Bogen er udarbejdet af ELFOR, Elselskaberne i Danmark, i samarbejde med Elsparefonden.

Transkript

1

2

3 Bogen er udarbejdet af ELFOR, Elselskaberne i Danmark, i samarbejde med Elsparefonden. Bogen er tilegnet landets skoleelever og deres lærere samt elselskabernes energirådgivere. Bogen er udviklet i samarbejde med Danmarks Fysikog Kemilærerforening. ELFORs marketingkoordinatorer, Dorte Lindholm og Thomas Lykke Pedersen, har været projektledere. Design, grafisk tilrettelæggelse og produktion: Resenbro + Partners a/s Tryk: Special-Trykkeriet Viborg a-s Udgivet i 2003, 2. oplag Bogen er trykt på Multiart Silk, som er produceret efter EMAS miljøstandard. Trykkeriet er ligeledes EMAS-miljøcertificeret. Oplag: ISBN

4 Indhold Forord 7 Kapitel 1 Opdagelsen af elektriciteten 8 Kapitel 2 Elektriciteten vinder frem 12 Kapitel 3 Fra batterier til lys 14 Kapitel 4 Magnetisme 18 Kapitel 5 Dynamoen 22 Kapitel 6 De store opfindelsers tid 24 Kapitel 7 Fra dynamo til elektromotor 28 Kapitel 8 Det industrielle gennembrud 32 Kapitel 9 Fra kulbuelampe til glødepærer 34 Kapitel 10 Og der blev lys 36 Kapitel 11 Lys over land 39 Kapitel 12 Vekselstrøm eller jævnstrøm 40 Kapitel 13 Danmarks elværker 42 Kapitel 14 Elektricitet i samfundet 46 Kapitel 15 Modstand 50 Kapitel 16 Velfærdsdanmark opstår 52 Kapitel 17 Danmarks olie 54 Kapitel 18 CO 2 -udledning 58 Kapitel 19 Transporten og CO 2 62 Kapitel 20 Boligen og CO 2 64 Kapitel 21 Alternative energiformer 68 Kapitel 22 Kroppens energiforbrug 72 Kapitel 23 Elforbrug i køkkenet 75 Kapitel 24 Fremtiden 78 Indeks 80 Tidslinje 82 Franklin beviste ved hjælp af en drage, at lyn er elektriske (side 13). Edisons første glødepærer kunne kun brænde i 13 timer (side 34). En velfungerende infrastruktur er en hård belastning for miljøet (side 62). 5

5 6

6 Forord Velkommen til Bogen om Energien en kronologisk beretning om elektricitetens historie. Bogen begynder med at beskrive livet før elektriciteten og slutter med at se på fremtidens samfund. Til hvert kapitel er der knyttet forsøg og opgaver. Bogen er en del af et omfattende undervisningsmateriale, der består af Bogen om Energien, Den naturlige gas Bogen om Energien 2, en lærervejledning, rollespil, SparOmetre (elmålere), interaktive forsøg samt et real-time strategi-computerspil, Kampen om Energien, der kan spilles på projektets hjemmeside, Du kan også få adgang til spillet via det lokale elselskabs hjemmeside. I lærervejledningen findes desuden supplerende opgaver og forsøg. Ud over at fremme brugen af nye læringsprincipper (og opnåelsen af de faglige mål) er det elselskabernes og Elsparefondens håb, at undervisningsmaterialet kan bidrage til, at elever, lærere og elevernes familier får en bedre forståelse af samfundets energiforbrug samt en generel øget viden om el, energi og energibesparelser. Bogen om Energien skal være med til at skabe en øget bevidsthed om samfundets svindende energiressourcer og dermed bruges til at stille skarpt på elforbruget hjemme hos eleverne og deres forældre. Dette skulle gerne medvirke til at skabe gode og miljøvenlige energivaner hos fremtidens forbrugere. Rigtig god fornøjelse! 7

7 KAPITEL 1 Opdagelsen af elektriciteten Opdagelsen af elektriciteten Før elektriciteten Næsten alt, hvad vi kan tænde for, er drevet af elektricitet og magnetisme. Det er ikke noget, vi tænker over, når vi bruger det til daglig, men det har taget flere hundrede år for opfindere og forskere at nå til et punkt, hvor vi bare kan tænde for lys, fjernsyn og støvsugeren. Interessen for det elektriske går langt tilbage i tiden. Før man kom så vidt, at elektricitet var noget, der kunne bruges som energikilde, var interessen for elektriciteten drevet af videnskabsmændenes forundring over fænomenet statisk elektricitet. Der har altid eksisteret elektricitet på jorden og i rummet. Magnetisme opdagede man allerede i den græske oldtid da en bestemt jernmalm, som man fandt i byen Magnesia i Lilleasien, kunne tiltrække små jernstykker. Jernmalm er en stenart som kaldes magnetjernsten. 8

8 KAPITEL 1 9

9 KAPITEL 1 Opdagelsen af elektriciteten Statisk elektricitet Opdagelsen af eller rettere interessen for statisk elektricitet går langt tilbage i tiden. I 1500-tallet udførte William Gilbert ( ) forsøg, hvor han gjorde ravstykker elektriske ved at gnide på dem. Hvor de gamle grækere allerede før vores tidsregning havde filosoferet over disse kræfter, gik Gilbert naturvidenskabeligt til værks. Han prøvede at gnide på andre materialer og fandt nogle, der havde samme egenskab som ravstykkerne. Først omkring år 1800 konstruerede italieneren Alessandro Volta et simpelt apparat en elektrofor der kunne opnå stor spænding ved gnidning mod et isolerende materiale. Statisk elektricitet eller gnidningselektricitet opstår, når to materialer gnides mod hinanden. Herved overføres der elektroner fra det ene materiale til det andet. Betegnelsen statisk hentyder til, at det er en elektrisk ladning, der ikke er i bevægelse. I de tilfælde, hvor der tilføres elektroner, vil materialet blive negativt ladet, og i de tilfælde, hvor der fjernes elektroner, vil det blive positivt ladet. Ladningerne kan udløses, ved at de kommer i kontakt med materialer, der indeholder overskud af den modsatte ladning. Hvis materialerne indeholder overskud af den samme ladning, vil man opleve, at de frastøder hinanden. Man kan også opleve overraskende tiltrækninger, som fx når man gnider en ballon mod sit hår, og ballonen derefter kan sidde fast i loftet! De fleste har oplevet at få stød ved at røre ved et dørhåndtag. Det skyldes, at man selv er blevet ladet op med en stor mængde elektroner ved at gå på et gulvtæppe, der afgiver elektroner til sålerne på skoene. Der sker så en afladning, når man rører ved metal. Lyn opstår efter en større opladning af elektroner i skyerne. Når den elektriske forskel mellem skyerne indbyrdes bliver stor, kan der springe gnister (lyn) mellem skyerne. Hvis forskellen mellem skyer og jordoverfladen bliver tilstrækkelig stor, springer der på samme måde lyn mellem skyer og jord. 10

