שיעור 2 - מעברי אנרגיה וחומרים

Question 1

נוסחא של דלק מימן

Answer 1

2 H2 (g) + O2 (g) → 2 H2O (g) + אנרגיה

Question 2

יתרונות וחסרונות של מימן כמקור לאנרגיה

Answer 2

יתרונות

1. יסוד קל שמשקלו קל מאוויר ולכן עולה באטמוספירה. אינו זמין בצורתו הטהורה H2
2. אנרגיית ההצתה של מימן נמוכה
3. פוטנציאל למקור אנרגיה

חסרונות

1. נוטה לדלוף בגלל משקלו הנמוף
2. דורש אנרגיה רבה לאחסון ושינוע ביחס לדלקים פוסיליים
3. יש צורך להפיק אותו. ההפקה כרוכה בהשקעת אנרגיה ובפליטה של גזי חממה.
4. כרגע אינו נפוץ מכיוון שפחות יעיל להפקה ולכן יקר משמעותית

Question 3

חומר

Answer 3

• חומר הוא כל דבר בעל מסה התופס מסה במרחב
• חומרים קיימים במגוון רחב של תכונות: מצב צבירה, צבע, צפיפות, חוזק, קשיות, מוליכות חשמלית ועוד
• המבנה הבסיסי של החומר הוא המולקולה, שקובועת את תכונות החומר. המולקולה מורכבת מאטומים, יסודות כימיים, אשר מורכבים מחלקיקים קטנים יותר, פרוטונים ונויטרונים

Question 4

יחידות אנרגיה מקובלות

Answer 4

• ג’אול J - האנרגיה הקיטנית של מערכת שמסתה ק”ג אחד, ונעה במהירות שלמטר אחד בשנייה
• וואט W = 1 J/1 second
• אלקטרון וולט eV - האנרגיה שמקבל אלקטרון חופשי כאשר הוא עובר מפל מתחים של וולט אחד
• קלוריה cal - כמות החום הדרושה להעלות גרם מים מ14.5 ל15.5 מעלות צלסזיוס בלחץ של אטמוספירה אחת
• ארג erg - יחידה למדידת אנרגיה מכנית ויחידותיה של ס”מ-גרם-שנייה…. אין מצב שהיא תשאל על זה

Question 5

אנרגיה

Answer 5

היכולת לבצע עבודה - להניע, לחמם להאיר, להרים וכו’

בפיזיקה - עבודה היא כמות האנרגיה, המושקעת בדוך בעל מסה במהלך העתקתו במרחב מנקודת ראשית מוגדת לנקודת סיום מוגדרת, כתוצאה מהפעלת וקטור כוח שכיווני מקביל לכיוון תנועת הגוף

Question 6

מרכיבים ביוטיים\א-ביוטיים

Answer 6

ביוטיים - מקורם מהחי: צמחים, חיות, בקטריות

א-ביוטיים - מקורם מהדומם: מים, אדמה, אוויר, טמפ’

Question 7

5 רמות ארגון של אורגניזמים

Answer 7

1. הפרט הבודד
2. אוכלוסייה
3. חברה
4. מערכת אקולוגית
5. ביוספרה

Question 8

אוכלוסייה

Answer 8

אוסף של פרטים מאותו המין החיים במקום ובזמן מסויים

Question 9

חברה

Answer 9

אוסף של אוכלוסיות ממינים שונים, החיים במקום ובזמן מסויימים, המקיימים מיזה זו או אחרת של יחסי גומלין

Question 10

מערכת אקולוגית

Answer 10

אוסף של חברות מקבוצות טקסונומיות שונות, המקיימות מידה זו או אחרת של יחסי גומלין

Question 11

ביוספירה

Answer 11

כלל המערכות האקולוגיות בכדור הארץ

Question 12

תכונות מערכת אקולוגית

Answer 12

• מערכת פתוחה בשטח מסויים בו מתקיימים יחסי גומלין בין המרכיבים הביוטיים לא-ביוטיים
• נכנסים ויוצאים אנרגיה וחומרים
• מערכת קיברנטית 0 מערכת שנוטה להגיע למצב של שיווי משקל

Question 13

משובים הומאוסטטיים

Answer 13

המערכת האקולוגית הינה מערכת קיברנטית השואפת לשיווי משקל. היא עושה זאת על ידי:

• הומאוסטזיס - שיווי משקל דינאמי. יכולת לקיים במערכת מצב בו התנאים במערכת (פיזיקליים, כימיים, פיזיולוגיים או אקולוגיים) נמצאים במידה רבה של קביעות ויציבות דינאמית, למרות שבתנאים שמחוץ למערכת חלים שינויים ניכרים (ויסות חום הגוף, כמות הסוכר בדם….)
• משוב חיובי - מוציא את המערכת משיווי משקל. מכניזם הומאוסטטי הבנוי מתגובת שרשרת, שבסיומה תנאי או תהליך בסיסי מסויים מוגבר. (לדוג’ - יער ואז שריפה ואז הופס אין יער)
• משוב שלילי - מחזיר את המערכת לשיווי משקל. מכניזם הומאוסטטי בו פעילות מסויימים יוצרת תגובה המקטינה\מעלה\מפסיקה תהליך או תנאי מסויים (לדוג’ - יער שעבר שריפה, נמצאים בקרקע מאגרים של זרעים, מפרקים ובע”ח המאפשרים למערכת להתחדש לאחר השריפה)

