ETE310 Miljö och Fysik

Transkript

1 ETE310 Miljö och Fysik VT2016 Linköpings universitet Mikael Syväjärvi

2 Vad går kursen ut på? Miljö/klimat-frågor högaktuella Introduktion Översikt Fysik

3 Vad ska vi göra? Seminarier Diskussion! Miljö och fysik - Exempel från teknologier Skriftliga uppgifter; Fri form Innehåll viktigt - inte formen Examination: inskickade skriftliga uppgifter Betygsätts bedömning av examinator (genomarbetat innehåll, ev extrauppgift)

4 Om man missar ett tillfälle? All info läggs upp på hemsidan! Litteratur: skrivs av kursansvarig Lästips: En ännu varmare värld Claes Bernes Naturvårdsverket 2007

5 TILLFÄLLE 1 Ge introduktion Beskriva PROBLEMET Hemuppgift 1

6 Några ord om kursansvarig Bördig från Trosa NT gymnasiet Nyköping Y-linjen Linköpings universitet Forskat om nya material för elektronik Disputerat 1999, docent 2004 Forskning Material Fluorescerande kiselkarbid för vita lysdioder Kubisk kiselkarbid som nytt solcellsmaterial Grafen - nobelprismaterialet

7 Global uppvärmning Vad är det? Vad beror den på?

8 Global uppvärmning Uppvärmning i atmosfären nära jordytan Under 1900-talet Ökning grader Koldioxid Temperaturökning även av naturliga processer Debatt om orsak

9 Det här är fysiken som vi ska prata om och ge bakgrund till Global uppvärmning Förstärkt växthuseffekt

10 FNs klimatrapport

11 FNs klimatrapport Människan påverkar klimatet genom utsläpp av växthusgaser och avskogning, och det är bråttom att minska utsläppen om vi ska lyckas begränsa uppvärmningen till max två grader över förindustriell nivå. Skillnaden mot förra rapporten 2007 är att forskarna är ännu säkrare, har bättre modeller, och att vi har förlorat sju år med ökande utsläpp trots den kunskapen. Läget är därför ännu mera kritiskt.

12 FNs klimatrapport Det blir varmare

13 FNs klimatrapport Isarna smälter och havet stiger

14 FNs klimatrapport Människan orsakar klimatförändringarna

15 FNs klimatrapport Klimatförändringarnas effekter märks nu

16 FNs klimatrapport Klimatförändringarna riskerar att bli oåterkalleliga

17 FNs klimatrapport Utsläppen måste minska snabbt och mycket

18

19

20

21

22 Om vi fortsätter som idag, så ligger vi över RCP8,5 RCP representative concentration pathways Baseras på skillnaden mellan mängden energi från solinstrålning som träffar jorden och hur mycket energi som jorden strålar ut till rymden igen.

23

24

25

26

27

28

29 Solen är grunden till allt liv

30 Energi från solen till jorden 1500 miljoner TWh årligen kwh kwh

31 15 miljoner grader i centrum Cirka 6000 grader på ytan Består av väte Väte omvandlas till helium Avger energi i form av strålning Tusentals år från kärna till yta

32

33 4,6 miljarder år Ännu inte halva sin livslängd Ökar i energi

34 Jordens ungdom Solen inte lika stark Värmde jorden mindre Fanns nästan inget syre Hög andel av växthusgaser Stark växthuseffekt

35 Fotosyntes Började för ca 3 miljarder år sedan Tar upp koldioxid och ger syre Växthuseffekten försvagas Solen värmer jorden mer

36 Förändringar av klimatet Argument mot modellen för global uppvärmning Istid tropisk värme Ger variation av växthuseffekt Förändringar av växthuseffekten Ger variation av klimatet

37 När vätet är förbrukat Förbränner helium Gravitationskraften minskar Solen sväller Slukar omgivande planeter Förbränner andra grundämnen tills de är slut Sjunker ihop och kallnar

38 Jordens temperatur balans genom naturliga processer Fysik värmeöverföring genom strålning: Energi strålar in från solen Energi strålar ut från jorden Energibalans

39 Andra värmeöverföringar konvektion (rörelser av gaser eller vätskor) Ledning Avdunstning sker inte - jorden är isolerad i vakuum