10 KAPITEL 1 Lærerdemo: Elektrisk opladning Du skal bruge: Generator Metalgitter Sæbebobler Evt. lysstofrør Med Van Der Graffs generator kan vi oplade et metalgitter med en stor mængde elektroner ved at lade et gummibånd glide over en plexiglasstang. Med en metalgenstand kan vi nu trække lyn fra gitteret. Se gnisten, der springer, hvis du laver samme opstilling som på tegningen. Prøv, om den elektriske ladning er stor nok til at få et lysstofrør til at lyse svagt. Sæt den ene ende af lysstofrøret til gitteret, og hold den anden ende i hånden (sæt røret til gitteret, inden du starter generatoren). Prøv også at blæse sæbebobler ud over maskinen, når den kører og se, hvordan de opfører sig. FAKTA PERSONGALLERI Elektricitet og elektroner Ordet elektricitet er afledt af det græske ord elektron, som betyder rav. Ordet elektron bruger vi i dag om små negativt ladede partikler. Allerede de gamle grækere havde før vores tidsregning opdaget, at der skete noget mystisk, når man gned et stykke rav mod en ulden klud. Så kunne ravet nemlig tiltrække en fjer. William Gilbert ( ) Britisk fysiker, der fandt, at der måtte være et magnetfelt om jorden på samme måde som omkring en kompasnål. Han var den første, der brugte ord såsom elektrisk tiltrækning og magnetiske poler. Van Der Graff ( ) Amerikansk fysiker, der i 1930 opfandt generatoren, der kan frembringe statisk elektricitet i stor målestok. Alessandro Volta ( ) Italiensk fysiker, der er mest kendt for sin opdagelse af, at hvis man anbringer en sølvplade og en zinkplade i et glas med saltvand, uden at de rører hinanden, kan der ske en ionvandring i glasset. Hermed løber der en elektrisk strøm princippet bag nutidens batterier. Måleenheden volt for spændingsforskel er opkaldt efter Volta. 11

11 KAPITEL 2 Elektriciteten vinder frem Elektriciteten vinder frem En hverdag uden elektricitet Det kan være svært at forestille sig en tid, hvor der ikke fandtes elektricitet. Men en morgen i 1820 startede i hvert fald uden vækkeur. Når man kom ud af sengen, var der koldt, men man blev hurtigt vågen af at vaske sig i det iskolde vand, som mor havde hentet fra brønden i gården. Heldigvis var der varmt i køkkenet, for her havde mor tændt op på ildstedet, så hun kunne koge grød. Måske kom der lidt månelys ind gennem vinduerne, men ellers var det eneste lys i køkkenet en tælleprås (en slags stearinlys) på spisebordet. PERSONGALLERI Benjamin Franklin ( ) Amerikaner, som ved hjælp af en drage i 1752 beviste, at et lyn var en elektrisk udladning fra skyerne. Pietr van Musschenbroek ( ) Hollænder, der i 1745 opdagede, at man kunne gemme statisk elektricitet i et glas belagt med metalfolie. Da dette foregik på Leyden Universitet, blev glasset kaldt for en leydnerflaske. Luigi Galvani ( ) Mente, at der var elektrisk aktivitet i animalsk væv (frølår) i Dette inspirerede Volta til at lave et batteri og fordi Galvani var idemanden bag Voltas batteri, kaldte han det for et galvanisk element. På landet var de fleste selvforsynende frem til omkring Det betød, at de selv producerede mad, tøj og møbler. Værktøj og køretøjer bestilte de hos den lokale smed, og de kom kun til byen for at købe noget helt specielt som fx et pænt sæt søndagstøj hos skrædderen eller et ur hos urmageren. Man havde i århundreder været vant til, at det eneste kunstige lys kom fra ild, og al transport over land foregik gående eller med heste. Når man arbejdede, brugte man heste eller mennesker til trækkraft, hvor det ikke var muligt at bruge vandkraft eller vindmøller. Maskiner blev kun brugt til de hårdeste arbejdsopgaver som fx ved kornmøller, papirmøller, savemaskiner, slibemaskiner og maskindrevne hammere. Starten på industrialiseringen I byerne var man i stigende grad begyndt at se maskinproduceret klæde, og langsomt begyndte de første fabrikker at dukke op, også i Danmark. På fabrikkerne blev mange nye arbejdsopgaver udført på maskiner, som blev trukket af en stor dampmaskine. Dampmaskinerne havde eksisteret lige siden slutningen af 1700-tallet, men det var først nu, i midten af 1800-tallet, at de var begyndt at blive udbredt i Danmark. Til at starte med var det kun de store fabrikker, der havde råd til de dyre maskiner, som skulle være i drift hele tiden for at kunne betale sig. Mens dampmaskinerne langsomt begyndte at ændre produktion og samfund, fik de opfindere og forskere til at tænke i nye baner og forestille sig et samfund, hvor mennesket ikke var så afhængigt af sol og vind. Trolden tæmmes Selvom statisk elektricitet var kendt tilbage fra de gamle grækere, kendte man ikke forklaringen på fænomenet 12

12 KAPITEL 2 og man vidste slet ikke, hvad man skulle bruge det til. Fra slutningen af 1600-tallet begyndte flere forskere at eksperimentere med maskiner, der kunne producere statisk elektricitet. I 1746 fandt hollænderen Pietr van Musschenbroek ud af, at man kunne gemme statisk elektricitet i et syltetøjsglas belagt med sølvpapir indvendig og udvendig. Det blev kendt som en leydnerflaske. Seks år senere udførte amerikaneren Benjamin Franklin sit berømte forsøg med en drage, han sendte op i luften, lige før det blev stormvejr. Da en tordensky fløj forbi, ledte dragesnoren strøm fra skyen ned til en nøgle, hvorfra der sprang en gnist. Han havde dermed vist, at lyn var elektricitet. Både i Amerika og i de fleste europæiske lande var flere opfindere og forskere i gang med yderligere elektriske eksperimenter. Italieneren Luigi Galvani eksperimenterede i 1786 med elektricitet i forbindelse med døde frøer og konstruerede et simpelt batteri med to stykker metal, som kunne få et frølår til at spjætte, når de rørte ved det. Få år senere fandt hans landsmand Alessandro Volta ud af, at den samme type strømproducerende element kunne konstrueres med to stykker metal forbundet med en ledning og adskilt af saltvand. Han fandt desuden ud af, at hvis man satte flere af disse elementer i serie, kunne man øge den elektriske spænding. Volta opfandt således batteriet, men kaldte det det galvaniske element til ære for Galvani. Hans batteri med en stak metalstykker med stof imellem dyppet i saltvand kaldes en voltasøjle. 13

