Grundkurs i Energi För att förklara teorin inom olika ämnen använder vi oss av olika begrepp. Energi är ett ord som används mycket i olika sammanhang, allt i från miljö till idrott.

Exempel på energikällor: Solen Vattenkraftverk Vindkraftverk Förbränning av fossila bränslen Kärnkraftverk

Olika typer av energi Energi kan finnas bunden i olika energiformer

Exempel på energiformer: Kemisk energi (bunden i t ex mat, bensin) Ljud - och ljusenergi Elenergi (elektricitet) Rörelseenergi Lägesenergi Värmeenergi Jordvärme

Energiprincipen Energin kan omvandlas från en energiform till en annan. Oavsett mellan vilka former energin omvandlas, får man alltid värmeenergi som biprodukt. Om vi tanker vår bil med bensin så finns energin bunden som kemisk energi. När vi sedan kör bilen omvandlas den kemiska energin till andra energiformer så som t ex ljudenergi, rörelseenergi och värmeenergi.

Energi kan varken skapas eller förstöras. Den kan bara omvandlas i olika former.

Lägesenergi och rörelseenergi (mekanisk energi) Ju högre upp ett föremål flyttas, desto större blir lägesenergin. Större massa ger större energi. Ju större fart ett föremål har, desto större blir rörelseenergin. Större massa ger större energi.

Lägesenergi och rörelseenergi omvandlas lätt mellan varandra. En kula som släpps i en U-ramp startar med lägesenergi som omvandlas till rörelseenergi. När kulan sedan rullar upp på andra sidan omvandlas rörelseenergi till lägesenergi igen. När energi omvandlas från en form till en annan så förloras alltid lite energi i omvandlingen till "oönskad" energi. Värmeenergi bildas alltid och det är inte ovanligt med ljudenergi. Detta innebär att viss energi förloras när kulan rullar och den kommer inte komma lika högt upp i rampen på andra sidan.

Evighetsmaskin En evighetsmaskin bygger på principen att den kan driva sig själv. En maskin har en uppgift att göra någonting och det innebär någon form av energi omvandling. Vi kan inte bygga evighetsmaskiner just av den anledningen att energi "förloras" vid varje energiomvandling.

Energi är ett viktigt begrepp inom fysiken energi är förmågan att utföra ett fysikaliskt arbete. enheten för energi är Joule ( J )

Vad är arbete? Ett fysikalisk (mekanisk)arbete utförs om en kraft får ett föremål att röra sig i kraftens riktning.

Ett Fysikalisk arbete Genom att lyfta ett föremål så förflyttas det i kraftens riktning. Den kraft som påverkar föremålet är tyngdkraften och den är riktad nedåt. Ett arbete utförs! Eftersom man övervinner tyngdkraften.

Ett Fysikalisk arbete Genom att dra ett föremål över golvet påverkas föremålet av friktionskraften. Ett arbete utförs! Eftersom man övervinner friktionskraften.

Ett Fysikalisk arbete Inget arbete utförs om du bär omkring på ett föremål. Föremålet förflyttas inte i kraftens riktning. Det rör sig inte i tyngdkraftens riktning och ingen friktionskraft påverkar föremålet.

Så här beräknas fysikalisk arbete Enhet för arbete - Newtonmeter Arbete = kraft * väg (kraft "gånger väg) Med väg menas den sträcka som föremålet förflyttas i kraftens riktning. Vägen anges i enheten meter (m) Kraften anges i enheten Newton (N). Du kan mäta kraften med en dynamometer eller som oftast när det bara gäller tyngdkraften, omvandlar vi massa till tyngd. Tyngd = massa *10 tex. 80 kg = 800 N (80*10=800)

Faktorar som påverkar arbete! Ju tyngre föremålet är och ju längre du förflyttar ett föremål i kraftens riktning, desto större blir arbetet som utförs.

