Energi Flashcards
Læreplans mål
o Gjøre forsøk med solceller og solfangere og gjøre rede for hovedtrekkene i
virkemåten.
o Gjøre rede for hvordan varmepumper virker, og i hvilke sammenhenger varmepumper brukes.
o Gjøre rede for ulik bruk av biomasse som energikilde.
Energi?
- Er det mulig å bruke opp?
- Måles i?
- Det som får noe til å skje.
- Nei energi kan ikke brukes opp men det endrer bare form.
- Joule
Hvordan måler man
energi i mat?
- Kalorier!
- Oppgis i kcal og kJ
- 1 kcal = 4,2 kJ
Energi former?
Energi deles i to hovedformer?
Hvilken type energi er det snakk om i mat
- Varmeenergi
- Strålingsenergi
- Kjemisk energi
- Vindenergi
- Elektrisk energi
- Lydenergi
-Stillingsenergi (potensiell energi)
«Når et legeme står i en viss stilling i forhold til et
underlag, sier vi at legemet har stillingsenergi i forhold til
underlaget»
- Bevegelsesenergi (kinetisk energi)
«Den energi en gjenstand har på grunn av sin fart»
-Det er snakk om kjemisk energi i mat
Energikilder og energimottakere
Energi kan ikke bare oppstå fra ingenting – det må være en energikilde hvor energien kommer fra. Dit energien overføres er energimottakeren.
Eksempel: Oppvarming av stue ved bruk av vedovn
Sola - bjørketre - vedovn - stua - omgivelser
Dette kalles for energikjeder. De fleste energikjeder starter med sola og ender i omgivelsene.
Energi kan brukes til?
Energikilder kan brukes til direkte energiutnytting, eller til å produsere energibærere (stoffer energien kan lagres i).
Energioverføring
Energi kan overføres fra et sted til et annet ved varme eller arbeid.
-Varme:
Energioverføring som følge av temperaturforskjell. Går alltid fra der det er høy temperatur til der det er lav.
-Arbeid:
Energioverføring som følge av at krefter virker på en
gjenstand som beveger seg.
Effekt?
Siden effekt (W) er det samme som energi (J) per tid (s),
hvor mange J/s er 1 W?
-Effekt (P) er et mål på energioverføring (E) per tid (t):
𝑬𝒇𝒇𝒆𝒌𝒕 = 𝑬𝒏𝒆𝒓𝒈𝒊/𝑻𝒊𝒅
- Effekt oppgis i enheten watt (W)
- 1 W = 1 J/s
Varme
Varme:
Energioverføring som følge av temperaturforskjell. Går alltid fra der det er høy temperatur til der det er lav.
Temperatur
-Hva er det som
beveger seg i en
gjenstand?
Temperatur er et mål for den indre bevegelsesenergien i en gjenstand.
-Atomer og molekyler!
Indre energi
- Den totale indre energien til en gjenstand er summen av bevegelsesenergien og stillingsenergien til partiklene som gjenstanden er bygd opp av
- Kalles også varmeenergieller termisk energi
Partikler
Hva er partikler?
Vannmolekyler Bygd opp av hydrogen- og
oksygenatomer.
H2O
Smeltepunkt: 0°C
Kokepunkt: 100°C
100°C – Gassform (vanndamp)
Fordamping og koking ?
- Fordamping foregår ved alle temperaturer, men skjer bare fra overflaten av væsken.
- Koking foregår når temperaturen i væsken når kokepunktet og skjer også inne i væsken.
Tilstandsoverganger
I en tilstandsovergang blir det tilført energi uten at temperaturen endrer seg.
Ved smelting av is vil temperaturen ligge på 0°C til all isen har gått over til vann (væskefasen).
På samme måte vil temperaturen ligge på 100°C helt til alt vannet har fordampet.
Når prosessen går andre veien – fra vanndamp til vann, eller fra vann til is – avgis det energi.
Energiloven
Energi kan verken oppstå eller
forsvinne, bare overføres fra én
energiform til en annen.
Loven om energikvalitet
I en energioverføring synker den samlede energikvaliteten
Høyverdige og lavverdige energiformer
En energiform er høyverdig dersom den enkelt kan overføres til
nyttige energiformer. En energiform er lavverdig dersom den
vanskelig kan overføres til nyttige energiformer.
Eksempler på høy verdig energiformer og lav verdi
Høy -bevegelsesenergi -stillingsenergi -elektrisk energi -kjemisk energi Lav -kjerneenergi -lydenergi -indre energi
Historisk sett, hva kom først av energi?
- Ilden
- Vind (seilbåter, evt. Vindmøller)
- Vann (vannhjul, kverne mel, evt. Elektrisitet…)
- Kull (i dampmaskin)
- Olje og gass
Hva er vår aller viktigste energikilde?
Hvordan skaper den energi?
