Energi.
Energi – Man kan säga att energi är förmågan att göra ett arbete.
Energi = kraft * sträcka
Enheter: Mängd energi anges oftast i något som heter Joule, beteckning J.
Kraften anges oftast i Newton, beteckning N.
Tittar vi på formeln ovan så ser vi att: 1 J = 1 N * 1 m
Den lilla m står för meter.
Exempel – En man drar en kärra med en kraft på 50 N.
Beräkna energin som mannen förbrukar i sina muskler om han drar kärran
a) 2 meter b) 10 meter
Lösning : a) energi = 50 * 2 = 100 J
b) energi = 50 * 10 = 500 J
Effekt – effekten ger oss en information om hur snabbt ett arbete utförs.
Effekt = Energi / tid
Enheter: effekt anges oftast i Watt, beteckning W.
Tittar vi på formeln ser vi att:
Energi – Man kan säga att energi är förmågan att göra ett arbete.
Energi = kraft * sträcka
Enheter: Mängd energi anges oftast i något som heter Joule, beteckning J.
Kraften anges oftast i Newton, beteckning N.
Tittar vi på formeln ovan så ser vi att: 1 J = 1 N * 1 m
Den lilla m står för meter.
Exempel – En man drar en kärra med en kraft på 50 N.
Beräkna energin som mannen förbrukar i sina muskler om han drar kärran
a) 2 meter b) 10 meter
Lösning : a) energi = 50 * 2 = 100 J
b) energi = 50 * 10 = 500 J
Effekt – effekten ger oss en information om hur snabbt ett arbete utförs.
Effekt = Energi / tid
Enheter: effekt anges oftast i Watt, beteckning W.
Tittar vi på formeln ser vi att:
1 W = 1 J / 1 s
Den lilla s står för sekunder,
Exempel 1
En hiss åker upp 40 meter under en viss tid. Kraften som drar upp hissen är 100 N.
Beräkna effekten om tiden är
Den lilla s står för sekunder,
Exempel 1
En hiss åker upp 40 meter under en viss tid. Kraften som drar upp hissen är 100 N.
Beräkna effekten om tiden är
a) 20 sekunder.
b) 50 sekunder
b) 50 sekunder
Lösning:
a) effekt = (100*40) / 20 = 200 W
b) effekt = (100*40) / 50 = 80 W
Vi ser att i bägge fall används samma mängd energi (4000 J), men i uppgift a förbrukas energin snabbare än uppgift b.
OBS !
Man kan skriva om formeln för effekten på följande sätt:
effekt * tid = energi
1 W * 1 s = 1 J
Vi får alltså ”en annan typ” av enhet för energi, nämligen ”Wattsekund”
1 J = 1 N *1 s eller 1 J = 1W * 1s = 1 Ws
Exempel:
En 40 W lampa lyser 1 minut (60 sekunder).
Hur mycket (elektrisk) energi motsvarar det?
Lösning: energi = 40 * 60 = 2400 Ws = 2400 J = 2,4 KWs
Man läser KWs ”kilowatt sekund”.
Verkningsgrad:
Man räknar verkningsgraden med hjälp av formeln:
Verkningsgrad = användbar energi / tillförd energi
I varje system (en bil, en kamin, en djurkropp, en stjärna) som ska göra ett arbete (oftast rörelser) måste man tillföra energi ( i form av t ex bensin, ved, mat osv). En del energi kommer in och en del energi kommer ut. Vi människor skulle inte kunna röra oss eller leva överhuvudtaget utan mat (kemisk energi). En bil kan inte röra sig utan bensin eller annat bränsle. Många system som utförs ett arbete blir dessutom varma. Motorn blir varm när den rollar och kroppen blir varm när man äter.
Verkningsgraden ger oss en information om hur mycket av den tillförda energin blir användbar (oftast i form av rörelser) och hur mycket som blir förlorad i form av värme.
Vi tittar på flera exempel.
a) effekt = (100*40) / 20 = 200 W
b) effekt = (100*40) / 50 = 80 W
Vi ser att i bägge fall används samma mängd energi (4000 J), men i uppgift a förbrukas energin snabbare än uppgift b.
OBS !
