** Veva så att lampan lyser Effekt och energi Kort version 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? 1
***** Veva så att lampan lyser Effekt och energi Utförlig version 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 2
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 Föda Energi 100 gram Potatis 330 kj 100 gram Äpple 250 kj 100 gram Grillkorv 1030 kj 100 gram Bröd 1100 kj 100 gram Lättmjölk 158 kj 100 gram Småkakor 2220 kj 1 bit Sockerbit 58 kj 1 bit Lösgodis 40 kj 1 bit Kola 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! 3
***** 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. 4
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 5
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. 6
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. 7