4. Energi

Centralt innehåll

Kapitlet handlar om:

●    olika energiformer och deras betydelse i vår vardag
●    lagen om energins bevarande
●    att energin frigörs och omvandlas.


Undervisningstips och tilläggsinformation

I boken finns rutor som förklarar formler för uträkningar inom fysiken. I början av lärarmaterialet till kapitel 1 finns ett dokument med bokens alla formler samlade. I dokumentet finns även några tilläggsuppgifter att räkna.


s. 83 Kallt omslag

I experimentet kan man också använda bomullstussar eller tygremsor att linda runt termometern. Observera att en viss sorts plast löses upp av aceton, använd därför helst glastermometrar. För att få ett bättre resultat kan man lägga ner termometrarna på ett isolerande material (men inte frigolit, eftersom det smälter av acetonet), eller på klossar, så att det inte överförs värmeenergi från något annat håll. 
Avdunstning innebär att en vätska blir till gas utan att den kokar. När en vätska avdunstar lämnar de snabbaste molekylerna vätskan. Den energi som molekylerna behöver för detta tar de ifrån omgivningen. I vårt fall tar de alltså med sig energi i form av värme från resten av vätskan i pappersremsan. Därför kyls den ner.
Ett alternativt sätt att göra experimentet är att mäta upp 1 cm aceton i ett provrör, hålla termometern över ett tvättfat och sakta hälla acetonet så att det rinner ner längs med termometern. Följ med vad som händer med temperaturen! Avsluta gärna med att diskutera experimentets namn med eleverna. Hur har vi författare tänkt när vi kallar experimentet kallt omslag även om vi använder rumsvarmt vatten?

Kuriosa kring temat:
Även människokroppen nyttjar avdunstning för avkylning. När kroppen blir för varm utsöndrar svettkörtlarna vätska, denna vätska avdunstar och kyler därmed kroppen för att upprätthålla en normal kroppstemperatur. Hundar som endast har svettkörtlar mellan tårna kyler istället kroppen genom avdunstning via munhåla och luftrör. Andra djur som saknar svettkörtlar, exempelvis grisar, rullar sig i lera för att kyla ner kroppen.


s. 87 Shake it, baby

Det kräver att ni tar i ordentligt när ni skakar flaskan. Temperaturförändringen är ändå inte mer än 1–3 grader. Sand fungerar bättre än grus. 


s. 91 Varmt och kallt

I detta experiment ser ni hur livsmedelsfärg och vattnet blandar sig. Detta sker genom diffusion. Både vattnet och färgen diffunderar. Skillnaden mellan glasen beror på vattnets temperatur. Ju högre temperatur ett ämne har, desto snabbare rör sig partiklarna i det och desto snabbare sker diffusion.
Ni kan fortsätta experimentet genom att ställa följande frågor: 
●    Vad händer om du ökar temperaturskillnaden mellan vattnet i glasen?
●    Vad händer om du använder mindre mängd livsmedelsfärg?
●    Vad händer om du häller livsmedelsfärg av två färger i varje glas? 


s. 91 Finns det energi i knäckebröd?

Den kemiskt bundna energin i knäckebrödet omvandlas till värme och ljus när vi eldar brödet. Energin i knäckebrödet kommer från sädesslagen, som fångat upp solens energi genom fotosyntesen. Knäckebrödet blir svart för att det innehåller kol. Samtidigt som växterna fångar in solens ljus tar de nämligen även upp kol, i form av koldioxid, ur luften. Studera innehållsförteckning på en knäckebrödsförpackning och diskutera vilka ingredienser som innehåller energi. Ett kex skulle antagligen innehålla mera av både fett och socker, som har högt energivärde. Testa gärna att ta exakt samma mängd av kexet som av knäckebrödet. Då borde alltså vattnets temperatur höjas mer. 


s. 94 Tomtebloss med batteri

När du lägger batteriets poler mot stålullen, leds ström genom den. Eftersom stålullen består av små, tunna trådar som här fungerar som elledningar, så blir stålullen väldigt varm. När den börjar glöda så reagerar stålullen med syret i luften. Tack vare att trådarna är så tunna börjar de brinna. 
Var försiktig så du inte kortsluter batterier oavsiktligt. Det kan sluta med brand.