13 KAPITEL 3 Fra batterier til lys Fra batterier til lys De første batterier Galvanis og Voltas opdagelser i slutningen af 1700-tallet var grundlaget for de første batterier, som blev kaldt galvaniske elementer. Alkalinebatterierne, som er de mest almindelige i dag, blev først opfundet i 1950 erne. I et batteri udnytter man, at der kan opstå en spændingsforskel imellem metaller, og at dette kan forårsage en ionvandring mellem de to metaller. Forudsætningen for at lave et batteri er altså, at der er et stof, der indeholder mange ioner imellem metalpladerne. FAKTA Ioner En simpel ion er et atom, der enten har mistet eller fået én eller flere elektroner i forhold til det oprindelige antal. Atomet bliver så henholdsvis positivt og negativt ladet. Batterier kender du fra mange ting i din dagligdag. De findes i musikanlæg, biler, både, ure, telefoner m.m. I forsøget på side 17 skal du lave et batteri, der jo egentlig er en transportabel strømforsyning. Elektriske kredsløb Strøm skal være i et kredsløb for at kunne bruges. Man kan ikke forestille sig, at en ledning bare står og sender strøm ud i den tomme luft. Et kredsløb med jævnstrøm består af en pluspol og en minuspol og en energimodtager imellem dem, der kan bruge strømmen. Dette svarer til en cykelkæde, hvor trykket på pedalerne sammen med forholdet (gearet) mellem det forreste og det bageste tandhjul svarer til spændingsforskellen (volt). Kæden virker kun, hvis den når hele vejen rundt om begge tandhjul, og der skal være en energimodtager (baghjulet), for at cyklen kan køre. Hvis der i en strømkreds kommer flere eller større energimodtagere, vil strømstyrken/amperetallet stige. I tilfældet med cyklen svarer det til, at man må træde hårdere i pedalerne, hvis man skal trække en anhænger. Parallelle eller serielle kredsløb Vi skelner mellem parallelle og serielle kredsløb. I parallelle kredsløb er hver energimodtager sluttet direkte til strømkildens to poler, og alle energimodtagerne modtager derfor den strømstyrke, de har Sikke du slider i det men du skal jo også bruge flere ampere end jeg, fordi du har cykeltraileren med. 14

14 KAPITEL 3 15

15 KAPITEL 3 Fra batterier til lys behov for uafhængigt af hinanden. I en seriel kreds deles alle energimodtagerne om den samme strømstyrke. Et eksempel på en sådan forbindelse er en gammeldags juletræskæde. Her gik alle pærer ud, hvis én pære sad løs. Det sker ikke ved parallelle forbindelser, som er det, der bruges ved installationer i hjemmet. Elektrisk lys Omkring 1810 udførte englænderen Humphrey Davy en række forsøg med strøm fra galvaniske elementer. Han forbandt en kulstang til hver pol på batteriet og nærmede dem hinanden. Forsøget resulterede i en bue af blændende hvidt lys imellem de to kulspidser. Han brugte kulstænger, fordi kul ikke smelter ved den meget høje temperatur i lysbuen. Hermed havde han opfundet princippet bag det, som senere blev udviklet til kulbuelampen. Elektrisk lys havde store fremtidsmuligheder, men man vidste stadig ikke, hvordan man skulle frembringe større mængder elektricitet. FAKTA PERSONGALLERI Jævnstrøm Ved jævnstrøm forstår man en elektrisk strøm, som til stadighed løber i samme retning, men den behøver ikke at have konstant styrke. Det vil sige, at strømmen hele tiden går i samme retning fra den ene pol til den anden. Dette gælder fx for et batteri. Vekselstrøm Når du laver et forsøg med en spole med jernkerne og en magnet, som du bevæger, så er det vekselstrøm, du laver i spolen. Strømmens retning er bestemt af, hvor der er + og -. Vekselstrøm er en strøm, der skifter retning hele tiden normalt 50 gange i sekundet. Ved vekselspænding skifter polerne hele tiden egenskab (+/-), og dermed skifter strømmen retning. Det er vekselstrøm, vi har i kontakterne. Humphrey Davy ( ) Britisk opfinder af princippet bag kulbuelygten. Han havde i øvrigt en ung mand ved navn Faraday som laboratorieassistent ham hører vi mere til. 16

16 KAPITEL 3 FORSØG Lav et batteri din egen strømforsyning Du skal bruge: Opgave 1 på kopiark Kobberplade Zinkplade 250 ml bægerglas eller specialglas 2 krokodillenæb 2 ledninger Voltmeter Saltopløsning De to metalplader skal placeres i glasset, men først skal overfladerne renses med sandpapir. Lav nu en elektrisk kreds med voltmeteret, og se udslaget. FORSØG Måling af spænding Du skal bruge: Et voltmeter Et amperemeter Først skal du måle spændingsforskellen på strømkilden. Den måles med et voltmeter og skal være på 6 V. Voltmeteret tilsluttes i en parallelforbindelse. Med et amperemeter kan du måle strømstyrken, som angives i ampere. Et amperemeter skal altid anbringes serielt i et kredsløb ellers brænder det sammen, da modstanden i apparatet er meget lille. 17

17 KAPITEL 4 Magnetisme Magnetisme Magnetisme I magnetisme er det sådan, at en positivt ladet genstand tiltrækker en negativt ladet genstand, selvom der er en afstand imellem dem, og de altså ikke rører hinanden. I magnetisme bruger vi begreberne sydpol og nordpol, og her er det sådan, at en sydpol og en nordpol tiltrækker hinanden, mens to nordpoler og to sydpoler frastøder hinanden selv på afstand. Den del af en frit ophængt stangmagnet, der peger mod nord, kaldes nordpolen, og den del, der peger mod syd, kaldes sydpolen. Jorden er nemlig selv en kæmpe magnet med nordpol ved den geografiske sydpol og sydpol ved den geografiske nordpol. Magneten er stærkest ved polerne og svagest, hvor der er størst afstand fra polerne. Magnetisme har været kendt i over 1000 år. Allerede i 1200-tallet brugte kineserne naturlige magneter som kompas. For bedre at kunne beskrive, hvordan to magnetpoler påvirker hinanden på afstand, tænker man sig, at der i rummet omkring en magnet er noget, man kalder et felt. Jo stærkere magnetfeltet er et bestemt sted, desto stærkere vil en anden magnetpol anbragt dér blive påvirket. Feltet kan beskrives ved hjælp af kraftlinjer, som peger i kraftens retning. Jo tættere linjerne ligger, jo større er kraften. En stangmagnet har kraftlinjer, der stråler ud fra nordpolen og til sidst samles i den anden ende, sydpolen. Et magnetfelts styrke måles i tesla, en måleenhed opkaldt efter den serbisk-amerikanske opfinder Nikola Tesla. Elektromagnetisme Der har været forsket i magnetisme lige så længe som i elektricitet, og omkring 1800 begyndte forskerne at tænke over, om der var en sammenhæng imellem disse to typer mystiske kræfter, som begge virker på afstand. En af disse forskere var den danske fysiker og kemiker H.C. Ørsted, og det blev ham, der i 1820 fandt frem til en sammenhæng. Han opdagede nemlig, at en magnet i form af en kompasnål svingede til siden, når han tændte for strømmen FAKTA For magneterne gælder følgende: Sydpol + sydpol = frastøder hinanden Nordpol + nordpol = frastøder hinanden Sydpol + nordpol = tiltrækker hinanden 18

