14 Energiomvandlingar och energikällor Inledning Kapitlets inledning på sid 276 277 i grundboken och sid 148 i lightboken handlar om vår energiförsörjning. Var kommer energin ifrån? Med hjälp av texten, bilderna och frågorna kan diskussioner påbörjas. Försök att inte ge svaren på frågorna nu, utan återkom istället till dem när kapitlet avslutats. Frågorna är tänkta att öka elevernas nyfikenhet inför kapitlet. Svar på frågorna 1. 2. De viktigaste energikällorna i Sverige är olja, kärnkraft, vattenkraft och biobränslen. 3. Ordet energiförbrukning leder till tanken att energin tar slut, att den kan förbrukas, vilket den inte kan. Enligt energiprincipen kan energi varken nyskapas eller förstöras utan endast omvandlas till olika former. Om man till exempel använder elektrisk energi för att få en lampa att lysa, så förbrukas inte den energin. När elektriciteten passerar lampan omvandlas den elektriska energin till strålningsenergi och värmeenergi. 14.1 De olika energiformerna Avsnittet inleds med en kort sammanfattning av alla de energiformer som eleverna tidigare mött i boken. Därefter går vi igenom ett par exempel för att förklara hur energi kan omvandlas från en form till annan. I samband med dessa energiomvandlingar förklarar vi energiprincipen. Avsnittet avslutas med att vi går igenom begreppet verkningsgrad samt att vi jämför verkningsgraden för en bensin- och en elmotor. 14.2 Icke förnyelsebara energikällor Vi förklarar inledningsvis begreppet icke förnyelsebara energikällor. Vi tittar på fossila bränslen och hur de ökar växthuseffekten. Därefter går vi igenom kärnkraften och de risker som är förknippade med den, till exempel härdsmälta och förvaring av radioaktivt avfall. 14.3 Förnyelsebara energikällor Vi börjar avsnittet med att förklara begreppet förnyelsebara energikällor. Vi fortsätter sen med beskrivningar av de viktigaste förnyelsebara energikällorna. Avsnittet avslutas med att vi tittar på hur energiläget ser ut i Sverige. Fokus: Kommer energin att räcka till alla? Kommer energin i framtiden att räcka till för oss alla? I det här fokusuppslaget behandlas denna, för oss människor, ödesfråga på ett kortfattat sätt. 152
Översikt Kopieringsunderlag och demonstrationsförsök Avsnitt OH 14.1 d1 molekyler i rörelse d2 d3 d4 Demonstrationsförsök Laboration Teoretisk uppgift Rubrik 1 Värme är en form av energi inled gärna med D1. 2 Specifik värmekapacitet hos olika ämnen 30 Svår uppgift. 3 vi blandar vatten 30 Svår uppgift. 4 vattens specifika värmekapacitet 40 Svår uppgift. Försök med blyhagel Tänd en tändsticka Studsande kula Tidsåtgång i min Kommentar d5 glödande stålull OH1 energiomvandlingar cykeltur Bilden finns även på sid 280 i grundboken och på sid 150 i lightboken. OH2 energiomvandlingar vattenkraftverk Bilden finns även på sid 281 i grundboken. 5 Energiprincipen 20 inled med att visa försök D2 D5. Använd OH1 och OH2. 6 vilka energiomvandlingar sker? 30 Förbered genom att placera ut materialet till de olika stationerna på olika ställen i klassrummet. d6 Tråd som glöder var försiktig hög spänning. 7 Verkningsgrad 14.3 8 Olika energikällor 20 Använd OH3 och OH4. OH3 världens energianvändning Bilden finns även på sid 284 i grundboken och på sid 152 i lightboken. OH4 Sveriges energitillförsel Bilden finns även på sid 293 i grundboken. 9 Ordfläta 5 153
