Miljöfysik. Föreläsning 1. Information om kursen Miljöfysik Viktiga termodynamiska storheter Jordens energibudget

Relevanta dokument
Miljöfysik. Föreläsning 1. Information om kursen Miljöfysik Viktiga termodynamiska kvantiteter Jordens energibudget

Miljöfysik. Föreläsning 13 Sammanfattningsföreläsning

Energibegrepp och deras relationer, i fysiken och i samhället

Grundläggande energibegrepp

Miljöfysik. Föreläsning 2. Växthuseffekten Ozonhålet Värmekraftverk Verkningsgrad

Energibalans för kroppen, jorden och samhället

Räkneövning/Exempel på tentafrågor

Biobränsle. Biogas. Biomassa. Effekt. Elektricitet

Bergvärme. Biobränsle. Biogas. Biomassa. Effekt. X är värmen i berggrundens grundvatten. med hjälp av värmepump.

4. Förhållandet mellan temperatur och rörelseenergi a. Molekyler och atomer rör sig! b. Snabbare rörelse högre rörelseenergi högre temperatur

7. Inre energi, termodynamikens huvudsatser

Biobränsle. Effekt. Elektricitet. Energi. Energianvändning

1. Förklara på vilket sätt energin från solen är nödvändig för alla levande djur och växter.

FyU02 Fysik med didaktisk inriktning 2 - kvantfysik

Studiebesök årskurs 6 Kraftvärmeverket

Vecka 49. Förklara vad energi är. Några olika energiformer. Hur energi kan omvandlas. Veta vad energiprincipen innebär

Miljöfysik. Föreläsning 7

Biobränsle. Biogas. Effekt. Elektricitet. Energi

Strömning och varmetransport/ varmeoverføring

Vad är energi? Förmåga att utföra arbete.

Man har mycket kläder på sig inomhus för att hålla värmen. Kläderna har man oftast tillverkat själv av ylle, linne & skinn (naturmaterial).

Vågrörelselära & Kvantfysik, FK januari 2012

Energi VT av 6. Syfte: Kopplingar till läroplan. Lerum. Energi kan varken förstöras eller nyskapas, utan bara omvandlas mellan olika former.

a sorters energ i ' ~~----~~~ Solen är vår energikälla

Solenergi; solkraft, solvärme & solel. Emil Avander EE1B Kaplanskolan

Repetitionsuppgifter i Fysik 1

6. Värme, värmekapacitet, specifik värmekapacitet (s )

Miljöfysik. Föreläsning 1. Information om kursen Miljöfysik Viktiga termodynamiska kvantiteter Jordens energibudget

C apensis Förlag AB. 4. Energi. Naturkunskap 1b. Energi. 1. Ett hållbart samhälle 2. Planeten Jorden 3. Ekosystem

Biogas Gas som framställs med biomassa som råvara, t ex genom jäsning.

Svar: Extra många frågor Energi

Termodynamik Av grekiska θηρµǫ = värme och δυναµiς = kraft

!"#$%&'()*+&%$(,-$%."'/0/1(2( 3&)4'5"$%/'('&$6+&6$(478('*))*/'"9/0/1( :/%$10(0(*&)4'5"$%/( ;6<%/'(56+=18%&( >&$?./0/1(!

Miljöfysik. Föreläsning 4

6. Kvantfysik Ljusets dubbelnatur

Strömning och varmetransport/ varmeoverføring

Kvantfysik - introduktion

Förmågor och Kunskapskrav

Kemi och energi. Exoterma och endoterma reaktioner

Energi- och miljöfysik, FAFA15, 9 hp.

Förslag den 25 september Fysik

VARFÖR MÖRK ENERGI HAR EN ANMÄRKNINGSVÄRT LITET VÄRDE. Ahmad Sudirman

Tentamen. Fysik del B2 för tekniskt / naturvetenskapligt basår / bastermin BFL 120 / BFL 111

Parbildning. Om fotonens energi är mer än dubbelt så stor som elektronens vileoenergi (m e. c 2 ):

Spara energi - en utmaning i Göteborgs stadsdelar

Repetition Energi & Värme Heureka Fysik 1: kap version 2013

Fysik C & D Projekt i klimatfysik

Kapitel 6. Termokemi. Kapaciteten att utföra arbete eller producera värme. Storhet: E = F s (kraft sträcka) = P t (effekt tid) Enhet: J = Nm = Ws

Kapitel 6. Termokemi

1. Elektromagnetisk strålning

Strömning och varmetransport/ varmeoverføring

Bergvärme & Jordvärme. Anton Svedlund EE1C, Kaplanskolan, Skellefteå

Koll på NO kapitel 5 Energi, sidan NTA, Kretsar kring el

WORKSHOP: EFFEKTIVITET OCH ENERGIOMVANDLING

FÖR DE NATURVETENSKAPLIGA ÄMNENA BIOLOGI LÄRAN OM LIVET FYSIK DEN MATERIELLA VÄRLDENS VETENSKAP KEMI

Energitransport i biologiska system

Vågrörelselära och optik

ETE331 Framtidens miljöteknik

Materialet under denna rubrik är under utarbetande och ej fullständigt.