18 KAPITEL 4 i en elektrisk ledning, som han havde spændt ud lige over kompasnålen. H.C. Ørsted anerkendtes nu som den, der havde opdaget sammenhængen mellem elektricitet og magnetisme og derved elektromagnetismen. Han havde vist, at når den elektriske strøm løber i en ledning, bliver der dannet et magnetfelt omkring den. I modsætning til magnetfeltet om en stangmagnet eksisterer magnetfeltet omkring en ledning kun så længe, der løber en strøm. H.C. Ørsteds opdagelse satte gang i en række forskeres eksperimenter med elektricitet og magnetisme. Den franske matematiker André-Marie Ampère (enheden for strømstyrke, ampere, er senere blevet opkaldt efter ham) brugte matematiske formler til at beskrive forholdet mellem elektricitet og magnetisme, og englænderen Michael Faraday fandt ud af, at når man bevæger en metalring i et magnetfelt, opstår der en elektrisk strøm i ringen, så længe bevægelsen foregår. PERSONGALLERI Nikola Tesla ( ) Serbisk-amerikansk opfinder af vekselstrømsgeneratoren (1882) til brug i huse. Opfandt også det første elektricitetsværk, der kunne køre på vandkraft. Han havde store planer om at udnytte Victoria Falls til vandkraft! André-Marie Ampère ( ) Måleenheden ampere er opkaldt efter ham. Han var fransk fysiker, professor og generalinspektør for universiteterne i Frankrig. Michael Faraday ( ) Britisk fysiker, der indførte kraftlinjebegrebet til beskrivelse af elektriske og magnetiske fænomener. I 1831 opdagede han, at der induceredes en spænding, når han bevægede en magnet i forhold til en oprullet leder, en spole. Det kaldes induktion og var grundlaget for, at han kunne frembringe elektricitet ved hjælp af mekanisk bevægelse, og dermed grundlaget for, at der kunne laves elgeneratorer. H.C. Ørsted ( ) Dansker, der anerkendes som opdageren af elektromagnetismen. Ørsted havde en farmaceutisk uddannelse og blev i 1806 professor ved Københavns Universitet. Det var han til 1829, hvor han var hovedmanden bag oprettelsen af Polyteknisk Læreanstalt, nu Danmarks Tekniske Universitet. Her var han direktør frem til sin død. Så egentlig var det en kemiuddannelse, der førte frem til en af fysikkens store opdagelser. Det var under en forelæsning i 1820, at han først opdagede, hvordan hans kompas blev påvirket af en strømførende ledning, der var ført hen over kompasset. Som datidens videnskabsmænd rejste han til England og så, hvordan man arbejdede med naturfag. Det inspirerede ham til at danne Selskabet for Naturlærens Udbredelse (SNU) i 1824, og han var medvirkende til, at naturfag blev indført i skolerne. Ørsted var en mand med et nordisk sind, og han indførte en række nye danske ord såsom ilt (i stedet for oxygen), brint (hydrogen) og sammensatte ord som vægtfylde og varmefylde. 19

19 KAPITEL 4 Magnetisme FORSØG: Flyt kompasnålen Du skal bruge: 6 V strømforsyning 3 ledninger Kontakt Kompasnål Kompasnålen er en magnet, der påvirkes af jordens magnetfelt. Nordpolen på kompasnålen (magneten) peger mod den geografiske nordpol. Du skal nu prøve at få kompasnålen til at bevæge sig i forhold til ledningen, men tilslut kun strømmen kortvarigt ellers bliver ledningerne så varme, at du kan brænde dig! Prøv at forklare dine resultater ved at forestille dig et magnetfelt rundt om ledningen. Hvordan går kraftlinjerne? Prøv at lave en løkke på ledningen. Læg mærke til, at kompasnålen reagerer forskelligt, alt efter hvordan du vender løkken. Prøv nu at lave flere løkker (vindinger) på ledningen. Er der forskel på kompasnålens reaktion? Af forsøget kan man udlede, at der er en sammenhæng mellem magnetisme og elektricitet. Højrehåndsreglen Grib med højre hånd om ledningen, så tommelfingeren peger i strømmens retning fra plus til minus. Fingerspidserne vil da peger i magnetfeltets retning. 20

20 KAPITEL 4 FORSØG: Den bevægelige spole princippet bag en elektromotor Du skal bruge: Spole med 400 vindinger 2 ledninger U-magnet Stativ Kontakt 6 V strømforsyning I en bevægelig ledning kan magnetfelter skabe modsatrettede bevægelser, som bliver bestemt af strømmens retning. Man har vedtaget, at strømmen går fra + til -. Hæng en ledning i stativet, således at den hænger frit mellem U-magnetens ben (poler) inde i magnetfeltet. Slut strømmen kortvarigt ved at trykke på kontakten ledningen vil da give et udslag. Udslagets retning kan forudsiges ved hjælp af lillefingerreglen. Hæng ved hjælp af ledningerne spolen i et stativ, så den kan bevæge sig frit omkring U- magnetens ene ben (pol). Slut igen strømmen kortvarigt. I dette tilfælde vil spolen enten blive trukket ind mod magneten eller skubbet væk. Dette forhold er grundlæggende for elektromotorens funktion. Bevægelsens retning kan forudsiges ved hjælp af højrehåndsreglen. Lillefingerreglen Højre hånd lægges med fingerspidserne i strømmens retning fra plus til minus, og samtidig lægges håndfladen mod magnetens nordpol. Når strømmen sluttes, vil ledningen give udslag til lillefingersiden. 21

21 KAPITEL 5 Dynamoen Dynamoen Dynamoen kan sammenlignes med en vekselstrømsgenerator Vores model for en dynamo er i princippet en vekselstrømsdynamo (generator). Hvis vi forestillede os, at stangmagneten kunne dreje rundt i forhold til spolen, så ville vi efter en omdrejning have fået et strømstød i begge retninger. Ved at koble flere spoler sammen omkring magneten kan man udnytte rotationen bedre og opnå en højere spænding. Vi har så den egentlige vekselstrømsgenerator. Ved en hurtigere rotation opnås der højere spænding, men man kan også opretholde en spænding og i stedet øge strømstyrken (amperetallet) ved at gøre magnetfelterne stærkere. Hvis man øger strømstyrken er det altafgørende at ledningerne er tykke. Med en dynamolygte på cyklen leverer du selv strømmen Princippet i en dynamo kan også ses i de gammeldags cykellygter, hvor et lille hjul med riller fastgjort til en drejelig magnet drejer mod forhjulet og dermed laver strøm, når du tramper i pedalerne. Det kan være ret hårdt, og i snesjap kan den ikke rigtig få fat men man slipper da for at løbe tør for batterier. 22

22 KAPITEL 5 FORSØG: Den bevægelige magnet, induktion, princippet bag en dynamo Du skal bruge: Spole med 400 vindinger Jernkerne Amperemeter Stangmagnet Galvanometer 2 ledninger En spole med en jernkerne forbindes til et amperemeter eller et galvanometer. Ved at bevæge magneten over spolen kan der registreres et udslag der laves altså strøm. Vi kan se, at der er sammenhæng mellem magnetens bevægelse og strømmen. Amperemeteret giver nemlig udslag i hver sin retning, alt efter hvilken retning magneten bevæges i. Du udfører i princippet det modsatte af Ørsteds forsøg. Du bevæger nemlig et magnetfelt i forhold til en ledning (spolen). Det var Faradays opdagelse, at et magnetfelt, der bliver bevæget i forhold til en spole, skaber en strøm. Det kaldes induktion. Dette er i princippet det omvendte forsøg af den bevægelige spole. En dynamo er altså i princippet en elektromotor, som ikke tilføres el, men kører ved hjælp af pedalkraft, en mølle eller på anden måde. 23