40 (elektromagnetisk) Strålning Vibrationer/darrningar i elektriska och magnetiska fält Se som vågor som breder ut sig i ett medium Våglängd - avståndet mellan två vågtoppar Energi ~ 1/λ

41 Olika delar av ljuset har olika våglängd (olika färg)

42 Vid kortare våglängder Ultraviolett ljus (UV) Vid längre våglängder infraröd strålningen (IR) värmestrålning

43 Energi och våglängd

44 Energin i solljus IR 53% Synligt ljus 36% UV 11%

45 Strålning mindre än 300 nanometer Atmosfären stoppar UV-ljus ozonskiktet Atmosfären Strålning mellan nanometer Atmosfären släpper igenom mer Strålning över 400 nanometer All strålning släpps igenom

46 Föremål absorberar en del av strålningen Energibalans Resten av strålningen antingen reflekteras eller passerar genom föremålet. Absorberad strålning värmer upp föremålet Varma föremål kyls genom sända ut värmestrålning infraröd strålning kallas svartkroppsstrålning

47 ALLA föremål sänder ut strålning Strålningen har en fördelning av våglängd 700 o C 2700 o C 5700 o C

48 Temperaturen på jorden -18 o C Inget liv Allt vatten fruset Utan atmosfär

49 Med atmosfär Temperaturen på jorden 15 o C Liv! Naturlig växthuseffekt

50 Ökade utsläpp ger högre koncentration av gaser i atmosfär Global uppvärmning Gaserna fångar upp IR strålning och sänder ut igen åt alla håll Mer IR strålning tillbaks mot jorden Jordens temperatur ökar Förstärkt växthuseffekt

51 Molekyler roterar och vibrerar Laddningar kan ändra tyngdpunkt Molekyler kan fånga upp strålning (energi) Roterar snabbare eller kraftigare vibration Vad gör en gas till växthusgas? Fångar endast viss energi som sammanfaller med molekylens vibrationsenergi (den energi som krävs för att få till vibration) Molekyler med likadana atomer och symmetrisk mittpunkt fångar inte upp strålning

52 Fånga upp och skicka energi

53 Koldioxid Freoner Kväveoxid Metan Vattenånga Ozon Växthusgaser

54 Växthusgaser Koldioxid (CO 2 ) Bildas vid förbränning av kolföreningar i syremiljö Freoner Förening av kolväte med flour/klor/brom Användes som kylmedium Fasats ut till fördel för andra kylmedium Kväveoxid Vid förbränning: kväve + syre bildar kväveoxid Kan genom omvandling ge marknära ozon

55 Växthusgaser Metan (CH 4 ) Bildas vid nerbrytning av organiska material Avföring, urin från människor och djur Existerar även i naturgas Vattenånga Står till stor del för den naturliga växthuseffekten Ozon Giftig för människan Skyddar från solens UV strålning

56 Andel i atmosfär

57 Växthusgaserna fångar upp värmestrålning och skickar tillbaka till jorden Jorden värms upp ännu mer! Växthusgaser

58 Examination Genom hemuppgifter till varje tillfälle Uppsatser Fri form, ingen formalia! Ni ska skriva själva Betygsättning: G VG MVG Tar upp ämnet i uppgiften Röd tråd i det ni skriver om Egen god diskussion av ämnet

59 Fråga er omgivning (föräldrar, kompisar, m fl) Vad är global uppvärmning? Vad beror den på? Svaren är det intressanta Sammanfatta (minst 3 tillfrågade) Gör egen reflektion över omgivningens medvetenhet Examination Lyssna på media Vilka klimat/miljöfrågor är aktuella? Sammanfatta de aktualiteter ni kommer in på och gör en reflektion Sammanfatta svaren på cirka 2-4 sidor i ett textdokument ms word, open office, enkelt text dokument Tanken är att få inblick i vad som diskuteras NU Skicka med e-post innan nästan tillfälle Skriv namn i dokumentet Ange ETE310 uppgift 1 i ämnesrad

60 4 feb Nästa tillfälle 18 feb 10 mars 7 apr 21 apr 12 maj 26 maj Torsdagar