Exempel på beräkning av arbete Hur stort arbete utförs om en låda som väger 50 kg lyfts upp på en 2 meter hög hylla? Arbete = kraft * väg väg = 2 m kraft = tyngden = 50 kg * 10 = 500 N Detta ger arbete = 500 N * 2 m = 1000 Nm

Arbete = energiomvandling När ett arbete utförs sker det en energiomvandling. Det krävs energi för att utföra ett arbete och genom att omvandla energin från en form till en annan sker ett arbete

Energi och arbete Samma enhet för arbete och energi Energi anges i enheten Joule (J) eller Newtonmeter (Nm) Arbete anges i enheten Newtonmeter (Nm) eller Joule (J) Förklaringen på att de kan anges med samma enheter är: Det arbete som krävs för att lyfta upp en låda är det samma som den lägesenergi som lådan får när den lyfts upp. Ett föremål har lägesenergi när det lyfts upp. Hur stor lägesenergi har en låda som väger 20 kg och ligger på ett bord som är 1,5 meter högt? Ett föremål har lägesenergi när det lyfts upp. Hur stor lägesenergi har en låda som väger 20 kg och ligger på ett bord som är 1,5 meter högt? För att beräkna detta så får vi beräkna hur stort arbete som krävs för att förflytta lådan upp på bordet. Arbete = kraft * väg väg = 1,5 m kraft = tyngd = 20 kg * 10 = 200 N Arbete = 200 N * 1,5 m = 300 Nm Den lägesenergi lådan får blir då samma som arbetet som krävdes för lyfta upp den. 300 Nm = 300 J

Mekanikens gyllene regel Det man vinner i kraft, förlorar man i väg I bergig terräng bygger man inte vägarna rakt upp för bergväggen. I stället slingrar sig vägarna upp för berget. Visserligen blir vägen längre men fördelen är att man inte behöver använda lika stor kraft. Detta är grundprincipen i många enkla maskiner, t ex lutande plan, hävstången, skruven. Genom att använda ett lutande plan blir vägen längre men du kan få upp tyngre saker. (du behöver inte använda lika stor kraft) Ett annat exempel är när du cyklar, om du ska upp för en brant backe lägger du i en "lättare" växel men du behöver trampa fler varv.

Effekt Vad menas med att vara effektiv? Du har säkert en känsla av att vara effektiv innebär att göra saker på kortare tid. Det är just det som är tanken bakom begreppet effekt. Visst är det viktigt att ha en stark motor med mycket kraft, men det är även intressant att veta hur lång tid det tar för motorn att utföra arbetet ("göra jobbet"). Man vill veta hur effektiv motorn är. Effekt beräknas enligt formel:Effekt = Arbete / tid (arbete delat på tid). Arbete anges i enheten Newtonmeter (Nm) och tiden anges i enheten sekunder (s). Detta ger att enheten för effekt blir Nm/s (Newtonmeter per sekund) Det finns olika enheter att ange effekt i: Vid elektrisk effekt använder man enheten Watt (W) 1W 1W= 1 Nm/s = 1 J/s

Exempel på beräkning av effekt En truck lyfter en låda som väger 400 kg. Lådan lyfts till en höjd av 3 m. Hur stor blir effekten om det tar 4 sekunder att lyfta lådan? Effekt = arbete / tid tid= 4 s arbete=kraft*väg kraft = tyngden av lådan = 400 kg * 10 = 4000 N väg= 3 m Arbete = 4000 N * 3 m = Nm Effekt = Nm / 4 s = 3000 Nm/s eller 3000 W

Verkningsgrad Med verkningsgrad menar man hur mycket av den tillförda energin som omvandlas till den energiform som önskas. T ex när man tankar en bil vill man att den kemiska energin i bensinen ska omvandlas till rörelseenergi. Även i moderna motorer går den största delen av energin till spillo genom att den omvandlas till värme i motorn. En motor med hög verkningsgrad omvandlar mer av den kemiska energin till rörelseenergi. Vid alla energiomvandlingar försöker man få så hög verkningsgrad som möjligt. (minska förlusten av energi) En motor med verkningsgraden 80% omvandlar 80% av den tillförda energin till nyttig energi.

Hästkraft En äldre enhet på effekt är hästkraft. 1 hästkraft = 736 W Det låter som det handlar om en kraft men det är faktiskt effekt som menas. Den används nästan bara när man pratar om motorer på bilar och motorcyklar. Hästkraft kommer ifrån när man ville visa hur effektiv en ångmaskin var, en ångmaskin med 10 hästkrafter kunde ersätta 10 hästar.