Question 14

האטמוספירה ושכבותיה

Answer 14

אטמוספירה - שם כולל לכינוי שכבת הזגים המקיפה גוף שמיימי בעל מסה משמעותית

1. טרופוספירה - בו מתרחשים תהליכי האקלים, הביוספירה… עד 11 ק”מ מגובה הקרקע. ככל שעולים הטמפ’ הולכת וקטנה
2. סטרטוספירה - 10-50 ק”מ מהקרקע. כככל שעולים, הטמפ’ עולה, כתוצאה מהשפעה של הקרינה כיוון שהשכבה דלילה ובמצב של כמעט וואקום. קרינת UV קצרת גל, מוחזת בחזרה ולא עוברת לשכבה הבאה של האטמוספירה. משכבה זו נמצא החור בואוזון שקורה כתוצאה מפעילות אנושית.
3. מזוספירה - 50-85 ק”מ מהקרקע
4. תרמוספירה - 85-120 ק”מ מהקרקע

Question 15

זרימת האנרגיה אל ומכדור הארץ

Answer 15

קרינת השמש - 34% חוזרים לפני שהקרינה מגיעה לכדו”א
23% התאדות המים
42% חימום כדו”א - הקרינה פוגעת בקרקע ומוחזרת
1% יצירת גלים ורוח
0.023% פוטוסינתזה

Question 16

יצרנים ראשוניים Primary Producers

Answer 16

• אור השמש הוא מקור האנרגיה העיקרי עבור מרבית היצורים החיים על פני כדור הארץ.
  ליצרנים ראשוניים (צמחים) יש כלורופיל, המאפשר להם לקלוט באופן ישיר את אנרגיית השמש ולהוציא לפועל את תהליך הפוטוסינתזהשמש -> יצרנים ראשוניים -> צרכנים ראשוניים (חרקים) -> צרכנים שניוניים (צפרדע) -> צרכנים שלישוניים (נחש) -> טורף על (נשר)

כמות האנרגיה המועברת קטנה ככל שעולים בפירמידת הרמות הטרופיות, ז”א יהיו יותר פרטים ברמות הנמוכות (יצרנים) וככל שעולים ברמות יש פחות ופחות פרטים

Question 17

אוטוטרופיים Autotrophs

Answer 17

יצרנים ראשונים - אורגניזמים, דוגמת צמחים\אצות ומיני בקטריות המסוגלים באופן ישיר או עקיף לייצר לעצמם את מזונם ולהזין אחרים.
מתחלק ל
*כמאוטרופיים chemautrophs
אורגניזמים (חיידקים וחד תאיים) המייצרים עבורת חומרים אורגניים תוך שימוש באנרגיה שאצורה בתרכובות אנאורגניות
- אורניזמים אלו חיים בבתי גידול אנארוביים או במעיינות חמים חומציים או במקומות שקרני השמש לא מגיעים אליהם
6 CO2 + 12H2S =>C6H12O6 + 6H2O + 12S

Question 18

צרכנים - הטרוטרופיים Heterotrophs

Answer 18

מקבי=לים את החומרים מהצמחים במקור, הם לא יוצרים את החומר האורגני אלא נשענים על החומר האורגני שהצמחים מייצרים. 
חלוקה לפי המזון שהם אוכלים
Herbivores - אוכלי עשב
Carnivores - אוכלי בשר
Omnivores - אוכלי כל
Detritivores - אוכלי מזון שאינו חי

Question 19

פוטוסינתה

Answer 19

תהליך שבו אנרגיית שמש הופכת לאנרגיה כימית שאגורה במזון של כל האורגניזמים
רק צמחים יודעים לעשות אותו
פד”ח ומים שהצמח קולט דרך מערכת השורשים שלו שבעזרת אנרגיית השמש מוציאה לפועל את התהליך וכך אנו מקבלים סוכר - גלוקוז
2 CO2 + 12 H2O => C6H12O6 + 6 O2 + 6H2O

Question 20

זרימת אנרגיה במערכת האקולוגית Energy Flow

Answer 20

כניסת אנרגיה מהשמש ליצרנים (קרינה אלקטרומגנטית)
יצאת אנרגיה בצורת חום ומעבר אנרגיה לצרכנים ובין הצרכנים
מהצרכנים יוצאת אנרגיית חום כתוצאה מפעולת הנשימה

Question 21

שרשרת\מארג המזון

Answer 21

• שרשרת המזון (כשהמקור הוא השמש)
  שמש -> יצרנים ראשוניים -> צרכנים ראשוניים (חרקים) -> צרכנים שניוניים (צפרדע) -> צרכנים שלישוניים (נחש) -> טורף על (נשר)
• כמות האנרגיה המועברת קטנה ככל שעולים בפירמידת הרמות הטרופיות, ז”א יהיו יותר פרטים ברמות הנמוכות (יצרנים) וככל שעולים ברמות יש פחות ופחות פרטים
• מארג המזון - מספר שרשראות מזון הקשורות ביניהם. הצמחים הם הבסיס לכל הן במערכות יבשתיות והן בימיות