Laborativa och teoretiska uppgifter 14.1 1. Värme är en form av energi MÅL Eleverna ska inse att värme är en form av energi som kan uppfattas som rörelseenergi hos atomer och molekyler. KOMMENTAR Inled med att visa demonstrationsförsök D1. Du kan då även behöva OH2 från kapitel 8. A 1. Nej, de vibrerar. 2. Rörelseenergi 3. Den ökar. 4. Den minskar. B 1. 273 K 2. 283 K 3. 253 K 4. 273 C 5. 100 C 6. 73 C Energi förekommer i många olika former. Läges- och rörelseenergi är två energiformer som du redan har träffat på. Ytterligare en energiform är värme. A Materia kan förekomma i tre former, fast form, flytande form och gasform. Bilden nedan visar vattenmolekyler i fast form is. Studera bilden och svara på följande frågor: 1. Är molekylerna helt stilla i is? 2. Vilken form av energi kan vi säga att molekylerna har? 3. Vi tänker oss att vi värmer isen. Hur förändras då molekylernas rörelseenergi? 4. Hur förändras rörelseenergin hos molekylerna när is avkyls? B Om man kyler ett ämne tillräckligt mycket, når man till slut en temperatur där partiklarna inte längre rör sig alls. Det inträffar vid 273 C. Den temperaturen kallas den absoluta nollpunkten. Kallare än så kan det inte bli. Inom fysiken använder man sig ofta av en temperaturskala som utgår från den absoluta nollpunkten. Skalan kallas kelvinskalan. Kelvinskalans nollpunkt ligger vid 273 C. Utgå från bilden på kelvin- och celsiusskalan och räkna ut vilka tal som saknas. 1. 0 C =? K 2. 10 C =? K 3. 20 C =? K 4. 0 K =? C 5. 373 K =? C 6. 200 K =? C 2. Specifik värmekapacitet hos olika ämnen MÅL Eleverna ska förstå vad som menas med specifik värmekapacitet samt hur man gör beräkningar om detta. KOMMENTAR I den här uppgiften förklaras begreppet specifik värmekapacitet och eleverna får göra beräkningar av energi. Eftersom begreppet varken nämns i grundboken eller lightboken och uppgiften är ganska svår bör du endast göra den i grupper med duktiga och intresserade elever. Uppgiften kan ses som ett exempel på fysik som eleverna möter om de går gymnasiets NVprogram. A 1. 8,36 J 2. 41,8 J 3. 4 180 J B 1. 8,36 J 2. 41,8 J 3. 418 J C 1. 41,8J 2. 836 J D 195 J E 28 800 J (28,8 kj) F 42 J G 36 000 J (36 kj) Hur mycket energi krävs det för att värma upp ett När man ska räkna ut hur mycket värmeenergi det ämne? Det är olika för olika ämnen. Vatten kräver krävs för att höja temperaturen kan man använda till exempel mycket mer energi än koppar för att sig av den här formeln: värmas upp. Man säger att vatten har hög specifik Kopiering värmekapacitet. tillåten. Spektrum Fysik Liber AB W = m c t Du behöver: Miniräknare. Den specifika värmekapaciteten anger hur mycket energi som krävs för att höja temperaturen 1 hos 1 g av ämnet. Vatten har specifika värmekapaciteten 4,2 J/g grad (joule per gram och grad). Det innebär att det krävs 4,2 J för att höja temperaturen 1 hos 1 g vatten. A Hur mycket energi behövs för att höja temperaturen 1 hos: 1. 2 g vatten 2. 10 g vatten 3. 1 kg vatten B Hur mycket energi behövs för att hos 1 g vatten höja temperaturen: 1. 2 2. 10 3. 100 C Räkna ut hur mycket energi som behövs för att höja temperaturen: 1. 5 hos 2 g vatten 2. 20 hos 10 g vatten W = mängden värmeenergi i joule (J) m = massan i gram (g) c = specifika värmekapaciteten i J/g grad t = temperaturökningen i grader Använd tabellerna på sid 334 i grundboken eller sid 175 i lightboken när du löser nedanstående uppgifter. D Använd formeln och räkna ut hur mycket värme som krävs för att höja temperaturen 10 hos 50 g koppar. E En kastrull av aluminium väger 400 g. Hur stor värmemängd går åt för att värma kastrullen från 20 till 100? F En gammal termometer innehåller 10 g kvicksilver. En varm sommardag steg temperaturen i solen från 12 på morgonen till 42 när det var som varmast. Hur mycket värme togs upp av kvicksilvret? G När ett föremål avkyls avger det lika mycket värme per grad som det behövdes för att höja temperaturen per grad. Räkna ut hur mycket värme som avges när en vikt av järn med massan 1 kg kyls från 100 till 20. 154