TERMODYNAMIK? materialteknik, bioteknik, biologi, meteorologi, astronomi,... Ch. 1-2 Termodynamik C. Norberg, LTH

Innehållsförteckning. s.1 Innehållsförteckning s.2-13 Instuderingsfrågor

Fysikaliska modeller

Allmän kemi. Läromålen. Viktigt i kap 17. Kap 17 Termodynamik. Studenten skall efter att ha genomfört delkurs 1 kunna:

Kapitel 6. Termokemi

ENERGI? Kylskåpet passar precis i rummets dörröppning. Ställ kylskåpet i öppningen

Sebastian Häggström, EE1c, El- och Energiprogrammet, Kaplanskolan, Skellefteå.

Energi & Atom- och kärnfysik

Hållbar utveckling Vad betyder detta?

Planering Energi 9C. Syfte: Vecka Onsdag Torsdag Fredag 34 Dela ut böcker. 35 Forts.

Innehåll. Fysik Relativitetsteori. fy8_modernfysik.notebook. December 19, Relativitetsteorin Ljusets dualism Materiens struktur Kärnfysik

ETE331 Framtidens miljöteknik

ESN lokala kursplan Lgr11 Ämne: Fysik

WALLENBERGS FYSIKPRIS

Miljöfysik vt2009. Mikael Syväjärvi, IFM

Kap 12 termodynamiska tillståndsrelationer

Fysik del B2 för tekniskt basår / teknisk bastermin BFL 120/ BFL 111

Sammanfattning: Fysik A Del 2

Kapitel 6. Termokemi. Kapaciteten att utföra arbete eller producera värme. Storhet: E = F s (kraft sträcka) = P t (effekt tid) Enhet: J = Nm = Ws

Kylvattenutsläpp i Bottenviken leder till algblomning

Det Globala Energisystemet

Lösningsförslag - Tentamen. Fysik del B2 för tekniskt / naturvetenskapligt basår / bastermin BFL 122 / BFL 111

Min bok om hållbar utveckling

Miljöfysik. Föreläsning 3. Värmekraftverk. Växthuseffekten i repris Energikvalitet Exergi Anergi Verkningsgrad

Vätskors volymökning

Förnybara energikällor:

Prov Fysik B Lösningsförslag

Energihushållning. s i handboken

SOLENERGI. Solvärme, solel, solkraft

Ljuskällor. För att vi ska kunna se något måste det finnas en ljuskälla

solenergi Tim Holmström EE1B, el och energi kaplanskolan, skellefteå

PROV 3, A-DELEN Agroteknologi Vid inträdesprovet till agroteknologi får man använda en formelsamling.

Ämnesplan i Fysik Treälven

Projektuppgift för gymnasieskolan Klimat och energi: Finns det en obalans i jordens energiflöde och kan solceller rädda världen?

samt energi. Centralt innehåll Ännu ett examinationstillfälle är laborationen om Excitering där ni också ska skriva en laborationsrapport.

ETE310 Miljö och Fysik

Vattenkraft, vågkraft och tidvattenkraft

Skogsbruk på ren svenska Lektion 3: Klimatnytta som bara växer. Tema: Klimatnytta Ämne: Biologi, Kemi Årskurs: 7-9

Ekologi. Samspelet mellan organismerna och den omgivande miljön

Termodynamik FL1. Energi SYSTEM. Grundläggande begrepp. Energi. Energi kan lagras. Energi kan omvandlas från en form till en annan.

Transkript:

Miljöfysik Föreläsning 1 Information om kursen Miljöfysik Viktiga termodynamiska storheter Jordens energibudget

Miljöfysik FKU200 7.5 hp Kursbok : Miljöfysik : Energi för hållbar utveckling (M. Areskoug Studentlitteratur) Föreläsningsanteckningar läggs upp på http://xes.fysik.su.se/fku200mi/envphys.html

