Hej och hå ingen tid att förspilla Ingenting kan uträttas utan att energi omvandlas. Därför är våra sätt att använda energi viktiga. I det här kapitlet ser vi på sådan teknik som har som huvudsyfte att - omvandla energi från former som finns tillgängliga till former som man behöver - lagra energi - transportera energi. Miljö och resurser Olika sätt att använda energi påverkar miljön på olika sätt. Man ska förstås inte utsätta miljön för mera än den tål. Men det är just vad som har skett under en tid och nu måste vi hitta bättre vägar att gå. En energiteknik som fungerar även på lång sikt innebär - att man utnyttjar energi som annars skulle gå förlorad, till exempel solstrålning - att man utnyttjar de resurser som hela tiden fylls på, till exempel biomassa (växtlighet) och vattenmagasin - att man undviker att ta av resurser som inte fylls på, till exempel fossila bränslen - att man inte skapar nya problem, till exempel allvarliga miljöskador. Vedbrist - ett gammalt problem Länge avverkades stora mängder skog i Sverige. Under en period var stora områden kalhuggna. Skogen var en viktig resurs. Man behövde ved till gruvdriften. Gruvor, t ex i Falun och Danne-mora, gav stora inkomster. Man gjorde malmen skör med hjälp av stora brasor som eldades mot berget. Metoden kallas tillmakning. Vid järnframställning behövdes stora mängder träkol, som man gjorde i kolmilor. Kol behövdes också till framställning av krut. Trätjära var en viktig exportvara för Sverige. Tidvis låg den på tredje plats efter koppar och järn. Den utvanns i tjärdalar. Där hettade man upp ved, främst tallstubbar, så att tjäran kunde samlas upp nedtill. Dessutom behövdes förstås ved till uppvärmning och matlagning.
Så småningom blev man mera försiktig. Man insåg att skogen växte för sakta för att hinna ersätta det som höggs ned. Med nya metoder i gruvor och järnbruk minskade också behovet av ved. Skogarna kom tillbaka. Men i flera andra länder, bland annat i södra Europa, fortsatte man att avverka. Av de skogar som tidigare fanns där återstår inte mycket i dag. I delar av Afrika håller skogen på att ta slut på grund av att man behöver ved till matlagning. Man kan tycka att det är konstigt att det kan bli ved brist i länder där det både är varmt och växer bra. Men det tar tid för skogen att återhämta sig, och det räcker inte med att sluta avverka. Marken torkar ut eller förstörs av erosion om träden försvinner. Erosion är den nötning av marken som orsakas av vind och vatten. Kakelugnar och fönsterskatt Man befarade en tid att Sverige skulle drabbas av allvarlig ved brist. Kakelugnen gjorde att man kunde spara ved. I en kakelugn går röken en längre väg än i en vanlig spis. På så sätt används värmen från förbränningen bättre. Dessutom lagrar kakelugnen värme så att det räcker flera timmar efter det att man slutat elda. För att ytterligare minska åtgången på ved införde man fönsterskatt. Ju fler fönster man hade, desto mer skatt fick man betala. Det var förstås för att värme lätt läcker ut genom fönster. Energiformer Värmeenergi Vatten innehåller mera värmeenergi ju mera vatten det är och ju högre temperatur det har. Heta rökgaser innehåller mera värmeenergi än svalare rökgaser. Lägesenergi Ett föremål på en viss höjd har lägesenergi. Lägesenergin är större ju mer föremålet väger och ju högre upp det befinner sig. Vattnet i en kraftverksdamm har lägesenergi. Rörelseenergi Ett föremål som rör sig har rörelseenergi. Rörelseenergin är större ju mer föremålet väger och ju högre fart det har. Vattnet i ett vattenfall har rörelseenergi.
Elasticitetsenergi Elastiska material som dras ut, trycks ihop, böjs eller vrids får elasticitetsenergi. En spänd fjäder har elasticitetsenergi, liksom ångan i en ångpanna med högt tryck. Kemisk energi Ved, kol, olja och andra brännbara ämnen innehåller kemisk energi. Det gör också mat, olika mycket i olika livsmedel. Även batterier innehåller kemisk energi. Kemisk energi kan omvandlas genom en kemisk reaktion. Kärnenergi Kärnenergi utnyttjas i kärnkraftverk. Den omvandlas genom kärnreaktioner. Strålningsenergi Strålningsenergi finns till exempel i ljuset från solen. Elektrisk energi Elektrisk och magnetisk energi beror på elektrisk laddning eller magnetism. Åskmoln innehåller elektrisk energi, liksom kondensatorer. Att omvandla energi Se på bilden! I ytterkanten visas olika energiformer. I mitten visas två sätt att överföra energi. En pil från en plats till en annan i bilden visar att energi omvandlas.