Lager Norge nok energi til å dekke vårt engeri behov?
Hvor får vi energien fra som vi bruker i Norge?
Sola
>99% !
-Ved å fusjonere Hydrogen-> Helium
-Nei
-Mest egenprodusert, vannkraft, olje og kull – men vi bruker MER enn vi lager.
Resten importerer vi fra våre Skandinaviske naboer og kommer fra kull og kjerneenergi.
Fornybare og ikke-fornybare energikilder
Fornybare
- Jorda
- Sola
- Tidevann
ikke - forybare
- Fossile energi kilder
- Atom kjerner
Beskriv energi overføring i en vindmølle. Hvorfor mer effektivt på havet enn land? Visuell støy? Lyd støy? Holdbarhet? Tilførselsnett? virkningsgrad?
Bevegelsesenergi roterer turbinbladene, lufta mister fart.
- Mer vind.
- individuelt
- ja, innenfor 2 km
- ca 20 år
- ja
- 40-45% (98% fra vann turbiner og ca 30% fra solcelle)
Virkningsgraden?
Vi bruker ikke energi direkte, men overfører den til en annen form – har mye å si for hvor mye av energien vi nytter. Virkningsgraden for en energioverføring er forholdet mellom den nyttige energien vi henter ut og den energien vi tilfører.
Virkningsgraden= Nyttigenergi/tilførtenergi * 100%
ENØK
Energiøkonomisering
-Går utpå å få energibruk så effektivt som mulig
I Norge står vannenergiverkene for 99% av elektrisitet produksjon. Vann turbiner omdanner bevegelsesenergi i strømmen til elektrisitet. Kan ha virkningsgrad så høyt som 97-98% !
Solfangere
Får vi nok sol i Norge til å bruke kun
solfangere til oppvarming?
Solfangere overfører strålings-energi fra sola til indre energi i vann. Vannet føres til et energi-lager og kan brukes til varmtvann eller til oppvarming av boliger. Solfangere kan være en del av takkonstruksjonen i et hus eller et stort fjernvarmeanlegg.
-nei, i vinterhalvåret må vi bruke noe
annet i tillegg
Solfangeranlegg
1) Energien tas opp av en svart metallplate – temperaturen øker
2) i den svarte plata er det kobberrør med vann i –vannet varmes opp!
3) Dette vannet brukes som varmt vann, eller til å transportere varme til boligen
4) Metallplata er montert i en kassa som forhindre varmetap (”drivhus”)
Hva skjer hvis sola ikke skinner?
Vi trenger en måte å LAGRE energien på.
-Kobberrøret er et lukket rørsystem som får det varme vannet i solfangeren til å sirkulere gjennom huset.
-Kaldt vann blir så pumpet tilbake ut til solfangere for å bli
varmet opp på ny.
-Anlegget bør ha en termostat for å kunne slå seg av når temp. i vannet ute er kaldere enn inne i huset. Da bør huset ha et alternativ varmekilde, f.eks. et elektrisk vannvarmere.
Det trengs minst 1m 2 solfanger / person for å få nok varmtvann, og enda mer hvis vannet brukes til å varme opp huset via en radiator eller vannrør i gulvet.
Solfangere tar mye plass! Hvilken vinkel skal de ha ift. sola? Hvorfor det? Hva er virkningsgraden til en solfanger under de beste forholdene? Er det god økonomi?
-45-60 grader.
-Fanger opp mest sol.
-ca. 80%, men virkningsgraden faller når det er
kaldest ute –akkurat da man trenger den mest!
-Ja – Det koster å innstalere, men betaler for seg selv i løpet av få år.
Varmepumper
En varmepumpe overfører indre energi fra
omgivelsene til en bolig slik at innetemperaturen
i boligen stiger mens utetemperaturen
faller (et omvendt kjøleskap).
Fordi utetemperaturen er lavere enn
innetemperaturen, må varmepumpa bruke
høyverdig elektrisk energi.
Varmefaktor
Som oftest, er varmefaktoren rundt 3. Hva vil det si?
Varmepumpen bruker strøm når kompressoren gjør et arbeid på kjølemiddelet.
VARMEFAKTOREN er et mål på forholdet mellom den
strømmengden som må tilføres, og den energien som man får ut, inne i boligen:
Varmefaktor = levert varme f = Q
tilført energi E
-For hver kWH vi bruker på pumpen, får vi ut tre ganger så mye
varme inne i boligen.
Kilder til lavverdi energi som kan
brukes i varmepumper
Vann, fjell jord, og luft
Fordeler/ulemper med
varmepumper?
Fordeler?
- Henter energien lokalt, istedenfor å bruke energi også for å frakte.
- Sparer miljøet mye forurensning og CO2.
- Spare penger (får ut f.eks. 3 ganger så mye som bruker i strøm).
Ulemper?
