Grundkurd i Energi

Grundkurs i Energi
För att förklara teorin inom olika ämnen använder vi
oss av olika begrepp. Energi är ett ord som används
mycket i olika sammanhang, allt i från miljö till idrott.
Exempel på energikällor:





Solen
Vattenkraftverk
Vindkraftverk
Förbränning av fossila bränslen
Kärnkraftverk
Olika typer av energi

Energi kan finnas bunden i olika
energiformer
Exempel på energiformer:







Kemisk energi (bunden i t ex mat, bensin)
Ljud - och ljusenergi
Elenergi (elektricitet)
Rörelseenergi
Lägesenergi
Värmeenergi
Jordvärme
Energiprincipen



Energin kan omvandlas från en energiform till
en annan.
Oavsett mellan vilka former energin
omvandlas, får man alltid värmeenergi som
biprodukt.
Om vi tanker vår bil med bensin så finns
energin bunden som kemisk energi. När vi
sedan kör bilen omvandlas den kemiska
energin till andra energiformer så som
t ex ljudenergi, rörelseenergi och
värmeenergi.

Energi kan varken skapas eller
förstöras. Den kan bara omvandlas
i olika former.
Lägesenergi och
rörelseenergi (mekanisk
energi)


Ju högre upp ett föremål flyttas, desto
större blir lägesenergin. Större massa
ger större energi.
Ju större fart ett föremål har, desto
större blir rörelseenergin.
Större massa ger större energi.

Lägesenergi och rörelseenergi omvandlas lätt mellan
varandra. En kula som släpps i en U-ramp startar
med lägesenergi som omvandlas till rörelseenergi.
När kulan sedan rullar upp på andra sidan omvandlas
rörelseenergi till lägesenergi igen. När energi
omvandlas från en form till en annan så förloras alltid
lite energi i omvandlingen till "oönskad" energi.
Värmeenergi bildas alltid och det är inte ovanligt med
ljudenergi. Detta innebär att viss energi förloras när
kulan rullar och den kommer inte komma lika högt
upp i rampen på andra sidan.
Evighetsmaskin

En evighetsmaskin bygger på principen
att den kan driva sig själv. En maskin
har en uppgift att göra någonting och
det innebär någon form av energi
omvandling. Vi kan inte bygga
evighetsmaskiner just av den
anledningen att energi "förloras"
vid varje energiomvandling.
Energi är ett viktigt begrepp inom
fysiken


energi är förmågan att utföra ett
fysikaliskt arbete.
enheten för energi är Joule ( J )
Vad är arbete?

Ett fysikalisk (mekanisk)arbete utförs
om en kraft får ett föremål att röra sig i
kraftens riktning.
Ett Fysikalisk arbete
Genom att lyfta ett föremål så förflyttas
det i kraftens riktning. Den kraft som
påverkar föremålet är tyngdkraften och
den är riktad nedåt. Ett arbete utförs!
Eftersom man övervinner tyngdkraften.
Ett Fysikalisk arbete

Genom att dra ett föremål över golvet
påverkas föremålet av friktionskraften.
Ett arbete utförs! Eftersom man
övervinner friktionskraften.
Ett Fysikalisk arbete
Inget arbete utförs om du bär omkring
på ett föremål. Föremålet förflyttas inte
i kraftens riktning. Det rör sig inte i
tyngdkraftens riktning och ingen
friktionskraft påverkar föremålet.
Så här beräknas fysikalisk arbete
Enhet för arbete - Newtonmeter





Arbete = kraft * väg (kraft "gånger väg)
Med väg menas den sträcka som föremålet förflyttas i kraftens
riktning.
Vägen anges i enheten meter (m)
Kraften anges i enheten Newton (N).
Du kan mäta kraften med en dynamometer eller som oftast
när det bara gäller tyngdkraften, omvandlar vi massa till tyngd.
Tyngd = massa *10
tex.
80 kg = 800 N (80*10=800)
Faktorar som påverkar arbete!

