Kort version
**
Veva så att lampan lyser
Effekt och energi
Var rädd om generatorn – inga rekordförsök!
Med denna vevgenerator kan din muskelenergi omvandlas
till elektrisk energi och ljus
• Hur många watt, W behövs för att lampan skall börja lysa?
• Hur skall du veva för att ge högre effekt – fler watt?
• Veva så att effekten hela tiden är 5 watt! Vad händer med
energin: antalet wattsekunder, Ws?
• Hur skall du veva för att ge ifrån dig mycket energi –
många wattsekunder?
Klimat-X, Klimatexperiment i skolan
Malmö miljöförvaltning i samarbete med
Malmö högskola, lärarutbildningen, fysik. Experimentutveckling: Mats Areskoug
1
030918
Utförlig version
*****
Veva så att lampan lyser
Effekt och energi
Var rädd om generatorn – inga rekordförsök!
I din kropp omvandlas energi från maten till värme och rörelseenergi. Med vevgeneratorn kan
du omvandla rörelseenergi till elektrisk energi. Den elektriska energin mäts i mätinstrumentet
och skickas vidare till en glödlampa. Där omvandlas energin till ljus och värme.
•
•
•
•
•
Hur stor effekt (watt W) behövs för att
lampan skall börja lysa?
Hur skall du veva för att ge högre effekt –
fler watt?
Veva så att effekten hela tiden är 5 watt.
Hur skall du veva för att ge ifrån dig mycket
energi – många wattsekunder
Prova några olika sätt att ge 50 wattsekunder
energi!
Effekt
watt, W
Energi
Wattsekunder, Ws
Klimat-X, Klimatexperiment i skolan
Malmö miljöförvaltning i samarbete med
Malmö högskola, lärarutbildningen, fysik. Experimentutveckling: Mats Areskoug
2
030918
Så här fungerar det
För att ge hög effekt behövs både snabbhet och styrka. Effektmätaren visar varje ögonblick
hur stor effekt du ger.
För att ge mycket energi behövs snabbhet och styrka, men också uthållighet. Energimätaren
räknar in energi hela tiden medan du vevar. Ju längre du håller på, desto mer energi.
Varje sekund som du vevar med effekten 5 watt ger du ifrån dig energin 5 wattsekunder.
Med effekten 5 watt i 10 sekunder ger du energin…? Kolla!
1 wattsekund (Ws) är exakt detsamma som 1 joule (J).
1 kilowattsekund är 1000 wattsekunder.
1 kilowattsekund (kWs) är exakt detsamma som 1 kilojoule (kJ).
För att din kropp skall kunna ge ifrån sig energi måste den också få energi. Energi får du från
maten. I kosttabeller kan du slå upp hur mycket energi det finns i 100 gram av olika matvaror.
T ex ger ett litet äpple 250 kJ alltså 250 000 joule. En enda bit lösgodis ger 40 kJ = 40 000 J.
Du måste alltså veva väldigt mycket för att använda all energi i en enda godisbit.
En stor del av energin från kroppen blir värme, och bara en mindre del kan du arbeta med, t ex
veva generatorn. Ungefär 75 % av kroppens energi blir värme och 25 % kan du arbeta med.
När du vevar fram 100 wattsekunder (eller joule) till lampan har alltså din kropp blivit av med
300 joule i värme, sammanlagt 400 joule.
Så här mycket energi (kilojoule, kJ) finns det i
•
Mängd
100 gram
100 gram
100 gram
100 gram
100 gram
100 gram
Föda
Potatis
Äpple
Grillkorv
Bröd
Lättmjölk
Småkakor
Energi
330 kJ
250 kJ
1030 kJ
1100 kJ
158 kJ
2220 kJ
1 bit
1 bit
1 bit
Sockerbit
Lösgodis
Kola
58 kJ
40 kJ
60 kJ
Energin i en bit lösgodis räcker till 30 kJ kroppsvärme och 10 kJ arbete när du vevar
på vevgeneratorn. Prova hur lång tid det tar för dig att använda energin i en godisbit!