Om man blandar varmt vatten med kallt vatten så får man vatten som är ljummet. Men kan man i förväg räkna ut vilken temperatur det ljumna vattnet kommer att få? Det får du lära dig i den här laborationen. Du behöver: Mätglas (250 ml), termoskärl, termometer och miniräknare. A Mät upp 200 cm 3 (= 200 ml) kallt vatten i mätglaset. B Häll vattnet i termoskärlet och avläs temperaturen hos vattnet med termometern. C Mät upp 100 cm 3 varmt vatten och avläs temperaturen. D Häll det varma vattnet i termoskärlet. Rör om med termometern och avläs temperaturen. E För in alla värden i en tabell. F Besvara följande frågor: 1. Med hur många grader a) steg temperaturen hos det kalla vattnet? b) sjönk temperaturen hos det varma vattnet? 2. Använd formeln W = m c t och räkna ut hur mycket värmeenergi som: a) det kalla vattnet har tagit upp (upptagen värme) b) det varma vattnet har avgivit (avgiven värme). 3. När man blandar varmt och kallt vatten så gäller alltid att upptagen värme = avgiven värme. Varför tror du inte att det stämde riktigt för dig? G Skriv en laborationsrapport. OM DU HINNER H Lös följande uppgifter. Använd tabellen på sid 334 i grundboken eller sid 175 i lightboken. 1. Vid ett försök blandade man 200 g vatten med temperaturen 15 och 300 g vatten med temperaturen 50. Beräkna blandningstemperaturen. Tips: Antag att blandningstemperaturen är x. Det kalla vattnets temperatur har då stigit med (x 15) och det varma vattnets temperatur har sjunkit med (50 x). 2. Vilken blir blandningstemperaturen då 100 g vatten med temperaturen 12 blandas med 50 g kokande vatten? Avrunda till hela grader. 3. Under en laboration blandades 100 g kallt vatten med 400 g vatten vars temperatur var 62. Blandningens temperatur blev 53. Vilken temperatur hade det kalla vattnet? 4. En viss mängd vatten med temperaturen 20 blandas med 200 g vatten vars temperatur är 80. Blandningen får temperaturen 42. Hur stor massa hade det tjugogradiga vattnet? Avrunda till tiotal gram. 5. Lisa blandade 50 g etanol med temperaturen 18 och en viss mängd vatten med temperaturen 35. Blandningens temperatur blev 29. Hur många gram vatten var det i blandningen? Avrunda till heltal. 3. Vi blandar vatten MÅL Eleverna ska få träning i att göra fysikaliska beräkningar. KOMMENTAR I den här laborationen får eleverna göra beräkningar som handlar om specifik värmekapacitet. Begreppet tas varken upp i grundboken eller lightboken och laborationen innehåller en del ekvationsberäkningar vilket gör att den är ganska svår. Därför bör du endast göra laborationen i grupper med duktiga och intresserade elever. Laborationen kan ses som ett exempel på fysik som eleverna möter om de går gymnasiets NV-program. H 1. 36 C 2. 41 C 3. 17 C 4. 350 g 5. 53 g Vatten är ett ämne med mycket hög specifik värmekapacitet. I den här laborationen ska du försöka ta reda på hur hög den är genom att värma vatten med en värmespiral. Ju noggrannare du är, desto bättre värde får du. Du behöver: Likriktarkub, värmespiral, bägare, voltmeter, amperemeter, sladdar, termometer, mätglas, stoppur och miniräknare. A Häll 150 cm 3 vatten i bägaren. Sätt därefter i värmespiralen. B Koppla samman materielen på det sätt som kopplingsschemat visar. C Slå på kuben och vrid upp spänningsratten till dess att ameperemetern visar cirka 1,5 A. Slå därefter av kuben igen. D Rör om i vattnet och avläs temperaturen. E Slå på strömmen och starta samtidigt stoppuret. F Efter 2 min (120 s) slår du av kuben. Rör om ordentligt i bägaren och avläs temperaturen. G För in alla värden i en tabell. H Använd värdena i tabellen och räkna ut följande. I 1. Hur mycket energi har spiralen avgivit till vattnet? 