hemma och på jobbet, kommer vi snart använda betydligt mindre energi än vi gör idag i världen. - Då bidrar vi alla till hållbar utveckling av livet på vårt klot. ## Fossila bränslen - icke förnybara energikällor - Fossila bränslen är det gemensamma begreppet för olja, kol och naturgas. - De började användas i stor skala under 1900-talet i fordon, båtar och flygplan. - När dessa bränslen brinner i en motor bildas koldioxid. - Men på de första bilfabrikerna var det nog inte många som tänkte att bilarna skulle påverka klimatet på jorden 100 år senare. - I dag vet vi med stor säkerhet att fossila bränslen bidrar till ett varmare klimat. - Ju snabbare vi klarar att sluta använda dessa energikällor, desto bättre för klimatet. - I Sverige har vi kommit långt. - Vi använder nästan inga fossila bränslen till att värma vatten och bostäder. - När det gäller transporter ligger vi sämre till. - De flesta fordon går fortfarande på bensin eller diesel. ## Kärnkraft - icke förnybar energikälla - En stor del av den elenergi vi använder i Sverige skapas i våra kärnkraftverk. - Idag har vi kraftverk på tre olika platser i Sverige. - Energin som tas tillvara finns i atomernas inre kärna. - I en kärnreaktor delas atomer mitt itu. - Resultatet av delningen är två mindre atomer plus stora mängder värme. - Värmen kommer från kärnenergin som håller ihop atomkärnan. - När atomen delas behövs kärnenergin inte längre. - Istället kan den tas tillvara och omvandlas till elenergi. - Det steget är inte så märkligt som man kan tro. - I reaktorn används värmen till att koka vatten. - Vattenångan som bildas driver en turbin som i sin tur driver en elgenerator. - På så sätt omvandlas värme till rörelseenergi och vidare till elenergi. ## Varför diskuteras energi så mycket? - Vad är det som driver politiker, föräldrar och lärarna i skolan att prata om energi och hållbar utveckling? - Den första drivkraften har vi resonerat om tidigare: Det är hotet om ett varmare klimat på jorden. - En förändring som forskarna är övertygade om orsakas av att vi eldar för mycket olja, kol och gas. - Då bildas nämligen koldioxid som hamnar i luften. - Det gör att mer värme stannar kvar på jorden, istället för att stråla ut i rymden. ## Vad är det som driver politiker, föräldrar och lärarna i skolan att prata om energi och hållbar utveckling? - Den första drivkraften har vi resonerat om tidigare: Det är hotet om ett varmare klimat på jorden. - En förändring som forskarna är övertygade om orsakas av att vi eldar för mycket olja, kol och gas. - Då bildas nämligen koldioxid som hamnar i luften. - Det gör att mer värme stannar kvar på jorden, istället för att stråla ut i rymden. ## Vattenkraft - ett exempel på en energikälla som är förnybar - Den tar inte slut, eftersom solen ständigt skapar moln som innehåller vattenånga. - Nackdelen med vattenkraftverk är att de påverkar natur och djurliv i omgivningen. - Främst genom att kraftverken samlar vatten i stora dammar före anläggningen. - Vattnet släpps sedan på genom kraftverket när elenergi behövs någonstans i Sverige. - Det påverkar marken och djuren på vissa ställen längs älven. ## Ved är en förnybar energikälla - När solens strålar får skogen att växa omvandlas strålningsenergi till kemisk energi. - Det är så ved skapas eller biomassa som man ofta säger i dag. - Pellets och flis är exempel på biomassa. - I många kommuner används biomassa för att värma vatten och hus. - Det går till så att man eldar flis och värmer vatten i kommunens värmeverk. - Tänk dig en jättekastrull med vatten som man eldar under. - Varmt vatten leds sedan fram till skolor och vårdcentraler genom grova rör som är nergrävda i gatorna. ## Vi använder energi - Förnyelsebara energikällor är energikällor som inte tar slut (till exempel vattenkraft, vindkraft, biobränsle och solenergi). - Icke förnyelsebara energikällor är energikällor som så småningom kommer att ta slut (till exempel kol, olja, naturgas och kärnkraft). - Kol, olja och naturgas kallas med ett gemensamt namn för fossila bränslen.