Klimat-X, Klimatexperiment i skolan
Malmö miljöförvaltning i samarbete med
Malmö högskola, lärarutbildningen, fysik. Experimentutveckling: Mats Areskoug
3
030918
*****
Mera om
Veva så att lampan lyser
Effekt och energi
Syfte
Eleven får bekanta sig med begreppen effekt och energi genom att mäta den elektriska effekt
och energi som man producerar med en vevgenerator. Samband med snabbhet, styrka och
uthållighet (hastighet, kraft och tid) tydliggörs. Man ser också att den avgivna effekten är ett
ögonblicksvärde medan den avgivna energin summeras under tiden man vevar.
Att tänka på
Gör inga rekordförsök! Generatorn är ganska robust, men tål inte hur starka tag som helst.
Kommentarer till experimenten
Vevgeneratorn är en kraftig modell från Gambke Physik, köpt från Zenit läromedel. Den ger
maximalt ca 8 V, 8A och 60 W.
En lagom belastning får man med en ”optiklampa” märkt 6V, 5A
Om man vevar med lite lägre effekt, 5-10 W, lyser lampan svagt men man orkar veva mera
uthålligt.
Klimat-X, Klimatexperiment i skolan
Malmö miljöförvaltning i samarbete med
Malmö högskola, lärarutbildningen, fysik. Experimentutveckling: Mats Areskoug
4
030918
Inställning av energimätaren
Effekt- och energimätaren kan visa flera andra mätvärden i displayen, se manualen för
mätaren. Den uppsättning mätvärden som används i detta försök är lagrade i
displayinställningen u#1 som nås genom följande knapptryckningar:
•
•
•
•
•
•
•
Tryck ”Function”
Tryck på ”Function” tills pilen pekar på ”display”
Välj ”display” genom att trycka på knappen ”Reset” (som också står för
”select”)
Tryck på ”Function” tills pilen pekar på ”user display”
Välj genom att trycka på ”Reset”
Tryck på ”Function” tills pilen pekar på u#1
Välj genom att trycka på ”Reset”
Klart!
För att nollställa energimätaren (Ws):
•
•
•
•
•
•
Tryck ”Function”
Tryck på ”Function” tills pilen pekar på ”reset”
Välj genom att trycka på knappen ”Reset” (som också står för ”select”)
Tryck på ”Function” tills pilen pekar på ”reset Ws/s”
Välj genom att trycka på ”Reset”
Bekräfta genom att trycka på ”Reset”
Klart!
Slutsatser
Displayen på mätinstrumentet visar
Spänning i volt, V
Ström i ampere, A
Effekt i watt, W
Energi i wattsekunder, Ws (1 wattsekund = 1 Joule)
De fyra mätvärdena hänger samman med kroppens rörelse på ett ganska enkelt sätt:
Kroppens rörelse
Veva snabbare
Veva med mera styrka
Mera snabbhet och styrka
Mera snabbhet, styrka och uthållighet
Elektriska kretsen
Högre spänning, volt, V
Högre ström, ampere, A
Högre effekt, watt, W
Mera energi, wattsekunder, Ws
Klimat-X, Klimatexperiment i skolan
Malmö miljöförvaltning i samarbete med
Malmö högskola, lärarutbildningen, fysik. Experimentutveckling: Mats Areskoug
5
030918
Om man vevar med konstant hastighet och kraft kommer effektmätaren att visa konstant
värde. Men för varje sekund som går flödar energi till glödlampan. Energimätaren tickar fram
hela tiden medan man vevar.
Effekten är energin per sekund. Energin är effekten gånger antalet sekunder.
***Spänningen bestäms av hur snabbt man vevar. Strömmen beror av hur stor
kraft man använder. (Mera korrekt bestäms strömmen av hur stor resistans man
kopplat in. Stor ström ger en stor bromskraft på generatorn och det fordrar att
man vevar med stort kraftmoment).