2. Kalla vattnets specifika värmekapacitet för x. Teckna sen ett uttryck för hur mycket energi vattnet tagit upp. 3. Sätt avgiven värme = upptagen värme och räkna ut ett värde på vattens specifika värmekapacitet. Avrunda till en decimal. Skriv en laborationsrapport. OM DU HINNER J Lös följande uppgifter. Använd tabellen på sid 334 i grundboken eller sid 175 i lightboken. 1. En doppvärmare har effekten 500 W. Den sätts i ett termoskärl där det finns 150 g vatten med temperaturen 18. Doppvärmaren värmer vattnet i 1 min. a) Hur mycket energi avger doppvärmaren? b) Antag att vattnets temperatur blir x. Teckna ett uttryck för hur mycket värmeenergi som vattnet tar upp. c) Sätt avgiven värme lika med upptagen värme och räkna ut ett värde på temperaturen. Avrunda till heltal. 2. Du ska bestämma en vätskas specifika värmekapacitet. Du värmer 250 g av vätskan med en doppvärmare som har effekten 400 W. Temperaturen stiger då på en minut med 30. Vilken är vätskans specifika värmekapacitet? 3. En doppvärmare är märkt 400 W. Hur lång tid tar det att värma 0,75 liter vatten från 20 till kokning, om värmeförlusterna till omgivningen beräknas till 20 %? Avrunda till hela minuter. 4. Vattens specifika värmekapacitet MÅL Eleverna ska få träning i att göra fysikaliska beräkningar. KOMMENTAR Den här laborationen handlar om specifik värmekapacitet. Begreppet tas varken upp i grundboken eller lightboken. Laborationen bör därför endast genomföras i grupper med intresserade och duktiga elever. Laborationen kan ses som ett exempel på fysik som eleverna möter om de går gymnasiets NV-program. J 1. a) 30 000 J (30 kj) b) 150 4,18 (x 18) J c) 66 C 2. 3,2 J/g grad 3. 13 min 155
5. Energiprincipen MÅL Eleverna ska förstå att energi kan förekomma i många olika former och att det ständigt sker övergångar mellan olika former av energi. KOMMENTAR Inled gärna med några demonstrationsförsök på temat energiomvandlingar, till exempel D2 D5. Visa OH1 och OH2. A 1. 3 N 2. 4,5 Nm (J) 3. 4,5 J 4. Den omvandlas till rörelseenergi. 5. 4,5 J 6. När påsen slår i golvet omvandlas rörelseenergin till värme. Därför stiger temperaturen. B 1. Amperemetern gör utslag vilket visar att det uppkommer en ström. 2. Rörelseenergi omvandlas till elektrisk energi. C 1. Strålningsenergi 2. Kemisk energi 3. Värmeenergi 4. Rörelseenergi (mekanisk energi) 5. Elektrisk energi D 1. Lägesenergi (mekanisk energi) 2. Rörelseenergi (mekanisk energi) 3. Elektrisk energi 4. Strålningsenergi 5. Värmeenergi 6. Rörelseenergi (mekanisk energi) 6. MÅL Eleverna ska lära sig analysera en situation ur energisynpunkt. De ska få träna på att lista ut vilka övergångar som sker mellan olika energiformer. KOMMENTAR Laborationen är en stationslaboration med enkla försök. Förbered laborationen med att placera ut materielen till de olika stationerna i klassrummet. De rätta svaren kan variera, eftersom man kan starta och sluta energikedjan på olika ställen. Svaren på frågorna är därför att betrakta som förslag till svar. Avsluta med försök D6. Station 1: Kemisk energi elektrisk energi strålningsenergi + + värmeenergi Station 2: Elektrisk energi strålningsenergi värmeenergi Station 3: Strålningsenergi elektrisk energi rörelseenergi Station 4: Elektrisk energi rörelseenergi Station 5: Värmeenergi rörelseenergi Station 6: Rörelseenergi elektrisk energi Station 7: Lägesenergi rörelseenergi lägesenergi rörelseenergi osv Energi kan inte nyskapas eller förstöras. Därför är det egentligen lite fel att säga att man förbrukar energi. Istället borde man säga att man använder energi. I den här uppgiften får du studera några olika typer av energiomvandlingar. A. En påse med blyhagel har massan 300 g. Den lyfts 1,5 m uppåt. Studera bilden och besvara följande frågor. 