Föreläsningsplan: Del 1 Ämne Kursbok (Kap.) Miljöfysik, materia-energi-liv 1-2 Växthuseffekten 4.1-4.6 UV-strålning och ozonskiktet, fossilenergi 5.1, 6.1-6.2 Att utnyttja solenergi 7.1-7.3 Solvärme 8.1-8.4 Solel 9.1-9.5 + räkneövningar och en sammanfattningsföreläsning Studiebesök Värme från luft, mark och vatten 10.1-10.4 Vattenenergi och vindenergi, bioenergi 11.1-11.3, 12.1-12.3 Kärnenergi 13.1-13.6 Obs! Provisorisk! Energikvalitet och energihushållning 14 Energi 16 Materia 17 Strålning 18

Betygskriterier

Miljöfysik Miljövetenskap Natur Fysik Energi och energiomvandlingar Människa Teknik Samhälle Energiresurser Miljöfysik Fysikaliska möjligheter och begränsningar Energianvänding

Grundläggande begrepp energi och effekt Energi, W, är en viktig fysikalisk storhet Olika typer: potentiell energi, kinetisk energi, kemisk energi osv. Den totala energin är alltid bevarad Enheter: Joules (SI), kwh, ev, Cal 1 cal =4.184 J 1J = energin som behövs för att lyfta 0.1kg höjden 1m. Effekten, P, = mängden energi som omvandlas per tidsenhet mängden energi som omvandlas W P = = omvandlingstiden t Enheter: Watt 1W= 1 Joule per sekund

kwh och ev kwh är en vanlig energienhet när man diskuterar energianvändning: 1 kwh =1000 Wh = 1000 W 3600 s =3 600 000 W s = 3.6 MJ ev används när man diskuterar atomer: 18 1 ev = 1.602 10 J

Energiflöde Energiflöde φ beskriver transport av energi. Energi kan förflyttas från en punkt i rummet till en annan på flera olika sätt (t.ex. strålningsenergi flödar genom rymden från solen till jorden). φ = W = t J Enhet: =W s Energimängden som förflyttas förflyttingstiden Begreppet energiflöde svarar mot transport av energi. Begreppet effekt svarar mot omvandling av energiform till en annan.

Fråga För att värma en villa under vinterhalvårets 180 dagar behövs 20 000 kwh. All denna energi transporteras ut genom väggar, fönster, ventiler osv. Vad är medelenergiflödet från huset under vintern?

Intensitet Intensitet S är ett mått på hur koncentrerat i rummet ett energiflöde är vilken area A den är fördelad över. S Energiflödet φ = = Area A Enheter W m 2.

12 (1 TW = 10 W) Fråga Det energiflöde från solen som träffar jorden är 174000 TW. Vad är intensiteten?

Sammanfattning Storhet Beskrivning Enhet Samband Exempel Energi Effekt Energiflöde Intensitet Abstrakt begrepp som kan användas för att beskriva förändringar i ett system. Finns i olika former, som kan omvandlas till varandra. Energiomvandlings hastighet Energitransport hastighet Energiflöde per areaenhet J, kwh, 1kWh = 3.6 MJ W=Pt Kemisk energi i 1 liter bensin är ~ 10 kwh J/s = watt, W P=W/t En glödlampa på 100 W omvandlar varje sekund 100 J elenergi till ljus och värme J/s = watt, W φ=w/t Energiflödet från solen till jorden är ~170000 TW Watt per kvadrat mater, W/m 2 S=φ/A Solstrålningens intensitet är ~1400 W/m 2

Termodynamikens huvudsatser Nollte huvudsatsen Om två termodynamiska system är i termisk jämvikt med ett tredje, då är de även i termisk jämvikt med varandra. Termisk jämvikt -> föremål har samma temperatur Första huvudsatsen Energi kan varken skapas eller förstöras, den kan endast byta form.

Termodynamikens huvudsatser Andra huvudsatsen Värme flödar aldrig av sig själv från en kallare kropp till en varmare. Detta innebär att den totala entropin i universum ökar Entropi = oordning

Termodynamiska Storheter

Termodynamiska storheter Förångning Q = energin som behövs för att förånga en viss vätska med massan m Q= Im I = specifika ångbildningsvärmet för vätskan. g g Smältning Q = energi som behövs för att lösgöra molekyler eller atomer från varandra vid processen: Fast flytande Q= Im I = specifika smältvärmet för föremålet. s s

Storhet Beskrivning Enhet Samband Termisk energi (värme) Sammanfattning Den totala (potentiella + kinetiska ) energin av alla molekyler + atomer i ett system. J Specifik värmekapacitivitet c Materialegenskap som bestämmer hur mycket energi som behövs för att öka temperaturen. J kg -1 K -1 Q=mc T Specifika ångbildningsvärmet I g En egenskap av en vätska som bestämmer hur mycket energi som behövs för att förånga vätskan. J kg -1 Q=I g m Specifika smältvärmet I s En egenskap av ett material som bestämmer hur mycket energi som behövs för att smälta materialet. J kg -1 Q=I s m

Varifrån kommer vår energi? Fossil energi Flödande energi (förnybar energi) Kärnenergi Fossilenergi Kärnenergi Förnybar energi Total 117 076 8283 18492 143851 9 10 kwh Energin som används varje år av jordens befolkning.