Man kan skriva om formeln för effekten på följande sätt:
effekt * tid = energi
1 W * 1 s = 1 J
Vi får alltså ”en annan typ” av enhet för energi, nämligen ”Wattsekund”
1 J = 1 N *1 s eller 1 J = 1W * 1s = 1 Ws
Exempel:
En 40 W lampa lyser 1 minut (60 sekunder).
Hur mycket (elektrisk) energi motsvarar det?
Lösning: energi = 40 * 60 = 2400 Ws = 2400 J = 2,4 KWs
Man läser KWs ”kilowatt sekund”.
Verkningsgrad:
Man räknar verkningsgraden med hjälp av formeln:
Verkningsgrad = användbar energi / tillförd energi
I varje system (en bil, en kamin, en djurkropp, en stjärna) som ska göra ett arbete (oftast rörelser) måste man tillföra energi ( i form av t ex bensin, ved, mat osv). En del energi kommer in och en del energi kommer ut. Vi människor skulle inte kunna röra oss eller leva överhuvudtaget utan mat (kemisk energi). En bil kan inte röra sig utan bensin eller annat bränsle. Många system som utförs ett arbete blir dessutom varma. Motorn blir varm när den rollar och kroppen blir varm när man äter.
Verkningsgraden ger oss en information om hur mycket av den tillförda energin blir användbar (oftast i form av rörelser) och hur mycket som blir förlorad i form av värme.
Vi tittar på flera exempel.
Vi gör några beräkningar:
Exempel 1:
Den energi som kommer in är 100 J ifrån bränsle, och av denna används 80 J för att röra bilen, medan 20 J förloras som värme.
Vi räknar verkningsgraden enligt formeln:
Verkningsgraden = 80/ 100 = 80 %
Verkningsgraden = 80/ 100 = 80 %
Exempel 2:
Vi tittar på ett exempel, där 100 J kommer in, medan 60 J försvinner i form av värme och endast 40 J är användbar.
Vi räknar verkningsgraden i det här fallet:
Verkningsgraden = 40/ 100 = 40 %
Vi ser alltså att motor A har en verkningsgrad på 80 %, medan motor B bara 40 %.
Man kan säga att motor A är effektivare. Den utnyttjar den inkommande energin på ett bättre sätt, med mindre förlust.
Energiformer.
Vi sammanfattar de vanligaste energiformer som man känner till:
Rörelse energi: förknippad med rörelser som innebär att ett arbete utförs.
Ex: Man använder energin i musklerna när man springer.
Potentiell energi: Lagrad eller vilande energi. Energi som inte för tillfället utför något arbete.
Ex: I en bok på en hylla lagras potentiell energi. Denna energi kan
omvandlas till t ex rörelse energi om boken ramlar från hyllan.
Kemisk potentiell energi: finns i brännbara ämnen som ved, kol och olja.
Ex: När vi äter får vi in oss kemisk potentiell energi.
Denna energi kan omvandlas till t ex rörelse energi om vi springer.
Mekanisk potentiell energi: finns t ex hos vattnet i en kraftverkdamm.
När vattnet faller ner kan den mekaniska potentiell energin
omvandlas till elektrisk energi som förs vidare till t ex vår bostad.
Värme: är egentligen en form av rörelse energi (partiklarna i varma ämnen rör sig
snabbare än kalla ämnen). Men den är så vanlig att man kan betrakta den
som en egen form av energi.
Vi påminner oss om termodynamikens första och andrasats.
Förstasats: Energi kan varken skapas eller förstoras, utan bara omvandlas mellan olika former.
Ex: Det betyder att det inte finns någon maskin eller något system som kan
”tillverka” energi från ingenting. Lika mycket som kommer ut måste
också komma in.
Verkningsgraden = 40/ 100 = 40 %
Vi ser alltså att motor A har en verkningsgrad på 80 %, medan motor B bara 40 %.
Man kan säga att motor A är effektivare. Den utnyttjar den inkommande energin på ett bättre sätt, med mindre förlust.
Energiformer.
Vi sammanfattar de vanligaste energiformer som man känner till:
Rörelse energi: förknippad med rörelser som innebär att ett arbete utförs.
Ex: Man använder energin i musklerna när man springer.