1. Hur stor är påsens tyngd? 2. Hur stort arbete uträttas när påsen lyfts? 3. Hur stor blir påsens lägesenergi? 4. Vi släpper påsen. Vad händer då med lägesenergin? 5. Hur stor är rörelseenergin strax innan påsen slår i golvet? 6. Om du känner på påsen efter den slagit i golvet så är den varm. Varför? 1,5 m B Till en spole har vi kopplat en amperemeter. Sen för vi en magnet ut och in i spolen. 1. Vad händer? 2. Vilken energiomvandling är det som sker? C På bilden nedan ser du en hel serie energiomvandlingar. Försök hitta en energiform som passar in i var och en av de gråa rutorna. 1 2 3 4 5 1 2 3 Det här är en laboration med ett antal stationer. Meningen är att du ska gå runt till de olika stationerna, utföra experiment och lista ut vilka energiomvandlingar som sker. Station 1 Du behöver: Batteri, glödlampa och sladdar. Koppla upp en enkel krets bestående av ett batteri och en lampa som lyser. Vilka energiomvandlingar sker? Station 2 Du behöver: Värmelampa. Koppla en värmelampa till ett spänningsuttag. Håll handen en bit från lampan. Station 3 Du behöver: Fotoelement, elmotor med propeller, ljuskälla och likriktarkub. Koppla elmotorn med propeller till fotoelementet. Låt sedan lampan lysa på fotoelementet. Station 4 Du behöver: Elmotor, likriktarkub, strömbrytare och sladdar. På den här stationen finns en elmotor som startar när du trycker på strömsbrytaren. D Vilka energiformer passar in i de tomma rutorna nedan? Station 5 Du behöver: Stativ, muff, klämmare, pappersspiral och ljus. I ett stativ hänger en pappersspiral. Tänd ljuset. Station 6 Du behöver: Spole (600 varv), järnkärna, galvanometer, stavmagnet, rörlig hållare och en träkloss. Låt stavmagneten snurra några varv. 4 5 6 Station 7 Du behöver: Stativ, muff, klämmare och pendel. Låt pendelkulan svänga fram och tillbaka. 156
När man förbränner bensin i en bilmotor omvandlas kemisk energi till mekanisk energi, vilket gör att bilen åker framåt. Men det är inte all kemisk energi som blir till rörelseenergi eller annan så kallad nyttig energi. Med hjälp av ett begrepp som kallas verkningsgrad kan man ange hur stor del av den tillförda energin i bensinen som blir till nyttig energi. I den här uppgiften får du lära dig hur man räknar ut verkningsgraden. Om man håller en påse med blyhagel i handen en bit ovanför golvet så har påsen en viss lägesenergi. När påsen faller omvandlas lägesenergin till rörelseenergi. När påsen träffar golvet omvandlas all rörelseenergi till värme. Ingen energi går förlorad. Detta är ett exempel på energiprincipen: Energi kan omvandlas från en form till en annan, men inte nyskapas eller förintas. 1. Den energi som behövs för att få motorn att starta på en motorcykel kommer från bensinen. Svara på följande frågor: a) Vilken form av energi finns i bensinen? b) Vilka andra energiformer omvandlas denna energi till? c) Enligt energiprincipen går ingen energi förlorad. Men all tillförd energi omvandlas inte till nyttig energi. Vilken eller vilka energiformer kan sägas vara nyttiga i det här fallet? För att ange hur stor del av den tillförda energin som omvandlas till nyttig energi används begreppet verkningsgrad. Med det menas hur stor del av den tillförda energin som blir till nyttig energi. Verkningsgraden anges ofta i procent. nyttig energi verkningsgrad = tillförd energi I fysiken talar vi om olika energiformer som till exempel lägesenergi, elektrisk energi och kemisk energi. Men när vi talar om energi i dagligt