Jorden i energiflödet från solen Geotermisk energi Jorden får energi och emitterar energi.

Jorden i energiflödet från solen Energin fördelas på mer och mer material och blir alltmer utspridd. Energiflödet, mängden energi som per sekund når jorden ~ 174000 TW 12 1 TW = 10 W

Användningen av energiflödet Solen ger jorden ett inkommande energiflöde =174000 TW 50% når jorden 0.1% omvandlas av växterna till kemisk energi. Bidraget av energiflödet till vår energianvänding : Solenergi (solfångare osv)=0.002 TW Vind-, vattenkraftverk = 0.3 TW Biobränsle =1.5 TW ( Geotermiska processer = 0.005 TW) Total 2 TW 0.001% av energiflödet

Befolkningens effekt Befolkningens effekt =14 TW Vi utnyttjar ständigt effekten i tekniska anordningar för uppvärmning, transport, industri osv. Från energiflödet 2 TW Fossila bränslen 11 TW Lagrad energi (gammal solenergi i växtdelar). Kärnenergi ~ 1 TW

Energiflöden på jorden Människors biologiska effekt (från mat) Teknisk effekt (uppvärmning, transporter, industri) Växterna binder (fotosyntesen) Energiflöde totalt (TW) 0.6 100 14 2300 200 33000 Effekt per person (W) Solenergi som når jorden 100000 17000000 Vi en använder en liten del av den totala energin som kommer till jorden. Husuppvärmning, bilar osv vi förbrukar 20 gånger mer energi än vad vi behöver som biologiska varelser. (I Sverige är det 60 gånger).

Förnybar energi geotermisk energi Temperaturer i jorden Temperatur Djup 2000 km 4000 O C 5000 O C 4000 km 6400 km Höga temperaturer men geotermisk energi bidrar bara en liten del av vår energibudget

Fråga Energibehovet för en fullvuxen person är 2000 kcal per dag. (a) Beräkna manniskokroppens effekt. Beräkna den uttryckt i watt! (b)antag att en person, liksom de gröna växterna, kunde leva på vatten, luft och solenergi. Hur stor kroppyta behöver en person. Antag att en person kan utnyttja solenergin till 100%.

Fråga Fotosyntesen är den process där levande organismer tar hand om energi från ljust och lagrar den i kemiska bindningar. Hur kan man se på en grön växt att fotosyntesens effektivitet är mindre än 100%?

Sammanfattning Grundläggande begrepp Energi, effekt, energiflöde, intensitet + kvantiteter som bestämmer energin som krävs för att ändra ett fysikaliskt system. Termodynamiska lagar Energiflödet från solen Jordens energibudget Användningen av flödet Befolkningens energianvändning

Miljöfysik Föreläsning 2 Det elektromagnetiska spektrumet Svartkroppar Växthuseffekten

Grundläggande begrepp det elektromagnetiska spektrumet Ljus kan betraktas som en våg. Synligt ljus är en liten del av spektrumet

Våglängd vs temperatur Temp. i de röda områdena > Temp. i de svarta områdena λ λ röd svart 7 6 m (synligt ljus) 10 7 9 m (osynligt ljus : Infrarött ljus) 10 Våglängden av emitterat ljus beror på kroppens temperaturen.

Svartkroppar En "svartkropp" emitterar elektromagnetiska strålning. En svartkropp absorberar allt ljust den träffas av och strålar värme enligt en viss fördelning (svartkroppesfördelning) som beror på föremålets temperatur. Många exempel på svartkroppar : planeter, solen, våra egna kroppar.

Två viktiga ekvationer Wiens strålningslag : λ max max = 2.90 10 4 3 [ ] σ = Stefan-Boltzmanns konstant = 5.67 10 mk = våglängdens topp, T = föremålets temperatur Stefan-Boltzmanns lag: λ P T = σt P = Effekt/area (emitterad energi/tid /area), 8-2 -4 Wm K

Fråga Solljuset har sin maximala intensitet för λ 500 nm (a) Uppskatta solytans temperatur! (b) Vilken färg svarar mot denna våglängd?

Energin på jorden Solen strålar ut isotropiskt Effekt/area som träffar jorden S = Wm 0 2 1400. Jorden reflekerar bort en andel av ljuset: α 0.3 Jorden ser ut som en 2-D "skiva" : A= π R e 2 Solens utstrålning som aborberas av jorden = ( 1 α) S πr e 2 1.2 10 0 17 = W