Potentiell energi: Lagrad eller vilande energi. Energi som inte för tillfället utför något arbete.
Ex: I en bok på en hylla lagras potentiell energi. Denna energi kan
omvandlas till t ex rörelse energi om boken ramlar från hyllan.
Kemisk potentiell energi: finns i brännbara ämnen som ved, kol och olja.
Ex: När vi äter får vi in oss kemisk potentiell energi.
Denna energi kan omvandlas till t ex rörelse energi om vi springer.
Mekanisk potentiell energi: finns t ex hos vattnet i en kraftverkdamm.
När vattnet faller ner kan den mekaniska potentiell energin
omvandlas till elektrisk energi som förs vidare till t ex vår bostad.
Värme: är egentligen en form av rörelse energi (partiklarna i varma ämnen rör sig
snabbare än kalla ämnen). Men den är så vanlig att man kan betrakta den
som en egen form av energi.
Vi påminner oss om termodynamikens första och andrasats.
Förstasats: Energi kan varken skapas eller förstoras, utan bara omvandlas mellan olika former.
Ex: Det betyder att det inte finns någon maskin eller något system som kan
”tillverka” energi från ingenting. Lika mycket som kommer ut måste
också komma in.
Andrasats: Energin blir mindre användbar vid varje omvandling, dvs efter många
omvandlingar har all energi övergått till värme (man säger då att oordningen ökar)
Ex: energin omvandlas mellan olika form, t ex från kemisk potentiell energi till
rörelse energi och därifrån till elektrisk energi och därifrån till mekanisk
potentiell energi osv. I varje steg förloras en del av energin i form av värme.
Det blir kvar mindre och mindre användbar energi.
Vi börjar med 100 J och efter tre omvandlingar har vi bara 40 J användbar
energi.
In: 100J
omvandlingar har all energi övergått till värme (man säger då att oordningen ökar)
Ex: energin omvandlas mellan olika form, t ex från kemisk potentiell energi till
rörelse energi och därifrån till elektrisk energi och därifrån till mekanisk
potentiell energi osv. I varje steg förloras en del av energin i form av värme.
Det blir kvar mindre och mindre användbar energi.
Vi börjar med 100 J och efter tre omvandlingar har vi bara 40 J användbar
energi.
In: 100J
Förlust (värme): 20J
Kvar: 80J
Förlust igen: 30J.
Kvar: 50J.
Förlust igen: 10J
Kvar: 40J
Figuren på sidan 89:
Jordens energibalans.
Område A: En del av solstrålningarna reflekteras i atmosfären eller moln och förs tillbaka
mot rymden. .
Område B: Absorption på markytan – En del strålningar når och värmer upp markytan
(marken, hav, sjöar, växter och djur osv).
Område C: Absorption i luften – En del av strålningarna värmer upp luften i atmosfären.
Område D: Växthuseffekten – En del strålningar reflekteras ifrån markytan, men reflekteras
igen mot marken ifrån moln och luftpartiklar.
Figuren på sidan 89:
Jordens energibalans.
Område A: En del av solstrålningarna reflekteras i atmosfären eller moln och förs tillbaka
mot rymden. .
Område B: Absorption på markytan – En del strålningar når och värmer upp markytan
(marken, hav, sjöar, växter och djur osv).
Område C: Absorption i luften – En del av strålningarna värmer upp luften i atmosfären.
Område D: Växthuseffekten – En del strålningar reflekteras ifrån markytan, men reflekteras
igen mot marken ifrån moln och luftpartiklar.
Energi och organismer.
Varje levande varelse är en organism, t ex växter och djur. Alla organismer behöver materia och energi för att leva, växa och fortplanta sig.
Materia, dvs olika ämnen, behövs för att bygga upp olika organiska föreningar som organismerna består av. En växt tar enkla föreningar ur luften, marken eller vattnet, medan djur genom födan.
Organismerna behöver energi för att kunna driva fram många av de processer som sker inuti deras kropp. Många kemiska processer kräver energi.
Växter: Växter har en stor fördel jämfört med djur. De kan få sin energi direkt ur solen. Solenergi omvandlar inuti (de gröna) växterna till en kemisk bunden energi (socker), och den senare kan användas till de olika processerna inuti växten.