23 KAPITEL 6 De store opfindelsers tid De store opfindelsers tid Den industrielle revolution H.C. Ørsteds og Faradays resultater dannede grundlaget for både dynamoen og elmotoren. Da det gik op for andre forskere og det omgivende samfund, hvad elektricitet og magnetisme er, gik man i gang med at undersøge, hvordan man kunne udnytte dem. De første maskiner var meget primitive set med vores øjne, men man skal huske på, at for 200 år siden befandt vi os i starten af den industrielle revolution, og maskiner i det hele taget var netop en revolution. Opfindere, forskere og kommercielle interesser fik øjnene op for fordele i at udnytte elektromagnetisme til at trække maskiner og lave strøm. Grundlaget for nutidens kommunikationssamfund Kun ganske kort tid efter Ørsteds forsøg kom den franske forsker Ampère med forslag til at bygge en telegraf baseret på elektromagnetisme. Den første af slagsen blev dog først bygget i 1843 af amerikaneren Samuel Morse. Morse (heraf udtrykket at morse) opfandt i 1838 et system af tegn til kommunikation. Han lavede i 1835 en elektromagnetisk telegraf, men først i 1844 kom han med en funktionel løsning. Telegrafen gjorde, at man kunne kommunikere med hinanden over store afstande, blot skulle der være trukket ledninger. Fra westerns husker du måske billedet af banditterne, der lige cutter forbindelsen, før de røver banken. FORSØG: Send en besked i morse Du skal bruge: Kontakt Lampefatning Pære 6 V / 0,05 A 3 ledninger Lav en elektrisk kreds med en lampefatning og en afbryder. Når du trykker henholdsvis langt og kort på kontakten, kan en anden fra gruppen aflæse korte og lange blink. Prøv at skrive SOS, rødhuderne kommer m.m. A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z Æ Ø Å ?! 24

24 KAPITEL 6 25

25 KAPITEL 6 De store opfindelsers tid FORSØG: Byg en telegraf Du skal bruge: Spole med 400 vindinger Jernkerne Kontakt Polstang Bladfjeder af jern Gummiprop Tape Tusch Timerstrimmel 6 V strømforsyning 4. Med tape fastgøres to stykker timerstrimmel til U-jernkernen, så et langt stykke timerstrimmel kan glide imellem dem og jernkernen. 5. Lav en elektrisk kreds med spolen og afbryderen. 6. Spolen med jernkernen (åget) i stilles under bladfjederen, så den kan tiltrække bladfjederen, når strømmen sluttes til spolen. 7. Ved hjælp af en træklods eller en bog skal du nu indstille U-jernkernen med timerstrimlen, så tuschen kan afsætte prikker og streger, når strømmen tilsluttes, samtidig med at du trækker strimlen frem. Princippet i telegrafen er, at der sendes strømstød af sted gennem ledningerne, ved at en kontakt aktiveres. Hos modtageren aktiverer strømstødene en elektromagnet, der tiltrækker et anker med en farvestift. Farvestiften sætter mærker i form af streger og prikker på en strimmel, der bliver trukket igennem. Du kan lave en telegraf på følgende måde: 1. Fastgør gummiproppen til bladfjederen med tape. 2. Fastgør tuschen til proppen med tape. 3. Montér bladfjederen i polstangen. 26

26 KAPITEL 6 FAKTA Telefonen Den første til at optage og afspille lyd var Edison, der opfandt fonografen (grammofonen) i Allerede i 1860 opfandt Philipp Reis et simpelt apparat, der kunne overføre lyde fra et rum til et andet via en ledning. Men først i 1876 opfandt Graham Bell en elektrisk talemaskine, som kunne sende tale både frem og tilbage: telefonen. De første telefoner hang på væggen. Man talte ind i mikrofonen midt på apparatet og holdt hørerøret, der var forbundet til apparatet med en ledning, tæt ind til øret. Telefonen fik strøm fra et batteri og var desuden udstyret med et håndtag, der skulle drejes rundt et par gange for at gøre centralen opmærksom på, at man ønskede at telefonere og herefter igen, når samtalen var slut. PERSONGALLERI Thomas Alva Edison ( ) Amerikaner, som de fleste kender som opfinderen af glødelampen, men han var flittig. I 1874 præsenterede han en metode inden for telegrafi, der gjorde det muligt at sende fire meddelelser over en enkelt linje. I 1877 fulgte opfindelsen af fonografen (grammofonen), og i 1881 konstruerede han verdens første centrale kraftværk i New York. I 1891 producerede han den første kommercielle biograffilm med 35 mm celluloidfilm med 46 billeder pr. sekund. Under 1. Verdenskrig bistod han den amerikanske hær med en række forundersøgelser over torpedoteknik, flammekastere og periskoper. Philipp Reis ( ) Tysk fysiker, der forskede i transmission af lyd. Han opfandt flere sendere og modtagere og i 1861 tilmed et apparat, han kaldte das Telephon. I den engelske patentansøgning var det blevet oversat til en Reis musical telephone. Ved en senere retstvist vandt Alexander Graham Bell retten til at kalde sit apparat fra 1876 en telefon. Alexander Graham Bell ( ) Skotsk-amerikansk opfinder og talefysiolog. Anerkendes som opfinderen af telefonen i 1876 i en teknisk brugbar form. Han blev inspireret til sin forskning ved arbejdet med at finde hjælpemidler til døve. Samuel Morse ( ) Amerikansk kunstmaler, der var kendt for sine miniatureportrætter. Hans store interesse for den nye elektricitet inspirerede ham til at udvikle et system af punktummer og streger: morsesystemet. 27

27 KAPITEL 7 Fra dynamo til elektromotor Fra dynamo til elektromotor Elektriciteten afløser damp i maskiner I 1843 tegnede danskeren Søren Hjort en skitse af en elektromagnetisk maskine en tidlig elmotor. Han søgte om midler og byggede sin maskine efter samme princip som en stempeldampmaskine, men hvor elektriciteten trækker maskinen i stedet for damp, fordi cylindre og stempler er elektromagneter. Maskinen blev præmieret i London på den første verdensudstilling i 1851, men da der endnu ikke var nogen tilstrækkelig strømforsyning, udeblev succesen. Hjort gik derfor i gang med at udvikle en selvmagnetiserende maskine. Når støbejern bliver magnetiseret af en magnet, bevarer det en del magnetisme. Ved at dreje elektromagneter forbi et støbejernsanker kan maskinen således magnetisere sig selv op. Princippet kaldes det dynamoelektriske, og Hjort var den første til at beskrive det. Desværre kunne Hjort ikke skaffe kapital nok til at igangsætte en produktion, og projektet gik derfor i glemmebogen. I 1866 udviklede tyskeren Werner Siemens sin første elektrodynamiske maskine eller dynamo efter samme princip, og i 1870 erne udviklede belgieren Zenobe Gramme en række forbedrede dynamoer, som blev produceret i Frankrig og solgt over hele verden. PERSONGALLERI Søren Hjort ( ) Søren Hjort var jurist og formand for Industriforeningen. I 1843 tegnede han en elektromagnetisk maskine (elmotor) og sendte tegningen ind til Det Kgl. Videnskabernes Selskab. Fem år efter fik han på H.C. Ørsteds anbefaling støtte fra Handelsministeriet til at rejse til England for at udvikle motoren. Maskinen blev bygget, han udtog engelsk patent i 1849 og viste maskinen på verdensudstillingen i London i Det var en succes, men da der ikke var en tilstrækkelig udviklet strømforsyning i samfundet til hans maskine, udviklede han en selvmagnetiserende dynamo, som han tog patent på i Werner von Siemens ( ) Tysker, som opfandt mange elektriske apparater og grundlagde den store industrikoncern Siemens AG. Han havde stor betydning for telegraf og telefoni. Zenobe Gramme ( ) Fransk opfinder af grammedynamoen (en jævnstrømsgenerator) i

