2 - Energi

Energi kender vi mest som varme.

Der er energi i solens stråler (Strålingsenergi)

Solens energi kan bindes i planter (Kemisk energi)

Energi kan transporteres i ledninger, der er tilsluttet en spændingskilde (Elektrisk energi)

Men der er også energi i bevægelse - en bil i fart kan vælte en mur (Kinetisk energi)

Den samlede energi er konstant

Energi kan ikke komme eller forsvinde, men blot omsættes

Dette er en meget fundamental grundsætning i fysikken.

Energi måles i Joule.

Enheden kan forklares ved, at:

Der skal 4180 Joule til at opvarme et kg. (1 L) vand 1 grad.

Enheden stammer egentlig fra den mekaniske energi. Det ser vi på i næste afsnit.

En almindelig brugt enhed for energi kender vi fra elmåleren.

Vi betaler jo for dén energi, vi bruger fra elnettet.

Derfor skal vi vide, hvor meget vi bruger.

Og dét forbrug angives i enheden KiloWatttimer

En kilowattime er 3600000 J

Vi er tit interesseret i at finde ud af, hvor meget energi der bruges eller tilføres pr. sekund.

For eksempel i forbindelse med brug af el.

Hvor meget energi fremstiller et kraftværk pr. sekund?

Hvor meget energi bruger en elkedel - eller et andet elektrisk apparat - pr. sekund.

Det skal vi vide, for at få et billede af hele energiforbruget.

Energien pr. sekund kaldes effekten og måles i Joule pr. sekund, som kaldes Watt

Udtrykt i formler:  

[watt]=[joule]/[sekund]

I Danmark bruger vi primært olie og kul som energikilder.

Der er en del olie og gas i nordsøen, så vi har overskud af energiproduktion.

Men olien slipper op på et tidspunkt.

Vi har valgt ikke at satse på atomenergi.

I stedet satser vi på vedvarende energi - vindenergi og solenergi.

Al stof, alle genstande, indeholder energi.

Nemlig i form af varmeenergi, der kommer af at molekylerne i stoffet enten vibrerer (faste stoffer og væsker) eller bevæger sig rundt mellem hinanden (gasser

Varmeenergi er altså i virkeligheden bevægelsesenergi.

Varmeenergien - den indre energi - har stor betydning for hvordan et stof 'opfører sig'

Ved lav varmeenergi er stoffet et fast stof.

Ved lidt højere energi er stoffet flydende:

Ved endnu højere energi forvandles stoffet til en gas.

Ved meget høje energier rives atomkerner og elektronkerne fra hinanden, og stoffet når en tilstandsform man kalder plasma.

I princippet kan alle molekyler og atomer i et stof ligge stille.

Hvis dét sker, siger vi, at stoffet har nået det absolutte nulpunkt.

Når et stof er meget tæt på det absolutte nulpunkt, 'opfører' det sig også så ejendommeligt, at nogle kalder det en særlig tilstandsform.

Vi bruger temperaturen til at måle varmen - i praksis v. hj. a. et termometer.

Dén enhed, vi normalt bruger, er Grader Celsius.

Sammenhængen mellem temperaturen og varmemængden i et stof er imidlertid ikke helt enkel.

Ganske vist vokser temperaturen i alle stoffer, når de tilføres varme.

Men der er forskel på hvor meget varme der svarer til en given temperaturændring - det afhænger af stoffet.

Der er f. eks. stor forskel på at befinde sig.

Det kan man nemt overbevise sig om.

Der er stor forskel på at gå ind i en sauna (80 grader varm luft) og at lægge sig i et badekar med 80 grader varmt vand.

Dén energi, der skal til for at opvarme et bestemt stof med et bestemt antal grader, beskrives ved stoffets specifikke varmekapacitet c som er en tabelværdi der kan findes for det enkelte stof (f. eks. vand, aluminium, ... )

Enheden for c er kJ/kg*K

Energien, der giver massen m en temperaturstigning ΔT, er givet ved formlen: ΔE=m*c*ΔT

Tallet C = m*c  kaldes varmefylde i det aktuelle tilfælde.

Forskellige stoffer smelter og fordamper ved forskellige temperaturer. 

Disse temperaturer kaldes hhv. smeltepunkt og fordampningspunkt for stoffet.

Der skal bruges energi til at få stof til at smelte eller fordampe.

For et givet stof defineres den specifikke smeltevarme som den varme der smelter eet kg. af stoffet - tilsvarende for fordampningsvarme.

Smeltevarmen Ls er derfor givet ved Ls=ΔE/m

Ud fra denne formel kan man nemt beregne, hvor meget energi der bruges til at smelte en given mængde af et givent stof.

Når stoffer smelter eller fordamper skal de tilføres varme.

Når stoffet fortættes eller størkner, afgiver det varme (det er derfor f. eks. sprit føles koldt på hånden - det fordamper hurtigt)

Som en illustration af smelte- og fordampningsvarme bruger man ofte en såkaldt smeltekurve.

Den illustrerer, at temperaturen holder sig konstant på smeltepunktet, mens der tilføres energi (da energien ikke går til opvarmning, men til at smelte materialet) og tilsvarende ligger kurven vandret ved fordampning.