tal så är det olika energikällor det handlar om. Exempel på sådana energikällor är vattenkraft, kärnkraft och naturgas. Men frågan är vilken koppling som finns mellan de fysikaliska energiformerna och energikällorna. Det handlar den här uppgiften om. Använd formeln och lös följande uppgifter: 2. Hur stor är verkningsgraden om den tillförda energin är 100 kwh och den nyttiga energin 75 kwh? 3. Vilken är verkningsgraden om den tillförda energin är 50 kwh och den nyttiga energin 40 kwh? 4. En bensinmotor har verkningsgraden 25 %. Hur stor del av den tillförda energin blir till nyttig energi? 5. En elmotors verkningsgrad är 85 %. Hur stor del av den tillförda energin blir inte till nyttig energi? OM DU HINNER Du behöver: Miniräknare. Verkningsgrad kan även beskrivas som hur stor del av den tillförda effekten som blir nyttig effekt. nyttig effekt verkningsgrad = tillförd effekt Använd formeln och lös följande problem: 6. En elmotor på 900 W ger en nyttig effekt av 630 W. Hur stor är verkningsgraden? 7. En borrmaskin har effekten 850 W. Verkningsgraden är 70 %. Hur stor är den nyttiga effekten? 8. En liten elmotor ger 40 W som nyttig effekt. Verkningsgraden är 80 %. Hur stor är den tillförda effekten? 9. En elmotor drar 10 A ström då den ansluts till spänningen 230 V. Motorns verkningsgrad är 80 %. Hur stor är tillförd effekt och nyttig effekt? 10. En lyftkran lyfter en båt 3,5 m rakt uppåt på 20 s. Båten väger 800 kg. Hur stor är den tillförda effekten om kranens verkningsgrad är 80 %? Studera de olika energikällorna på bilderna och svara på följande frågor för var och en av dem: 1. Vilken energikälla föreställer bilden? 2. Har energikällan idag någon praktisk betydelse för energiförsörjningen i Sverige? 3. Är det en förnyelsebar energikälla? 4. Vilken fysikalisk energiform innehåller energikällan? 7. Verkningsgrad MÅL Eleverna ska förstå energiprincipen och begreppet verkningsgrad. De ska även kunna räkna en del på olika verkningsgrader vid olika energiomvandlingar. KOMMENTAR Gå igenom energiprincipen och vad som menas med verkningsgrad innan eleverna börjar med uppgiften. 1. a) Kemisk energi. b) Rörelseenergi, värmeenergi, elektrisk energi och strålningsenergi. c) Rörelseenergi, elektrisk energi och strålningsenergi. 2. 75 % 3. 80 % 4. 25 % 5. 15 % 6. 70 % 7. 595 W 8. 50 W 9. Tillförd effekt är 2 300 W. Nyttig effekt är 1 840 W. 10. 1 750 W 8. Olika energikällor MÅL Syften med den här uppgiften är att försöka koppla samman de olika fysikaliska energiformerna med de energikällor som används idag och de som kan bli aktuella i framtiden. Eleverna ska lära sig så mycket som möjligt om olika energikällor så att de kan ta ställning i olika energifrågor. KOMMENTAR Lät eleverna, gärna parvis, besvara de fyra frågor som ställs till varje bild. Avsluta uppgiften med att diskutera Sveriges och världens energiförsörjning t ex med hjälp av OH3 och OH4. 14.3 A D G E H B F I C A 1. Solenergi 2. Nej, om man endast tänker på det direkta utnyttjandet av solenergi. 4. Strålningsenergi B 1. Vindkraft 2. Nej 4. Rörelseenergi C 1. Kärnkraft 3. Nej 4. Kärnenergi D 1. Olja och naturgas. 3. Nej 4. Kemisk energi E 1. Vågenergi 2. Nej 4. Rörelseenergi F 1. Biobränslen 4. Kemisk energi G 1. Bergvärme, men mycket liten 4. Värmeenergi H 1. Kolkraft 3. Nej 4. Kemisk energi I 1. Vattenkraft 4. Rörelseenergi 157