28 KAPITEL 7 FORSØG: Elektromotoren Du skal bruge: Jernkerne Spole med 400 vindinger Rotor Polvender 2 lameller 2 isolerede polstænger 2 stangmagneter 3 bordklemmer 2 stænger 4 muffer 2 klemmer 10 V strømforsyning Ved de tidligere forsøg har du set, at der er et magnetfelt omkring en ledning eller en spole, når der løber strøm i den. Ligesom du har set, at magnetfeltets styrke afhænger af strømstyrke, jernkerne og antal vindinger på spolen. Den viden skal vi nu bruge for at kunne bygge en simpel elektromotor. Den elektriske motor består af to sæt magneter, et stationært sæt af permanente magneter og en elektromagnet med en kerne af blødt jern, der frit kan bevæges. Magneterne skal placeres i et bestemt for hold, nemlig sådan at de bevægelige (elektriske) magneter ikke kan finde hvile. De skal hele tiden blive frastødt og tiltrukket af de stationære magneter. Følg anvisninger og tegninger på kopiarket, og besvar spørgsmålene på arket. Kan du allerede nu forudsige, hvilken vej den vil køre? Nævn eksempler på elmotorer. 29

29 KAPITEL 7 Fra dynamo til elektromotor 30

30 KAPITEL 7 Forsøg: Elmotor som dynamo Du skal bruge: Dynamo med mølle 2 ledninger Fatning 0,3 W pære Lav en vindmølle eller en vandmølle af træ, papir, plastic eller pap. Hvis du vil lave en vandmølle, så vælg et materiale, der kan tåle vand, eller beklæd den med tape. Lav møllen, så der er plads i midten af den til at lave et hul, hvor du kan sætte den fast på dynamoen med en god tape. Når du har fået sat din mølle fast på en dynamo, sætter du den i kredsløb med pæren. Få nu lampen til at lyse ved at tilføre dynamoen energi fra møllen. Du ser her, hvordan man kan producere elektricitet ved vandets eller vindens hjælp. FAKTA Effektloven Et apparats effekt er et mål for, hvor hurtigt det omdanner én slags energi til en anden. Den øjeblikkelige effekt er dermed den mængde energi, som et apparat bruger på et sekund. Det er også den mængde elenergi, der produceres i et sekund. Enheden for effekt er watt: W volt ampere = watt Det vil sige, at spændingen ganget med strømstyrken giver effekten målt i watt. Da vi her i landet har en spænding på 230 V i kontakterne, må det altså være amperetallet, der stiger ved højere effekt. Når man vil beregne energiforbruget, må man også regne med, i hvor lang tid man bruger en vis effekt. Det påtrykte tal for watt på et apparat er et udtryk for apparatets maksimale effekt. Man måler energiforbruget i kwh, kilowatt-hours (kilowatt-timer), hvilket altså betyder et energiforbrug, der svarer til 1000 watt i en time. Det er denne enhed, vi afregner vores elforbrug efter, når elselskaberne sender opgørelser til os. 31

31 KAPITEL 8 Det industrielle gennembrud Det industrielle gennembrud Det industrielle gennembrud Udviklingen tog fart i 1850 erne. Befolkningstallet i Danmark voksede, og folk fik flere penge. Den danske industri blev bedre til at udnytte de udenlandske opfindelser og derved få mere effektive produktionsformer, så fabrikkerne kunne producere varer nok. Jernbanen mellem København og Roskilde blev åbnet i 1847, men Danmark var stadigvæk meget præget af at være et landbrugsland. Først i 1870 erne kan man tale om et egentligt industrielt gennembrud i Danmark. Den vigtigste udførselshavn for varer var Esbjerg, og i 1900 havde Danmark km jernbaneforbindelse på kryds og tværs i landet. Verden var blevet mindre Ude i den store verden var situationen den, at der ved det 19. århundredes slutning kun var få steder på kloden, hvor ingen hvid mand havde været. Gennem århundreder havde Europa øget sin magt over verdenshandelen, og det 19. århundredes tekniske udvikling mangedoblede forspringet. Den europæiske industri blev leveringsdygtig i massefabrikerede varer, der kunne sælges billigere end lokale håndlavede produkter. Der blev rejst mere. Suezkanalen åbnede i 1869, og dette betød store besparelser i rejsetiden. Bl.a. betød den næsten en halvering af tidsafstanden mellem London og Bombay. Kampen om råvarerne I alle de vestlige lande medførte den industrielle revolution, at folk flyttede til byerne, og at man nu købte sig til mad, tøj og varme, hvor man på landet havde produceret det meste selv. Derved kunne fabrikkerne sælge mere, og de havde brug for flere råvarer til det ændrede forbrugsmønster. Perioden var præget af det, der kaldtes imperialismen, hvor adgang til råvarer fra kolonier i fremmede verdensdele tillagdes stor betydning. For eksempel udviklede der sig i 1880 erne et intenst kapløb mellem Tyskland, England, Frankrig og Rusland om at sikre sig størst mulige andele af Afrika, så de kunne bruge disse kolonier til at sikre sig råvarer. Brug for alle hænder i døgndrift De gamle normer fra landbruget, hvor alle hjalp til med arbejdet, var stadig gældende, så børnene arbejdede også på fabrikkerne. I 1873 fremsatte indenrigsminister C.A. Fonnesbech Forslag til Lov angaaende Børns og unge Menneskers Arbeide i Fabrikker og Værksteder m.m.. Danmark var som tidligere i den industrielle revolution bagefter de andre lande i Europa, idet England havde fået en fabrikslov i 1837, Tyskland i 1837, Frankrig i 1847 og Sverige i England, som var først med en fabrikslov, havde dog et hængeparti, nemlig kulminerne, hvor der arbejdede en del børn, da de bedre end voksne kunne være i de smalle gange under jorden. Først i 1860 blev det forbudt at lade børn under 12 år arbejde i kulminerne. Det blev nødvendigt med lys, så fabrikkerne kunne køre i døgndrift, og derfor blev der forsket meget i dette. Nu var der store økonomiske interesser på spil, så der blev brugt de nødvendige penge på projekterne. 32