Exempel: När något värms av solen omvandlas strålningsenergi till värmeenergi. Vi ritar alltså en pil från bilden av solen till bilden av kaffepannan. Verkningsgrad När energi omvandlas förlorar man nästan alltid en del. Förlusten kallas spillvärme. Ju större del som går till spillo, desto lägre är verkningsgraden. Verkningsgraden anges i procent. En stor elmotor kan ha hög verkningsgrad, kanske 90 procent. Bilmotorns verkningsgrad är 30 procent, ångmaskinens kanske 10 procent. Att lagra energi Energi kan lagras. På så sätt kan den sparas och utnyttjas senare. Lägesenergi och kemisk energi lagras ofta både i natur och teknik. Kärnenergi finns lagrad i vissa ämnen. Elasticitetsenergi och elektrisk energi kan lagras. Rörelseenergin i ett svänghjul kan lagras, åtminstone en stund. Men all energi kan inte lagras. Strålningsenergi går inte att lagra, inte heller den rörelseenergi som luften har när det blåser. Energitransport Ett vanligt sätt att flytta energi är att flytta själva lagret. Det är ju det man gör med olja, kol, naturgas, ved, torv, kärnbränsle eller batterier. Då sker ingen omvandling i samband med själva transporten. Att flytta energilagret har fördelen att energin kan flyttas nästan vart som helst. En nackdel är riskerna för förorening genom utsläpp. Elektrisk energiöverföring Sedan 1800-talet kan energi också överföras med hjälp av el. Genom elöverföring flyttas energi från kraftverk till mottagare på olika håll. Elöverföring har stora fördelar. Elnätet kräver inte mycket underhåll när det väl är utbyggt. Den överförda energin är mycket användbar.
Mekanisk energiöverföring Energi kan också överföras mekaniskt från en plats till en annan. Det kan exempelvis ske med remdrift eller kedjedrift. Mekanisk energiöverföring kallas också arbete. Arbetet är ett mått på hur mycket energi som överförs i samband med kraft och förflyttning. Mekanisk överföring är bra när energin inte ska flyttas långt. Om sträckan är lång kräver själva anordningen mycket arbete. I modern teknik används mekanisk energiöverföring sällan över större avstånd än några meter. Förr var stånggången ett vanligt sätt att överföra energi från ett vattenfall till en gruvpump. Titta på bilden på s 129. Tekniska system för energitransport Systemen för energitransport blir allt större. Det ger stora fördelar men innebär också sårbarhet. Användningen av fossila bränslen gör att man är beroende av att pipelines fungerar i andra delar av Ånga och förbränningsgaser Ångmaskiner Ångmaskinen spelade en viktig roll i den industriella revolutionen. Så kallar man de stora tekniska förändringar som började i England i slutet av 1700- talet. Tidigare hade man tvingats placera fabriker och verkstäder intill strömmande vatten, så att man kunde utnyttja vattnets kraft. Nu kunde man lägga dem var som helst: Nära råvaror eller hamnar eller där vatten behövde pumpas upp ur gruvor. Man kunde till och med göra ångmaskiner flyttbara. Järnvägarna kunde utvecklas på allvar, och ångmaskinen fick stor betydelse också för sjöfarten. Ångmaskinen gör om kemisk energi i bränslet till arbete. Explosionsmotorer Vet du hur en bilmotor fungerar? Brännbara gaser blandas med luft och pressas ihop. Därefter får blandningen explodera - bilmotorn är en explosionsmotor. Vid explosionen ökar trycket, och det utnyttjar man för att få rörelse. Man använder cylindrar, kolvar och vevar på ett sätt som påminner om ångmaskinerna. När en cylinder är tömd på avgaser börjar det om från början. Explosionsmotorn gör om kemisk energi i bränslet till arbete. Den liknar alltså ångmaskinen, men den har högre verkningsgrad.