Question 22

חוק ה10

Answer 22

כ10% (יותר נכון טווח של 5%-18) מסה”כ האנרגיה המצויה ברמת הזנה אחת עוברת אל רמת הזנה הגבוהה ממנה
משמע
היעילות האנרגטית במערכת נתונה יותר גבוהה ככל שהאחוז גדול
מרבית האנרגיה הינה מבוזמזת ואינה מושקעת באורניזם עצמו

Question 23

חוקי התרמודינמיקה

Answer 23

1. אנרגיה יכולה להפוך מצורה אחת לשנייה אך לעולם אינה נוצרת יש מאין או נהרסת (חוק שימור אנרגיה). סה”כ האנרגיה במערכת קבועה, רק נמצאת בצורות שונות.
2. כל פעם שהאנרגיה משנה צורה, היא נוטה לעבור מצורה מאורגנת ומרוכזת יותר למצב פחות מאורגן ופחות מרוכז

Question 24

משמעות חוקי התרמודינמיקה

Answer 24

• סך הכלל האנרגיה במערכת קבוע
• כל תהליך במערכת כרוך בהשקעת אנרגיה שנצרכת מהמערכת
• מעבר אנרגיה מצורה אחת לצורה אחרת או מעבר אנרגיה מרמת הזמנה אחת לרמה הזנה שנייה כרוך באיבוד אנרגיה
• האנרגיה הפוטנציאלית לעבודה (יצירה, העמדת צאצאים) קטנה ככל שעולים ברמת ההזנה
• האנטרופיה במערכת הולכת וקטנה ככל שהארנגיה עוברת דרך מספר רב יותר של יחידות
• יעילות האנרגיה במערכת הולכת וקטנה ככל שהאנרגיה עוברת דרך מספר רב יותר של יחידות
• המערכת נוטה לעבור ממצב מורכב ומאורגן למצב פשוט שאינו מאורגן. כדי לשמור על הארגון יש לספק אנרגיה למערכת כדי לפצות אותה על אובדנה

Question 25

פירמידת המזון

Answer 25

פירמידה המציגה את הרמות הטרופיות השונות ומתייחסת לכמות האנרגיה, ביומסה או מספר הפרטים בכל רמה טרופית

Question 26

חוק ריכוז החומרים

Answer 26

ריכוז מולקולות שלא מתפרקות בין רמות טרופיות. החומרים הולכים ונעשים יותר מרוכזים ברמות הטרופיות העליונות (בשונה מחוק ה10, בו האנרגיה הולכת ומתכלה) למשל: חומרי ריסוס שעוברים בשרשרת המזון

Question 27

נשימה

Answer 27

תהליך שבו אנרגיה כימית שאזורה במזון משתחררת לשימוש אורגניזמים אחרים

Question 28

ATP

Answer 28

סוג של תרכובת אורגנית המאפרשת נשיאה של אנרגיה בין אברוני התא ולכן בעלת חשיבות עליונה בכל היצורים החיים

Question 29

שיעור התחלופה

Answer 29

קצב כושר הייצור של המערכת. אחוז חומר הביומסה המתחדשת מתוך הביומסה הכוללת במערכת. (למשל כמה ביומסה מיוצר בעץ בשנה)

Question 30

זמן התחלופה

Answer 30

הזמן הדרוש להחלפת כל הביומסה\החומר. לחומרים מזהמים זמן התחלופה הוא חשוב מכיוון שזה מעיד על כמות הזמן החומרים יכולים להשפיע על המערכת.

Question 31

ביומסה וכושר יצרנות

Answer 31

ביומסה = משקל יבש ליחידת שטח. מצב קיים מבלי לתת מידע על קצב שבו הביומסה נוצרץ כושר יצרנות = ביומסה ליחידת זמן בשטח נתון אין בהכרח קשר בין ביומסה לקצב הייצור

Question 32

יעילות אקולוגית

Answer 32

יעילות אקולוגית = ייצור נטו/המזון שנאכל היעילות שבה האנרגיה מועברת מרמה טרופית אחד לאחרת. בממוצע 10% מעבר אנרגיה. נקבע על ידי שילוב של מספר יעילויות הקשורות למקום ולגישה למשאבים של אורגניזם מסויים בתוך מערכת אקולוגית.

Question 33

ייצור - GPP וNPP

Answer 33

GPP - Gross Primary production ייצור ראשוני גולמי. סך האנרגיה שנכנסה למערכת ונקלטת על ידי רמה טרופית NPP - Net Primary Production ייצור נטו, סה"כ האנרגיה שמוקעת בביומסה לאחר הפסדי הנשימה וההפרשות. באה לידי ביטוי ביצירת הרקמות, הצמחים המתים והחיים שהם חלק ממנה. משומשת לנשימה והעמדת צאצאים