32 KAPITEL 8 33

33 KAPITEL 9 Fra kulbuelampe til glødepærer Fra kulbuelampe til glødepærer Charles Francis Brush forbedrede kulbuelampen ved at automatisere fremføringen af kulstave, udvikle bedre kulstave og bygge lamperne ind i forskellige skærme til indendørs eller udendørs brug. På den måde kom kulbuelampen til at danne grundlaget for den første elektriske belysning. Det var omkring I kulbuelampen er det luften mellem kulstavene, der lyser pga. den elektriske udladning. Det giver en meget stor og klodset lampe. Edison mente, at en lampe baseret på lyset fra en tråd, der var bragt til at gløde ved at sende strøm igennem den, ville være en stor gevinst. Han foretog forsøg med at lade strømmen gå igennem en tråd af forkullet bambus og indså, at tråden ville holde længere, hvis den var omgivet af et vakuum. Men det krævede, at han først udviklede en effektiv vakuumpumpe. Efter flere forsøg med forskellige materialer til glødetråd og med den forbedrede vakuumpumpe lykkedes det Edison omkring 1880 at udvikle en glødepære, der kunne brænde i 13 timer. Kul udskiftes med metal Man var i denne periode meget interesseret i udviklingen af lys, så man kunne forlænge arbejdsdagen. De første glødepærer med kultråde var ikke særlig effektive, og opfindere i flere lande forsøgte at finde mulige erstatninger. A. von Welsbach producerede de første succesfulde glødepærer med metal ved at bruge osmium. Pærer med osmium var dobbelt så effektive som kultrådspærer, men osmium er desværre et sjældent metal. Arbejdet med at finde det rigtige materiale til glødetråd i de elektriske pærer fortsatte, og i begyndelsen af 1900-tallet fandt man både i Europa og i USA frem til stabile glødetråde af grundstoffet wolfram det metal, vi stadig bruger i almindelige pærer i dag. FAKTA Glødepærens princip Glødepærer består af to elektroder med en glødetråd af wolfram (tungsten) imellem. Når lyset tændes, løber strømmen igennem og opvarmer glødetråden til 2.600º C. Den glødende tråd afgiver lys og desværre også en hel del varme. Efter en periode på ca brændetimer er glødetråden delvist brændt over, og det sorte snavs, der sidder på glasset, er metalrester. Pludselig en dag, når du tænder for kontakten, ser du et glimt. Det er glødetråden, der brænder over, og så kan pæren ikke lyse mere. En glødepære, som vi kender den i dag, kan brænde i ca timer, hvilket svarer til ca. 1 år. Edisons første glødepærer kunne til sammenligning holde i 13 timer! 34

34 KAPITEL 9 PERSONGALLERI Charles Francis Brush ( ) Amerikansk fysiker, der udviklede kulbuelampen, så den kunne bruges udendørs. Man kan sige, at han opfandt den elektriske gadebelysning. Carl Auer Freiherr von Welsbach ( ) Opdagede i 1898, at man kunne bruge metallet osmium som tråd i glødepærer, så de kunne holde meget længere. Det banede vejen for brugen af wolfram i pærerne. 35

35 KAPITEL 10 Og der blev lys Og der blev lys Lysstofrør Den billigste og mest effektive form for lys får man i dag med lysstofrør. De er især velegnede til at oplyse store rum ensartet, fx klasseværelser, kontorer og fabrikshaller. Et lysstofrør er fyldt med en luftart, fx Hg (kviksølv), der udsender en usynlig ultraviolet stråling, når den rammes af elektroner. Strømmen af elektroner kommer, når du tænder kontakten. Den indvendige side af røret er belagt med et fluorescerende stof (lyspulver), der lyser op, når det rammes af den ultraviolette stråling. Sparepærer er i princippet små lysstofrør, der er bukket sammen. Elektronikken sidder i soklen, og de er forsynet med skruegevind som almindelige pærer. Energisparepærer A-pærer er en fællesbetegnelse for de sparepærer, der bruger mindst strøm. De ligger alle i energiklasse A. Der findes flere energiklasser. A et betegner den mest energieffektive, B den næstbedste osv. En glødepære ligger til sammenligning i energiklasse F eller G, mens en lavvolthalogenpære ligger i energiklasse C. Bogstaverne refererer til den europæiske energimærkning, som også kendes fra bl.a. hårde hvidevarer. I dag findes A-pærer i mange forskellige størrelser og former. A-pærer bruger kun en fjerdedel af den strøm, som almindelige glødepærer bruger. For hver glødepære, der udskiftes med en A-pære, kan der spares ca. 60 kr. på elregningen allerede det første år. A-pæren holder 8-10 gange så længe som en almindelig glødepære og findes nu i mange forskellige størrelser og former, fx spiralform, stavform og pæreform. A-pærer bruger kun en fjerdedel af den strøm, som almindelige glødepærer bruger. Ved at udskifte en 60 watt glødepære med en 15 watt A-pære kan der spares ca. 60 kr. på elregningen alene det første år. Besparelsen er størst de steder, hvor lyset er mest tændt. I gennemsnit kan hver bolig med fordel skifte 8-10 glødepærer ud med A-pærer både udendørs og indendørs. Lavvolthalogenpærer Lys fra halogenpærer er som lys fra glødepærer godt til at gengive farver. De er specielt gode til spotbelysning, fx af et billede på en væg. Hvis halogenpærer anvendes som spotbelysning, er de billigere at bruge end glødepærer. Halogenpærer er i princippet opbygget som en glødetråd af wolfram (metal), en luftart, der skal hindre fordampningen af metaltråden, samt nogle halogener, fx F 2 (fluor), Cl 2 (klor), Br 2 (brom), I 2 (jod), der sikrer, at wolframmet, når det fordamper, ikke kommer til at sidde på glasset, men lægger sig tilbage på det koldeste sted på tråden. En halogenpære 36

36 KAPITEL 10 Lysdioder vinder frem i trafikken. De er velegnede i fx trafiklys, fordi man kan sende meget kraftigt lys fremad mod trafikanterne og så holder de meget længere end glødepærer. I de nyeste informationstavler, eksempelvis Københavns Metros informationstotem, indgår også lysdioder. kan blive over 500 grader varm, så ud over at udgøre en reel brandfare kan den også afstedkomme forbrændinger. Lysdioden en af fremtidens lyskilder Man har kendt lysdioder siden 1960 erne, men de fandtes kun i rød, så anvendelsen har været begrænset. Nu er de kommet i flere farver, bl.a. hvid, der bruges til fx juletræskæder og cykellygter. En lysdiode består af en lille bitte chip (på under 0,5 x 0,5 mm), som producerer lys, og en lille skærm (reflektor), som sikrer, at lyset sendes ud af lysdioden. De nye lysdioder er lige så effektive som halogenpærer, og man kan koncentrere lyset i en given retning til spotbelysning. Man regner FAKTA med, at de i løbet af et par år kan blive lige så effektive som A-pærer. Det vil åbne helt nye muligheder for spændende belysning. Køb energirigtigt køb produkter i energiklasse A Køleskabe, frysere, vaskemaskiner, elpærer, ovne og tørretumblere er energimærkede. Produkterne er placeret på en skala fra A til G. A svarer til produkter med det laveste elforbrug, og G betegner det højeste elforbrug. Formålet er at gøre det nemmere for os at finde frem til de mest energibesparende produkter, dvs. de typer, der er mærket med A. 37