Fysikaliskt kan man uttrycka den effekt P kroppen avger som kraft F gånger
sträcka s dividerat med tid t.
s
P = F ⋅ = F ⋅v
t
Effekt är alltså kraft gånger hastighet, eller med vardagligare språk styrka och
snabbhet.
Energi W är effekt P gånger tid t
W = P ⋅t = F ⋅v ⋅t
Energi är alltså kraft gånger hastighet gånger tid, eller styrka, snabbhet och
uthållighet.
Denna utrustning behöver du
Vevgenerator, Gambke Physik (från Zenit ab läromedel)
Effekt- och energimätare EM1 (t.ex. från Zenit ab läromedel)
Lamphållare och lampa 6V, 5A, sladdar, kraftig bordsklämma (experimentmaterielfirma)
Litteratur
Areskoug, Mats, Miljöfysik. Energi och klimat. 1999. ISBN 91-44-01114-8. Energilära,
förutsättningar för solenergiutnyttjande, solfångare, solceller, vind- och
vattenenergi, värmepump, växthuseffekten mm behandlas. Många experiment
beskrivs.
Blegaa, S., Poulsen, E.: Energiströmme. Munksgaard, Köpenhamn 1992. ISBN 87-1610722-5
Energi, energi-transport, energiomvandlingar. En mängd vardagliga exempel
och utmärkta experiment. Gymnasienivå. På danska.
Klimat-X, Klimatexperiment i skolan
Malmö miljöförvaltning i samarbete med
Malmö högskola, lärarutbildningen, fysik. Experimentutveckling: Mats Areskoug
6
030918
Boyle, G.: Renewable energy. Oxford University Press 1996. ISBN 0-19-856451-1.
Onfattande genomgång av principer och möjligheter för flödande energi.
Grundläggande högskolenivå.
Energiläget 2002. Statens energimyndighet, STEM. Översikt, statistik och kommentarer om
energianvändning och energitillförsel i Sverige och världen. Gymnasie –
högskolenivå.
Även på nätet: http://www.stem.se/
Lenskjaer. T., Aagren Nielsen, J.: Krop &Energi. Gyldendal 1989. Gymnasiebok om kropp
och energi. Många bra experiment och exempel, även för yngre barn. På danska.
Weblänkar
http://www.sparkraft.nu/
Delegationen för energiförsörjning. Lösenord för undervisningsmaterial: släck!
(inklusive utropstecken). Här finns en stor mängd undervisningsmaterial för alla
åldrar, elevmaterial, lärarmaterial, experimentförslag, energilexikon mm.
Fungerar med Explorer, ej med Netscape.
http://www.stem.se/
Energimyndigheten. Under Förlaget finns en rad informativa artiklar. Framför
allt Energiläget 2002 (eller senare) ger översikt, statistik och kommentarer om
energiläget i Sverige och världen. Gymnasie – högskolenivå.
http://utbildning.lut.mah.se/areskoug/klimat-x/
Klimat-X, Malmö stad och Malmö högskola. Experiment, pedagogiskt program
och förslag till undervisningssekvenser mm. Elevmaterial och lärarmaterial.
Från 10 år.
Utbyggd webplats med ny adress kommer under 2003
http://skolernesenergiforum.dk/
Skolornas energiforum i Danmark. Tips om undervisningsaktiviteter,
solfångarbygge mm. Grundskola och gymnasium. På danska.
http://www.nrel.gov/education/resource.html
US National Renewable Energy Laboratory ger mycket information, tips om
undervisningsaktiviteter och länkar om förnyelsebar energi, mm. Grundskola –
högskola. På engelska.
http://www.crest.org/index.html
CREST, Center for renewable energy end sustainabel technology. Fyllig
information om förnybar energi. Gymnasie – högskolenivå. På engelska.
http://www.iclei.org/efacts/
The Energy Educators of Ontario. Artiklar om energi. Gymnasienivå. På
engelska.
Klimat-X, Klimatexperiment i skolan
Malmö miljöförvaltning i samarbete med
Malmö högskola, lärarutbildningen, fysik. Experimentutveckling: Mats Areskoug
7
030918