Denna kemiska reaktionen kallas fotosyntes:
Koldioxid + Vatten + Solenergi (ljus) omvandlas till Syre + Socker
Vi ser att fotosyntesen kräver dessutom koldioxid och vatten.
En viktigt produkt av processen är syre.
Det finns förstås andra viktiga ämnen (materia) som är helt nödvändiga för växterna. Växterna behöver t ex fosfor (ingår i kromosomer och i ämnen som transporterar energi) och kväve (ingår i proteinerna).
Kväve finns i marken (nitrater) och vattnet (ammonium) i form av näringsalter. I luften finns kväve i form av kvävgas. Växter tar upp kväve och fosfor som finns lösta i vatten.
Djur: Djur skaffar energi och materia genom födan. När födan spjälkas ner får djuren energi (och värme) som igen kan användas för olika ändamål. Djuren använder den kemisk bundna energin hos sockret som en energikälla.
Denna process kallas cellandning.
Socker + Syre omvandlas till Koldioxid + Vatten + Energi
Växter producerar syre som är livsviktig för djur. Växter kan dessutom producera kemisk bunden energi direkt ifrån solen. Därför kallas växter för producenter
Djur kan delas till växtätare (herbivorer) eller köttätare (karnivorer). Djur är alldeles beroende av den energi som finns i växter och andra djur. Djur måste äta växter eller/och andra djur för att kunna överleva. Därför kallas djur för konsumenter.
Djur kan äta olika växter eller äta andra djur och varje naturområde (ett ekosystem) innehåller mängder olika arter av växt och djur. Energin och näringen flödar ifrån den ena arten till den andra och det bildas så kallades en näringsväv. En näringsväv kan innehålla mängder näringskedjor och består av flera trofinivåer.
Den energi som finns alldeles i början av näringskedjan minskar ju högre upp i kedjan den flödar. Låt oss säga att en växt skaffar sig 3000 J ifrån solenergi och näring. En växtätare kommer att få bara en liten bråkdel av denna energi ( cirka 10 % eller 300J), eftersom växten själv behöver använda en del av energin för t ex tillväxt. Av de 300 J blir det kvar cirka 30 J för ett rovdjur som äter växtätaren. Resten (270 J) går ju för att driva många processer inuti växtätaren och för bland annat den tillväxt.
Vi tittar på flera olika exempel.
Sveriges sjöar.
Sverige är ett land med ett enormt stort antal sjöar (över 100 000). I dessa sjöar finns det liv av båda växter och djur. En av den allra viktigaste organism som finns i vattnet är plankton, och fram för allt planktonalger. Plankton är väldigt små organismer (några millimeter eller mindre) som man knappt kan se med blotta ögon. Det finns planktonalger och djurplankton. Planktonalger är mycket viktiga för livet i sjön, eftersom de är producenter. De tillför syre till vattnet genom fotosyntesen och de är dessutom en föda för konsumenter högre upp i näringskedjan (som t ex djurplankton).
Tillgången på syre:
Syre är ett livsviktigt ämne för de allra flesta konsumenter. Djur kan inte leva utan syre, varken på land eller i vatten. Sjöarna får syre, delvis från planktonalgernas fotosyntes, och dels från luften. När det blåser blandas luft med vatten och syre förs till vattnet.
Syretillgången minskar med djupet, dvs botten är syrefattig och ytvatten är syrerikt.
Tillgången på ljus:
Växtplankton (planktonalger) behöver ljus för sin fotosyntes. Men ljuset kan inte alltid tränga igenom mot botten. Ljuset avtar med djupet. Vid ett visst djup (kallas kompensationsnivå) kan inte längre några växter överleva. Djupare lever bara djur och bakterier som lever på döda organismer som sjunker ned från de övre vatten lagren.
Tillgång på näring:
Organismer som lever i sjön behöver närsalter som t ex kväve och fosfat. Näringstillgången beror mest på jordarten och vegetationen som omger sjön. Gruvkorniga jordar (podsol, morän) med barrskog är ofta näringsfattiga medan brunjordar (finkorniga, leriga) med lövträdskog är näringsrika.
Olika typer av sjöar.