I simuleringen som heter intro kan eleverna testa hur en skateboardåkares potentiella energi omvandlas till rörelseenergi och tvärtom. Kryssa fram stapeldiagram och flytta personen upp på rampen. Notera hur personen alltid kommer upp till samma nivå. Välj därefter friktionssimuleringen och gör likadant. Friktionsarbetet omvandlar all energi till sist i form av värmeenergi och då kan läraren fråga eleverna var all värme finns i slutet då åkaren stannat.

Simulering av energiformer och energiomvandling i en skatepark


s. 95 Hur omvandlas energi i en generator? 

I det här försöket bör du kontrollera att du har en lämplig lysdiod så att den faktiskt lyser med den spänning som likströmsmotorn producerar. Ifall det inte fungerar med de lysdioder som finns till hands kan man testa med att bara mäta strömmen med en multimeter.
Lysdioden lyser bara när man snurrar åt ett håll. Till skillnad från glödlampor, som kan använda likström eller växelström, så kräver lysdioder likström med rätt polaritet. Läraren kan också ha eleverna att rita ett energischema som beskriver energiomvandlingen i försöket.
Bland tilläggsexperimenten finns ett experiment som med fördel kan utföras efter detta.


s. 98 Bordtennisbollen faller

De flesta telefoner har en videofunktion, som möjliggör att man kan se bild för bild och därmed få en exakt höjd för varje studs. Diskutera med eleverna vilka energiformer lägesenergin kan tänkas omvandlas till när den mattas av för varje studs, exempelvis till värme, elastisk energi och ljud som är luftens rörelseenergi.


s. 100 I en pendel omvandlas energi

Pendelns rörelser påverkas av luftmotståndet och av den friktion som uppstår i upphängningsanordningen (repet kan böjas eller så gnager repet mot fästpunkten högst upp). Om pendeln är tung och svänger stort så kan rörelsen fortplanta sig till hela ställningen. Energin går alltså åt till att sätta luften omkring i rörelse, värme på grund av friktion och eventuellt ljud.


s. 101 Pendelskuffaren

Pendelns lägesenergi övergår i det här experimentet till bland annat rörelseenergi hos tändsticksasken. Eftersom lägesenergin också omvandlas till exempelvis värme via friktion, kan man inte göra några kvantitativa slutsatser, men hur lång sträcka asken åker kan ge en uppfattning om hur lägesenergin hos pendeln ändrar när man ändrar på de olika faktorerna. Man kan behöva en lång linjal som stöd för asken så att den inte snurrar runt eller åker snett. 
Experimentet är ett delvis öppet experiment så tillvida att eleverna själva ska tänka ut vilka faktorer som kan inverka och hur de ska ställa upp försöket. Det är viktigt att de gör ordentliga och genomtänkta anteckningar, gärna i tabellform, enligt modellen här under.

Pdf-dokument att skriva ut.

Här kan eleven själv undersöka en pendel. De kan förstås fritt experimentera, men just här passar den mellersta energy-rutan speciellt bra. Visa hur eleverna kan variera längd, massa och nedsläppshöjd för pendeln och var de kan se hur energin då ändrar. Här kan de tydligt se hur lägesenergin omvandlas till rörelseenergi och tillbaka för ett halvt varv med pendeln. Till en början kan de hålla friktionen på noll, men sedan höja på friktionen för att observera vad som då händer med pendeln och pendelns energi.

Simulering om pendelns funktion och energitillstånd


s. 106 Totalförbrukning av energi

Gå till Statistikcentralens webbplats och sök upp aktuell fördelning gällande energikällor. Vi är inne i en tid där arbetet för att hitta miljövänliga sätt att förse vårt samhälle med energi är mycket aktivt. Det kan innebära rätt snabba förändringar och kan göra att fördelningen ändrar. Det är i så fall ett utmärkt tillfälle till diskussion kring varför fördelningen har ändrat och åt vilket håll eleverna tror att utvecklingen går.


s. 107 Hur mycket orkar vindsnurran lyfta? 

Att diskutera efter experimentet:
●    Hur fungerar vindsnurran?
●    Hur stor tyngd den kan lyfta?
●    Kan vindsnurran göra något annat än att lyfta en tyngd?
●    Spelar det någon roll om ni riktar den med eller mot vinden?
●    Var och hur kan en vindsnurra användas?
●    Hur har vindsnurror använts tidigare?
●    Vilka andra sätt att fånga och använda energin i vinden kan ni komma på?
●    Hur påverkar vindkraft miljön och energianvändningen i Finland?

