8 Energia

FY02 Fysiikka, ympäristö ja yhteiskunta

Energia

  • Energia on keskeinen käsite fysiikassa
    • Kyky tehdä työtä, lämmittää tai luoda järjestystä
    • Energia on jotain, mikä säilyy, vaikka se siirtyisi ja muuttaisi muotoaan
  • Energian säilymislaki:
    • Eristetyssä systeemissä kokonaisenergian määrä ei muutu
    • Energia voi kuitenkin muuttua muodosta toiseen
  • Energia jaotellaan eri muotoihin sen luonteen mukaan
    • Sitoutuneena liikkeeseen tai vuorovaikutukseen
  • ​Merkitään E, perusyksikkö on J (joule)
    • Usein käytetään myös yksikköjä Wh, kWh tai kcal
    • Muuntokertoimia: 1 kWh = 3,6 MJ, 1 kcal = 4,1868 kJ

Mikä seuraavista kuluttaa tai vapauttaa eniten ja mikä vähiten energiaa:

a) kännykän lataus tyhjästä täyteen, b) kahvin (1 l) keittäminen, c) juokseminen nopeudella 8 km/h vai d) 100 g suklaapatukan syöminen?

Kännykän lataus tyhjästä täyteen:

E = Pt = 20 \ \text W \cdot 2 \cdot 3600 \ \text s = 144 \ 000 \ \text J \approx 140 \ \text {kJ}

Kahvin keittäminen:

E = cm \Delta T = 4,19 \ \frac{\text {kJ}}{\text {kg} \degree \text C} \cdot 1 \ \text {kg} \cdot 80 \ \degree \text C = 335 \ 200 \ \text J \approx 340 \ \text {kJ}
E = Pt = 2100 \ \text W \cdot 3 \cdot 60 \ \text s = 378 \ 000 \ \text J \approx 380 \ \text {kJ}

Suklaapatukan energiasisältö:

E = 100 \ \text g \cdot \frac{500 \ \text {kcal}}{100 \ \text g} \cdot 4190 \ \frac{\text {J}}{\text {kcal}} = 2 \ 095 \ 000 \ \text J \approx 2 \ 100 \ \text {kJ}

Juokseminen nopeudella 8 km/h:

E = \frac{1}{2} mv^2 = \frac{1}{2} \cdot 60 \ \text {kg} \cdot (\frac{8}{3,6} \ \frac{\text m}{\text s})^2 = 148,148 \ \text J \approx 150 \ \text {J}

Energialajit

Energialaji Missä esiintyy
Liike-energia Liikkuvissa kappaleissa
Potentiaalienergia (painon / sähköinen / jousen potentiaalienergia) Kappaleen asemaan liittyvä energialaji
Pyrkii palauttamaan kappaleen alimpaan potentiaalienergiatilaan
Kemiallinen energia Varastoituneena kemiallisiin sidoksiin
Ydinenergia Varastoituneena atomiytimiin
Sisäenergia Aineen sisällä (kaikessa aineessa)
Säteilyenergia Sähkömagneettinen säteily (esim. valo, lämpö, radioaallot)

Pohdi kaverin kanssa

Paperilapuilla on eri energialajeja.

 

Luokittele ne sen mukaan onko kyseessä vapaa vai sidottu energialaji.

 

Vapaa energialaji on käytettävissä heti, kun taas sidottu energia pitää ensin muuttaa toiseen muotoon.

Vapaat energialajit

  • Säteilyenergia
  • Liike-energia

Sidotut energialajit

  • Potentiaalienergia
  • Ydinenergia
  • Kemiallinen energia
  • Sisäenergia

Energialajien luokittelu

Pohdi kaverin kanssa

Paperilapuilla on eri energialähteitä.

 

Tehtävä 1: Luokittele ne sen mukaan onko kyseessä uusiutuva vai uusiutumaton energialähde.

 

Tehtävä 2: Luokittele energialähteet sen mukaan, onko energialähteen energia alunperin peräisin Auringosta vai ei.

Uusiutuvat energialähteet

Uusiutumattomat energialähteet

  • Hiili
  • Öljy
  • Maakaasu
  • Turve
  • Uraani

Energialähteiden luokittelu

  • Aurinko
  • Vesi
  • Tuuli
  • Biomassa
  • Maalämpö
  • (Geoterminen lämpö)