Näringsrika (eutrofa):
· Neutralt pH – värde, ca pH - 7.
· Tät och högvuxen vegetation.
· Jordbruk och ängskogar med lövträd runt omkring.
· Mycket plankton och fågelliv.
· Kompensationsnivån 3 – 15 meter.
· Bottnarna stinker av svavelväte.
· Dåligt med syre, särskilt i botten.
Näringsfattiga (oligotrofa):
· Surrare vatten, pH – 6 eller mindre.
· Gles strandvegetation.
· Barrskogar (hedskogar) runt omkring.
· Kompensationsnivån 15 – 75 meter.
· Lite plankton.
· Gott om syre i hela sjön.
· Vattnet är klart.
Humösa sjöar (brunvattensjöar):
· Mycket sura, pH – 4,5.
· Gles vegetation (ofta flytande blad – näckros).
· Barrskogar och stora myrmarker runt omkring.
· Lite plankton.
· Kompensationsnivån 3 –15 meter p.g.a. humusämnena.
· Vattnet är brunt.
Varje levande varelse är en organism, t ex växter och djur. Alla organismer behöver materia och energi för att leva, växa och fortplanta sig.
Materia, dvs olika ämnen, behövs för att bygga upp olika organiska föreningar som organismerna består av. En växt tar enkla föreningar ur luften, marken eller vattnet, medan djur genom födan.
Organismerna behöver energi för att kunna driva fram många av de processer som sker inuti deras kropp. Många kemiska processer kräver energi.
Växter: Växter har en stor fördel jämfört med djur. De kan få sin energi direkt ur solen. Solenergi omvandlar inuti (de gröna) växterna till en kemisk bunden energi (socker), och den senare kan användas till de olika processerna inuti växten.
Denna kemiska reaktionen kallas fotosyntes:
Koldioxid + Vatten + Solenergi (ljus) omvandlas till Syre + Socker
Vi ser att fotosyntesen kräver dessutom koldioxid och vatten.
En viktigt produkt av processen är syre.
Det finns förstås andra viktiga ämnen (materia) som är helt nödvändiga för växterna. Växterna behöver t ex fosfor (ingår i kromosomer och i ämnen som transporterar energi) och kväve (ingår i proteinerna).
Kväve finns i marken (nitrater) och vattnet (ammonium) i form av näringsalter. I luften finns kväve i form av kvävgas. Växter tar upp kväve och fosfor som finns lösta i vatten.
Djur: Djur skaffar energi och materia genom födan. När födan spjälkas ner får djuren energi (och värme) som igen kan användas för olika ändamål. Djuren använder den kemisk bundna energin hos sockret som en energikälla.
Denna process kallas cellandning.
Socker + Syre omvandlas till Koldioxid + Vatten + Energi
Växter producerar syre som är livsviktig för djur. Växter kan dessutom producera kemisk bunden energi direkt ifrån solen. Därför kallas växter för producenter
Djur kan delas till växtätare (herbivorer) eller köttätare (karnivorer). Djur är alldeles beroende av den energi som finns i växter och andra djur. Djur måste äta växter eller/och andra djur för att kunna överleva. Därför kallas djur för konsumenter.
Djur kan äta olika växter eller äta andra djur och varje naturområde (ett ekosystem) innehåller mängder olika arter av växt och djur. Energin och näringen flödar ifrån den ena arten till den andra och det bildas så kallades en näringsväv. En näringsväv kan innehålla mängder näringskedjor och består av flera trofinivåer.
Den energi som finns alldeles i början av näringskedjan minskar ju högre upp i kedjan den flödar. Låt oss säga att en växt skaffar sig 3000 J ifrån solenergi och näring. En växtätare kommer att få bara en liten bråkdel av denna energi ( cirka 10 % eller 300J), eftersom växten själv behöver använda en del av energin för t ex tillväxt. Av de 300 J blir det kvar cirka 30 J för ett rovdjur som äter växtätaren. Resten (270 J) går ju för att driva många processer inuti växtätaren och för bland annat den tillväxt.
Vi tittar på flera olika exempel.
Sveriges sjöar.