Ju tyngre föremålet är och ju längre
du förflyttar ett föremål i kraftens
riktning, desto större blir arbetet som
utförs.
Exempel på beräkning av
arbete





Hur stort arbete utförs om en låda som väger
50 kg lyfts upp på en 2 meter hög hylla?
Arbete = kraft * väg
väg = 2 m
kraft = tyngden = 50 kg * 10 = 500 N
Detta ger arbete = 500 N * 2 m = 1000 Nm
Arbete =
energiomvandling

När ett arbete utförs sker det en
energiomvandling. Det krävs energi för
att utföra ett arbete och genom att
omvandla energin från en form till en
annan sker ett arbete
Energi och arbete













Samma enhet för arbete och energi
Energi anges i enheten Joule (J) eller Newtonmeter (Nm)
Arbete anges i enheten Newtonmeter (Nm) eller Joule (J)
Förklaringen på att de kan anges med samma enheter är:
Det arbete som krävs för att lyfta upp en låda är det samma som den lägesenergi som lådan får
när den lyfts upp. Ett föremål har lägesenergi när det lyfts upp.
Hur stor lägesenergi har en låda som väger 20 kg och ligger på ett bord som är 1,5 meter högt?
Ett föremål har lägesenergi när det lyfts upp.
Hur stor lägesenergi har en låda som väger 20 kg och ligger på ett
bord som är 1,5 meter högt?
För att beräkna detta så får vi beräkna hur stort arbete som krävs
för att förflytta lådan upp på bordet.
Arbete = kraft * väg
väg = 1,5 m
kraft = tyngd = 20 kg * 10 = 200 N
Arbete = 200 N * 1,5 m = 300 Nm
Den lägesenergi lådan får blir då samma som arbetet som krävdes
för lyfta upp den. 300 Nm = 300 J
Mekanikens gyllene regel






Det man vinner i kraft, förlorar man i väg
I bergig terräng bygger man inte vägarna rakt upp för
bergväggen. I stället slingrar sig vägarna upp för berget.
Visserligen blir vägen längre men fördelen är att man inte
behöver använda lika stor kraft.
Detta är grundprincipen i många enkla maskiner, t ex lutande
plan, hävstången, skruven.
Genom att använda ett lutande plan blir vägen längre men du
kan få upp tyngre saker. (du behöver inte använda lika stor
kraft)
Ett annat exempel är när du cyklar, om du ska upp för en brant
backe lägger du i en "lättare" växel men du behöver trampa fler
varv.
Effekt






Vad menas med att vara effektiv?
Du har säkert en känsla av att vara effektiv innebär att göra saker på kortare tid.
Det är just det som är tanken bakom begreppet effekt. Visst är det viktigt att ha
en stark motor med mycket kraft, men det är även intressant att veta hur lång tid
det tar för motorn att utföra arbetet ("göra jobbet"). Man vill veta hur effektiv
motorn är.
Effekt beräknas enligt formel:Effekt = Arbete / tid (arbete delat på tid).
Arbete anges i enheten Newtonmeter (Nm) och tiden anges i enheten
sekunder (s).
Detta ger att enheten för effekt blir Nm/s (Newtonmeter per sekund)
Det finns olika enheter att ange effekt i:
Vid elektrisk effekt använder man enheten Watt (W)
1W
1W= 1 Nm/s = 1 J/s
Exempel på beräkning av
effekt









En truck lyfter en låda som väger 400 kg. Lådan lyfts till en höjd
av 3 m.
Hur stor blir effekten om det tar 4 sekunder att lyfta lådan?
Effekt = arbete / tid
tid= 4 s
arbete=kraft*väg
kraft = tyngden av lådan = 400 kg * 10 = 4000 N
väg= 3 m
Arbete = 4000 N * 3 m = 12000 Nm
Effekt = 12000 Nm / 4 s = 3000 Nm/s eller 3000 W
Verkningsgrad






Med verkningsgrad menar man hur mycket av den tillförda
energin som omvandlas till den energiform som önskas.
T ex när man tankar en bil vill man att den kemiska energin i
bensinen ska omvandlas till rörelseenergi.
Även i moderna motorer går den största delen av energin till
spillo genom att den omvandlas till värme i motorn.
En motor med hög verkningsgrad omvandlar mer av den
kemiska energin till rörelseenergi.
Vid alla energiomvandlingar försöker man få så hög
verkningsgrad som möjligt. (minska förlusten av energi)
En motor med verkningsgraden 80% omvandlar 80% av den
tillförda energin till nyttig energi.
Hästkraft




En äldre enhet på effekt är hästkraft.
1 hästkraft = 736 W
Det låter som det handlar om en kraft men det är faktiskt effekt
som menas. Den används nästan bara när man pratar om
motorer på bilar och motorcyklar.
Hästkraft kommer ifrån när man ville visa hur effektiv en
ångmaskin var, en ångmaskin med 10 hästkrafter kunde ersätta
10 hästar.