Turbiner Både ånga och förbränningsgaser kan driva turbiner. Sådana turbiner innehåller system av små skovlar som ångan eller gaserna passerar. Turbiner kan göras ganska effektiva. De används bland annat för att driva generatorer i kärnkraftverk och som fartygsmotorer. Gasturbiner används också som motorer på propellerflygplan ("turboprop"). 1 turbinen omvandlas elasticitetsenergi till arbete. Raketer och jetmotorer Raketen och jetmotorn sprutar ut förbränningsgaser bakåt med hög hastighet. Då påverkas motorn av en kraft framåt. Det är denna reaktionskraft som driver farkosten. Raketmotorer och jetmotorer gör om kemisk energi i bränslet till arbete. Elektriska motorer och generatorer Elmotorer och generatorer ingår i många tekniska system. 1 bilden med energiformer och överföringar hamnar de på bestämda platser. De är varandras motsatser: Generatorn gör om arbete till elöverförd energi. Motorn gör om elöverförd energi till arbete. Elmotorer Det finns många typer av elmotorer. Alla bygger på att magneter påverkar varandra. Det gäller därför att placera magneterna på ett bra sätt. Sedan ser man till att de roterande magneterna, som nästan alltid är elektromagneter, aldrig hamnar i ett läge där de kan stanna. Det brukar man göra genom att vända strömmen när magneterna nått nästan ända fram. Hur det går till kan du se på bilderna på s 133. Generatorer I cykellyset ingår en enkel generator, som lämnar energi till framoch baklykta. Den drivs av ett av hjulen. Men de viktigaste generatorerna är de som används i kraftverken. De ingår alla i det stora system som levererar elöverförd energi inte bara i Sverige utan också till många andra länder i Europa. Eftersom de samarbetar måste de också gå precis i takt med varandra.
Värme och el direkt från solen Vi drar hela tiden nytta av strålningen från solen. Utan den skulle ju inget liv finnas på jorden. Genom att utforma våra bostäder och andra byggnader rätt kan vi använda solens energi ännu mer effektivt. Man kan välja att placera stora fönster åt söder, medan man på norrsidan i stället bygger isolerande väggar. Ett annat sätt är att låta solen värma upp speciella solfångare. De kan sedan lämna värmeenergi, till exempel genom att värma hus. En solfångare gör om strålningsenergi till värmeenergi. Solceller Att göra om mängder av,solljus till elöverförd energi är en lockande ide: inget avfall, inget buller, helt ofarligt. Och tillgången är obegränsad! I en solcell omvandlas strålningsenergin direkt till elektriskt överförd energi. Men solceller har hittills varit ganska dyra. Därför ser man dem mest där det bara behövs litet energi, till exempel i miniräknare. Forskning pågår på det här området, bland annat i Sverige. Mycket talar för att vi snart har billiga solceller. Då blir de förstås intressanta i större sammanhang. En solcell gör om strålningsenergi till elektriskt överförd energi. Sammanfattning Hej och hå Exempel på anordningar som omvandlar energi: - Eldstäder av olika slag. - Vattenhjul och turbiner. - Väderkvarnar och vindkraftverk. - Ångmaskiner och explosionsmotorer. - Raketer och jetmotorer. - Elektriska motorer och generatorer. - Solceller. Exempel på sätt att transportera energi: - Flytta energilager (tankbil, vedlass, batteri). - Elektrisk energiöverföring (i elektriska ledningar). - Mekanisk energiöverföring (med remmar, kedjor, axlar). Hur vi utnyttjar energin är viktigt för både naturresurser och miljö. På många håll i världen är det ont om användbar energi.
I framtiden måste vi mera utnyttja förnyelsebar energi. Dessutom måste vi göra det på ett sätt som inte förstör miljön. Det gäller också att göra omvandlingar med hög verkningsgrad. Minns du? 1. Vad är biomassa? 2. Varför behövde man ved i gruvorna? 3. Vad har träkol använts till? 4. Vilka energiformer tas upp i texten? 5. Ge exempel på hur man flyttar energi genom att flytta själva lagret. 6. Ge exempel på mekanisk energiöverföring. 7. I vilken enhet anger man elöverförd energi på elräkningen? 8. Ge några exempel på hur man utnyttjar energin i vind och vatten. Förstår du? l. Vad krävs av energiteknik som ska fungera på lång sikt? 2. Hur kan en kakelugn göra att det går åt mindre ved? 3. Vad menas med verkningsgrad? 4. Nämn ett par fördelar med elektrisk-energiöverföring. 5. Vilken energiomvandling sker i - en väderkvarn? - en ångmaskin? - en elmotor? - en generator?