Introt i denna simulering visar hur tegel och järn värms upp och kyls ner. Nedkylningen kan göras i såväl vatten som i olivolja. I vilken vätska sjunker järnets eller teglets temperatur snabbast? Genom att välja system kan eleverna se hur energin omvandlas inom olika system.

Simulering av olika energikällor och energiomvandlingar


Tilläggsexperiment till kapitel 4

Bollen faller

Det här experimentet fanns med i Zooma in på fysik 7–9, del 1 i första kapitlet, men illustrerade då främst fysik i vår vardag. Experimentet passar även bra för att illustrera energiöverföring och kan med fördel upprepas och diskuteras mera ingående.

Ni behöver en tennisboll och en baskettboll.

1. Placera tennisbollen rakt ovanpå basketbollen och lyft upp bollarna till cirka en meters höjd.
2. Släpp bollarna samtidigt.
3. Gör likadant en gång till men placera nu basketbollen rakt ovanpå tennisbollen.
4. Släpp bollarna samtidigt.
5. Vad märker du?

Syftet med experimentet är att visa att energi kan överföras från ett föremål till ett annat. Det här experimentet kräver ett utrymme som har högt till tak. Om det är möjligt kan man gå ut på gården. Det går att utföra som en demonstration eller som elevförsök. Gör gärna ett jämförande försök genom att släppa ner en boll i taget och kolla hur högt de studsar var för sig. 
Båda bollarna förlorar i höjd när de studsar enskilt eftersom en del energi övergår i värme och elasticitet. Men när tennisbollen är placerad ovanpå basketbollen överförs den elastiska energin från basketbollen till tennisbollen, vilket gör att det ser ut som om basketbollen trycks ihop, för att sedan ge tennisbollen en knuff uppåt. Eftersom tennisbollen är mycket lättare än basketbollen flyger den iväg. Basketbollens studshöjd minskar däremot. I det motsatta fallet har tennisbollen inte tillräckligt med elastisk energi för att ge basketbollen en skjuts uppåt.
Man kan också prata om bollarnas rörelsemängd eller momentum, som man får med formeln
p = m ⋅ v. Bollarnas gemensamma rörelsemängd är p = m1 ⋅ v + m2 ⋅ v, där m1 är basketbollens massa och m2 är tennisbollens massa och v är deras gemensamma hastighet när de faller ner.
När bollarna kolliderar med marken överförs en del av basketbollens rörelsemängd till tennisbollen, som då studsar uppåt med en större hastighet på grund av sin mindre massa.


Vattenkraftverket

Detta experiment passar efter experimentet ”Hur omvandlas energi i en generator?” på sidan 95.

Ni behöver likströmsgeneratorn med lysdiod från experimentet ”Hur omvandlas energi i en generator?”, en flaskkork, en kniv, 6 engångsskedar och vattenkran vid ett tvättställ.

1. Gör 6 hål runt flaskkorken med hjälp av kniven.
2. Klipp av engångsskedarnas skaft och stick in dem i hålen i korken med skedbladet utåt.
3. Tryck fast korken på generatorns axel så att det blir som ett skovelhjul.
4. Håll skovelhjulet under en rinnande vattenkran.
5. Vad händer?
6. Var används detta i praktiken?


Bildanalysfrågor

Här finns frågor som förslag till ganska fri bildanalys. Du kan använda frågeorden på pärmen, välja bland frågorna här under eller formulera helt egna frågor och funderingar.


s. 82 Inledningsbilden 

Var tänker du att bilden utspelar sig?
Fundera ut alla delar på bilden som visar att det behövs energi.
Vilka olika energiformer ser du på bilden?
Ge förslag på de ställen på bilden där du kan tänka ut alternativa energikällor.
Var och hur kan man spara energi på bilden?
Vad tror du att de två personerna på bilden behöver veden till?


s. 86 Vattnets kretslopp

Varifrån kommer nästan all jordens energi?
Vad är det som driver vattnets kretslopp?
Hittar du avdunstning på bilden? Beskriv var den finns.
Vad händer med det vatten som avdunstar?
Vad händer med nederbörden när den når marken?
Vilken typ av nederbörd ser du på bilden?
Vilka andra typer av nederbörd känner du till?
Var på bilden skulle du helst bosätta dig? Varför?
Var tycker du att det på bilden verkar vara bäst att odla?
Vilka fördelar och vilka nackdelar ser du med odling riktigt vid bergets fot?


s. 89 Olika energiformer

Vilka olika energiformer kommer du i kontakt med under en vanlig dag, utgående från bilden?
Vilka delar hör ihop med förnybara energikällor?
Vilka hör ihop med icke förnybara energikällor?
Hur påverkar vår energianvändning miljön?
Vad händer med den energi som vi inte använder?
Hur känner du dig om du inte fått tillräckligt med energi från din frukost?
Hur fungerar dina tankar om du inte ätit på en hel dag?