- Dyrt og energiintensivt å bore – spesielt hvis bruker fjell
- Hvis bruker luft, blir lufta kaldere akkurat når trenger mest varme fra den
- Før, var kjølemidlene farlige for ozonlaget, men ikke lenger!
Solceller
- Omdanner solenergien direkte til elektrisk energi
- Fotoelektrisitet
- Solenergien absorberes av en halvleder (silisium)
- Elektroner blir frigitt og tvinges gjennom en elektrisk krets
Halvlederen silisium
-Hovedbestanddelen i 95 % av de solcellene som blir
produsert.
-Halvmetall og halvleder
-Fire elektroner i ytterste skall
-Silisium må tilføres atomer av andre grunnstoff for å øke
ledningsevnenrste skall.
-I reint silisium er atomene bundet sammen med sterke
elektronparbindinger, slik at alle atomer har åtte elektron i ytterste.
Oppbyggingen av solceller
• Solceller er svært tynne, ca 0,3 mm, og hoveddelen består av to silisiumlag
• Det andre laget er n-dopet. Det er tilsatt fosforatomer med fem elektroner i ytterste skall.
• Ett av lagene er ”p-dopet”. Det er tilsatt små mengder
boratomer med tre elektroner i ytterste skall.x|
Noen få Silisium-atomer blir byttet ut med en annen stoff – fosfor eller bor. Vi sier at silisiumplata er…?
”dopet”
Virkningsgraden til en solcelle
Hvorfor er virkningsgraden lav?
Hovedutfordring?
- Virkningsgrad: den energien som utnyttes i prosent av den energien som mottas.
- I dag har solcellene en virkningsgrad rundt 20 %, men en regner med at det vil bli vanlig med 50 % om noen år. Det forskes stadig på hvordan en kan gjøre solcellene mer effektive.
- Fordi bare noen av lysfotonene som treffer solvellene lykkes med å sparke elektroner mellom silisiumplatene.
Noen blir reflektert, noen farer tvers gjennom uten å treffe elektroner.
-å produsere solceller billig nok.
HVORDAN ØKE VIRKNINGSGRADEN?
-Ved å kombinere flere typer solceller er det i dag mulig å få den totale virkningsgraden opp til 30 %.
-Vi kan koble solceller sammen i et solcellepanel
-Spenningen over en enkelt solcelle er 0,5 V.
-Vi kan seriekoble solcellene for å øke spenningen.
-Vi kan parallellkoble solcellene for å beholde samme
spenning.
-Når vi kobler flere solceller sammen, øker effekten. Det gjelder både ved seriekobling og ved parallellkobling
Serie- og parallellkobling
Seriekobling Spenning (U) = 12 V + 12 V + 12 V = 36 V Effekt (P) = 3 · 100 W = 300 W
Parrlellkobling Spenning (U) = 12 V Effekt (P) = 3 · 100 W = 300 W
Hva er biomasse
*Alt som stammer fra fotosynteseproduksjon i dagens
biologiske kretsløp, og som inneholder organiske stoffer – Trevirke i skog
– Treavfall
– Mye avfall fra husholdning, industri og landbruk
*0,5 – 1 % av solenergien som treffer jorda bindes som kjemisk
energi i organiske stoffer
- Energi som utvinnes fra biomasse kalles bioenergi
Biomasse er CO2 – nøytral
Når vi forbrenner biomasse frigjøres
like mye CO2 som det som ble bundet i
fotosyntesen:6CO2 (g) + 6H2O (l)
→ C6H12O6 (s) + 6O2 (g)
- Dersom tilveksten er like stor som forbrenningen av biomasse , gir bruk av biomasse ingen økning i CO2 – nivået
- Forbrenning av fossilt materiale tilfører CO2 til atmosfæren fra kilder utenfor det naturlige karbonkretsløpet.
Bruk av biomasse
- Historisk sett har energi fra biomasse vært den viktigste energikilden
- Forbrenning av biomasse gir lavere utslipp av NOx og SO2 enn fossilt brensel, men høyere utslipp av partikler.
Utslipp av partikler gir lavere luftkvalitet og kan gi
luftveisplager
• Gjengroing er et økende problem i Norge. Denne
biomasseressursen kan i større grad utnyttes i fremtiden:
– Flis, ved, pellets til oppvarming av boliger
– Fjernvarmeanlegg
Bioenergi er viktig også i framtida
• Biomasse kan brukes til å lage flytende drivstoff
– Bioolje lages fra planteoljer
– Biodiesel kan lages av biooljer og brukes direkte i dieselmotorer.
- Biogass er en blanding av metangass og karbondioksid
- Biogassen har et bredt bruksområde blant annet i landbruk og næringsmiddelindustrien.
- Foredlet biobrensel kan brukes til oppvarming, kraftproduksjon og drivstoff.