9. Ordfläta svar på frågorna Orden är: 1. Arbete. 2. Kemisk. 3. Procent. 4. Atombomb. 5. Strålning. 6. Kärnkraft. 7. Mekanisk. 8. Växthuseffekten. 9. Joule. 10. Vattenkraft. 11. Transformator. Ordet i de markerade lodräta rutorna blir då: BIOBRÄNSLEN. Lös ordflätan. Om du hittar de rätta orden kommer bokstäverna i de markerade rutorna att bilda ett aktuellt ord. Vilket är ordet? 1. Energi kan sägas vara lagrat 2. I olja och kol finns energi. 3. Verkningsgrad mäts ofta i 4. I en klyvs atomkärnor 5. Genom överförs energi från solen till jorden. 6. är en omdiskuterad energikälla. 7. Läges- och rörelseenergi kallas med ett gemensamt namn för energi. 8. De fossila bränslena (olja och kol) bidrar till 9. är enheten för energi. 10. Från får vi stor del av vår elektriska energi. 11. En höjer eller sänker spänning. 158
OH-underlag OH 1 OH 2 OH 3 OH 4 159
Demonstrationsförsök D1. Molekyler i rörelse DU BEHÖVER Vibrator, molekylrörelsetillsats, likriktarkub och anordning för skuggprojektion. MÅL Eleverna ska förstå att värmeenergi egentligen är rörelseeneergi hos de partiklar som bygger upp ämnet. KOMMENTAR Montera molekylrörelsetillsatsen på vibratorn. Anslut den till växelspänning från kuben. Öka spänningen sakta från 0 V till ca 6 V. Den ökande spänningen kan sägas motsvara en höjning av temperaturen. Från början vibrerar kulorna (molekylerna) i bestämda lägen (fast form). Vid högre temperatur (högre spänning) rör sig molekylerna mera fritt omkring (vätskeform). När temperaturen blir ännu högre övergår vätskan till gas. Kulornas rörelse görs synlig med skuggprojektion. Kulornas rörelse kan göras synliga med skuggprojektion. Hur det går till kan du läsa om på sid 7. Låt försöket mynna ut i konstaterandet att det vi uppfattar som värme är rörelseenergin hos de partiklar som bygger upp ett ämne. När partiklarna (molekyler, atomer) är helt stilla är deras rörelseenergi noll. Vi har då uppnått den absoluta nollpunkten.använd OH 2 från kapitel 8 och jämför vår vanliga temperaturskala med den skala som har sin utgångspunkt i absoluta nollpunkten (Kelvinskalan). D2. Försök med blyhagel DU BEHÖVER Blyhagel i skinnpåse och termometer. KOMMENTAR Mät först blyhaglens temperatur. Låt sedan en elev släppa ner blyhaglen på golvet ungefär 40 50 ggr från ca 1,5 m höjd. Mät temperaturen igen. Det visar sig då att den har stigit. Fråga eleverna vilka energiomvandlingar som sker. Svaret är: Lägesenergi Rörelseenergi Värmeenergi D4. Studsande kula DU BEHÖVER Rör av plexiglas (diameter ca 1 dm), kraftig järnplatta (eller liknande) och stålkula. KOMMENTAR Placera plexiglasröret på järnplattan. Håll kulan vid rörets ände och släpp den. Kulan studsar några gånger i röret. Fråga vilka energiomvandlingar som sker. Svaret är: Lägesenergi Rörelseenergi Lägesenergi Rörelseenergi Värmeenergi Fråga varför kulan inte studsar lika högt varje gång. Svaret är att lite energi försvinner i form av värme varje gång kulan slår i metallplattan. D5. Glödande stålull DU BEHÖVER Batteri 4,5 V och stålull. KOMMENTAR Lägg litet stålull mellan de båda polerna på batteriet. Stålullen börjar glöda. Fråga vilka energiomvandlingar som sker. Svaret är: Kemisk energi Elektrisk energi Strålningsenergi Värmeenergi D6. Tråd som glöder DU BEHÖVER 2 bordsklämmor, 2 stativstavar, 2 muffar, 2 ebonitstavar, 2 krokodilklämmor, kromnickeltråd 0,2 mm, 10 g-vikt, sladdosa och sladdar. KOMMENTAR Ställ i ordning materielen enligt bilden. Var försiktig eftersom du handskas med starkström. Anslut tråden till sladdosan utan att du kopplar in den i vägguttaget. Mörklägg i salen. Koppla in sladdosan. Tråden glöder på ett mycket effektfullt sätt. Fråga vilka energiomvandlingar som sker. Svaret är: Elektrisk energi Värmeenergi + Strålningsenergi D3. Tänd en tändsticka DU BEHÖVER Tändsticksask. KOMMENTAR Tänd en tändsticka. Fråga vilka energiomvandlingar som sker. Svaret är: Kemisk energi + Värmeenergi Strålningsenergi + Värmeenergi 160