Facit till räkneuppgifter

s. 96

E = mgh = 600 kg⋅10 m/s²⋅6 m = 36 000 Nm = 36 000 J = 36 000 Ws
Ifall det skulle ta 4 sekunder att åka 2 våningar, alltså 6 meter, skulle vi kunna dividera 36000 Ws med 4 s. Då kommer vi till 9 000 W. Det är då den effekt hissmotorn bör ha för att klara det arbetet på den tiden. OBS! Här räknar vi inte med varken friktion eller andra energiförluster.


s. 99

A) Rörelseenergi 0 J (Lägesenergi 300 J)

B) Rörelseenergi 150 J (Lägesenergi 150 J)

C) Rörelseenergi 300 J (Lägesenergi 0 J)

Under fallet övergår lägesenergin i rörelseenergi. I det här fallet behöver vi inte veta höjden eller melonens vikt eftersom vi känner till lägesenergin innan melonen börjar falla.


s. 100

1. Lägesenergin är störst då kulans höjd från nollnivån är som störst, det vill säga då man släpper kulan och när den svängt helt till andra sidan.
2. Lägesenergin är minst då kulan befinner sig på nollnivån, det vill säga i mitten av bilden.
3. Rörelseenergin är noll där lägesenergin var som störst. Det här förklaras också med att då kulan står still är dess hastighet noll och då blir också rörelseenergin noll.
4. Rörelseenergin är störst där lägesenergin var som minst. Det här förklaras med att då lägesenergin är noll har all energi omvandlats till rörelseenergi.
5. Då kulan till sist stannar hänger den rakt ner, den är på nollnivån och har ingen hastighet. Det betyder att det finns varken lägesenergi eller rörelseenergi kvar. Energin har inte försvunnit utan omvandlats till bland annat värmeenergi i snörets fästpunkt och rörelseenergi i luftmolekylerna.


Facit till uppgifter på sidorna 108–109

1. 
A) Exempel på svar: Alla energiformerna i sammanställningen på sidan 89 finns representerade. Mekanisk energi, till exempel i cykeln och i lägesenergin hos vedklabbarna, värmeenergi hos elden i gasköket, elenergi i telefonens batteri och som det som produceras i kraftverken, strålningsenergi från solen, kemisk energi i ved och gas, och kärnenergi i kärnkraftverket.
Det kan finnas flera orsaker till att kraftverken är nära vatten. Kärnkraftverk behöver kylvatten, kolkraftverk får sitt ofta sitt bränsle via fartyg, vattenkraft produceras i åar och älvar.

2. 
Energiformer: 
•    kemisk energi, som finns i till exempel mat
•    rörelseenergi, till exempel hos en rullande boll
•    värmeenergi, till exempel hos solen
•    elektrisk energi, till exempel i en blixt
•    elektromagnetisk energi, till exempel hos ljus.

3.
A)
E

B) Joule (J), kilojoule (kJ), kalorier (cal).

4.
A) Kemisk energi i värmeljuset → värme och ljus

B) Elektrisk energi → värmeenergi.

5.
E = m ⋅ g ⋅ h 
m = 5 kg
g = 10 m/s²
h = 2 m
E = 5 kg ⋅ 10 m/s² ⋅ 2 m = 100 J


Ordförklaringar

●    Elektrisk energi
●    Elektromagnetisk strålning
●    Energi
●    Energikälla
●    Energiomvandling
●    Generator
●    Kemisk energi
●    Lägesenergi
●    Mekanisk energi
●    Prefix
●    Rörelseenergi
●    Värmeenergi

Pdf-dokument att skriva ut. Kontrollera inställningarna på din skrivare så att korten skrivs ut rätt. Ordet ska finnas på kortets ena sida och förklaringen på andra sidan.