Sverige är ett land med ett enormt stort antal sjöar (över 100 000). I dessa sjöar finns det liv av båda växter och djur. En av den allra viktigaste organism som finns i vattnet är plankton, och fram för allt planktonalger. Plankton är väldigt små organismer (några millimeter eller mindre) som man knappt kan se med blotta ögon. Det finns planktonalger och djurplankton. Planktonalger är mycket viktiga för livet i sjön, eftersom de är producenter. De tillför syre till vattnet genom fotosyntesen och de är dessutom en föda för konsumenter högre upp i näringskedjan (som t ex djurplankton).
Tillgången på syre:
Syre är ett livsviktigt ämne för de allra flesta konsumenter. Djur kan inte leva utan syre, varken på land eller i vatten. Sjöarna får syre, delvis från planktonalgernas fotosyntes, och dels från luften. När det blåser blandas luft med vatten och syre förs till vattnet.
Syretillgången minskar med djupet, dvs botten är syrefattig och ytvatten är syrerikt.
Tillgången på ljus:
Växtplankton (planktonalger) behöver ljus för sin fotosyntes. Men ljuset kan inte alltid tränga igenom mot botten. Ljuset avtar med djupet. Vid ett visst djup (kallas kompensationsnivå) kan inte längre några växter överleva. Djupare lever bara djur och bakterier som lever på döda organismer som sjunker ned från de övre vatten lagren.
Tillgång på näring:
Organismer som lever i sjön behöver närsalter som t ex kväve och fosfat. Näringstillgången beror mest på jordarten och vegetationen som omger sjön. Gruvkorniga jordar (podsol, morän) med barrskog är ofta näringsfattiga medan brunjordar (finkorniga, leriga) med lövträdskog är näringsrika.
Olika typer av sjöar.
Näringsrika (eutrofa):
· Neutralt pH – värde, ca pH - 7.
· Tät och högvuxen vegetation.
· Jordbruk och ängskogar med lövträd runt omkring.
· Mycket plankton och fågelliv.
· Kompensationsnivån 3 – 15 meter.
· Bottnarna stinker av svavelväte.
· Dåligt med syre, särskilt i botten.
Näringsfattiga (oligotrofa):
· Surrare vatten, pH – 6 eller mindre.
· Gles strandvegetation.
· Barrskogar (hedskogar) runt omkring.
· Kompensationsnivån 15 – 75 meter.
· Lite plankton.
· Gott om syre i hela sjön.
· Vattnet är klart.
Humösa sjöar (brunvattensjöar):
· Mycket sura, pH – 4,5.
· Gles vegetation (ofta flytande blad – näckros).
· Barrskogar och stora myrmarker runt omkring.
· Lite plankton.
· Kompensationsnivån 3 –15 meter p.g.a. humusämnena.
· Vattnet är brunt.
Markens kretslopp:
Steg 1: Eruptiva (magmatiska) bergarter bildas genom att smält eller halvsmält magma
strömmar ut från jordens heta inre vid vulkanutbrott eller mellan sprickor
i jordskorpan.
Steg 2: Så fort nytt berg har bildats och stelnat börjar det brytas ned till lera, grus och
stenar -kallas för vittring.
Dessa små bitar och sand transporteras mot slätter och hav med hjälp av vind
och vatten – kallas för erosion.
Till slut lägger jorden sig till vila i olika lager, dvs sediment.
När mer jord lagras ovanpå tidigare sediment (lager) packas det ihop och bildar
s.k Sedimentära bergarter.
Steg 3: När mer material lagras ovanpå gammalt, kan sedimenten tryckas nedåt mot
den varma manteln. Den sedimentära bergarten kan då smälta på grund av
hög temperatur och ge upphov till metamorfa (omvandlande) bergarter.
Steg 4: De metamorfa bergarterna kan pressas upp till jordytan och stelna.
De kan också hamna ännu djupare ned i jordens inre, där de smälter
och bildar utgångsmaterial för nya magmatiska bergarter.
Magmatiska = Eruptiva Vulkanutbrott
Sediment = Lager
Metamorf = Omvandling
Vattnets kretslopp.
Vattnets kretslopp (den hydrologiska cykeln) – utbyte av vatten mellan hav, atmosfär och land.
Sveriges yta täcks av vatten i 10 % av ytan.