37 KAPITEL 11 Lys over land Et af de første steder i København, hvor der kom elektrisk lys, var på Kgs. Nytorv. Her kunne københavnerne i 1890 erne gå tur under 16 kulbuelamper. 38

38 KAPITEL 11 Lys over land Sen start i Danmark Krigen og nederlaget i 1864 påvirkede udviklingen i Danmark. Selvom industrialiseringen så småt var i gang, var vi som udpræget landbrugsland bagud i forhold til de større lande i Europa, ikke mindst England. Det gik trægt med at få indkøbt maskiner i industrien. Den første dynamo i Danmark blev anskaffet i 1872 af søværnet, som brugte den til forsøg med kulbuelys. Først i 1879 blev det første permanente lysanlæg i Danmark installeret på skibsværftet Burmeister & Wain i København. Snart fulgte flere andre fabrikker, bl.a. Carlsberg Bryggerierne i København, Sukkerfabrikken i Nakskov og Maglemølle Papirfabrik ved Næstved. Den driftige urmager På Smørudstillingen i Køge i 1891 kunne den driftige urmager Jens Hansen præsentere en telefon, hvor folk kunne høre tale og musik fra urmagerens svend, der sad hjemme i urmagerens værksted. Det blev et stort tilløbsstykke, og urmageren oprettede efterfølgende en telefoncentral i sit hjem og fik hurtigt de første 20 abonnenter. Det var ham selv og hans folk, der trak ledninger og rejste master. Da urmageren på denne måde havde vist sin tekniske snilde, var det naturligt for det lokale andelsslagteri i Køge at spørge Jens Hansen, om han kunne installere et lysanlæg i deres nye bygninger. Anlægget blev trukket af slagteriets dampmaskine, og da det stod klar samme år, og lyset strålede ud over slagteriets gård, gik Jens Hansen i gang med at tilbyde andre forretningsdrivende i byen elektricitet og lys fra anlægget. Første by med privat elværk Kun tre uger efter gik man også i gang med et privat elværk i Odense. I Odense Kommune havde man allerede i 1881 modtaget de første rapporter om glødelampelysets fremtid, og siden 1888 havde en række erhvervsfolk og privatpersoner arbejdet FAKTA for at skaffe kapital og tilladelser til et elværk i Odense, så man kunne åbne Danmarks første elværk i Eneret havde kompagniet nu ikke fået. I 25 år havde man ret til at trække kabler i byen, men Odense Kommune kunne til enhver tid overtage hele anlægget med 6 måneders varsel. Værket blev Danmarks første storbyværk og kunne klare ca glødelamper. De første kunder var næsten alle forretninger. Det første offentlige elværk Den 5. marts 1892 åbnede Københavns første offentlige elværk i Gothersgade. Tre dampmaskiner trak dynamoerne, som bl.a. leverede strøm til 16 kulbuelamper på Kgs. Nytorv. Værket kunne levere ca. 10 gange så meget strøm som det i Odense. Finsens lys Den danske læge Niels Ryberg Finsen ( ) havde en ide om, at hudtuberkulose (lupus) burde kunne helbredes ved hjælp af lys. Sammen med folkene på elværket i Gothersgade udførte han en række forsøg, hvor lyset fra en kulbuelampe blev koncentreret og rettet imod de angrebne områder på huden. Forsøgene var en succes og gjorde Finsen verdensberømt. De førte også til oprettelsen af Finsens Medicinske Lysinstitut. 39

39 KAPITEL 12 Vekselstrøm eller jævnstrøm Vekselstrøm eller jævnstrøm Selvom man i udlandet havde konstateret, at vekselstrøm var fremtiden, blev de første elværker i Danmark jævnstrømsværker, fordi både økonomiske og lokalpolitiske interesser modarbejdede vekselstrømmen. I udlandet havde man allerede fra århundredskiftet erkendt, at nøglen til elektricitetens fremtid lå i vekselstrøm. Med de nye, dyre, men effektive dampturbiner kunne det bedst betale sig at bygge store kraftværker, hvorfra højspænding kunne transporteres ud til større områder og transformeres lokalt, i starten til 220 V, senere til 230 V. Herhjemme gik der mange år, før vekselstrømmen langsomt blev indført. Ud over de reelle problemer, der lå i at gå over til vekselstrøm, blev jævnstrømsværkernes levetid også forlænget af opfindelsen af forbrændingsmotoren. PERSONGALLERI Dieselmotoren havde en hel række fordele frem for dampmaskinen, som de fleste elværker brugte i starten. Den var billigere i anskaffelse, krævede mindre plads, og driften kunne klares med én mand i stedet for to. Desuden var det mindre energikrævende at starte og stoppe en dieselmotor, hvilket man ofte havde brug for, fordi det meste strøm blev brugt til belysning i bestemte tidsrum. Da jævnstrøm ikke kunne transporteres mere end 0,5-3 km, uden at tabene i ledningerne blev for store, byggede man flere og flere private og offentlige elværker i danske byer. Opbygningen af elværker, kabelnet og installationer i forretninger og hjem betød, at en helt ny industri blomstrede op. Allerede i 1897 havde Danmark 13 elværker, 20 fabrikker, Rudolf Diesel ( ) Tysker. Opfinder af kompressionsmotoren (dieselmotoren), som blev præsenteret i Charles Parsons ( ) Britisk opfinder. Byggede den første egentlige dampturbine i der producerede elapparater, glødepærer, ledninger, stikkontakter m.m., og 31 installationsforretninger. FAKTA Dampturbinen og dieselmotoren Selvom dampmaskinen var et kæmpe fremskridt for industrien, blev der snart behov for at opfinde og udvikle nye maskiner, der kunne yde mere end de første dampmaskiner. Dampmaskinen er en stempelmaskine, men i 1884 opfandt Charles Parsons dampturbinen, som har roterende skovle (turbineblade) i stedet for stempler. I 1897 opfandt Rudolf Diesel forbrændingsmotoren eller som den kaldes i dag dieselmotoren. Denne nye motor havde en meget højere ydeevne end dampmaskinen og overtog efterhånden dampmaskinens arbejde. 40

40 KAPITEL 12 Drenge på dine bedsteforældres og oldeforældres tid havde hverken fjernstyrede biler eller computere. Til gengæld kunne de, der var teknisk interesserede, få megen tid til at gå med at studere, hvordan en dampmaskine virker. 41

41 KAPITEL 13 Danmarks elværker Danmarks elværker Elproduktion baseret på kul Kul har i årtier været den vigtigste energikilde til drift af elværker i Danmark. Kul er en relativt billig energikilde, og kullene kan sejles direkte til elværkerne, fordi disse ligger ved vandet. På et kulfyret elværk knuses kullene til støv og blæses ind over en flamme. Herved opnås en meget Danmark omlagde det meste af elproduktionen fra kul til olie i 1960 erne. Derfor ramte oliekrisen ekstra hårdt i I dag er elværkerne bedre til at omstille sig mellem flere brændselsformer. høj og hurtig forbrænding. Varmen fra kullene anvendes til at varme vand op til kogepunktet. Vandet bliver til damp under højtryk og ledes igennem et system af rør forbi turbinebladene, der bliver presset rundt og derved driver turbinen, samtidig med at dampen udvider sig og køler ned, så den ender som varmt vand. Kullet bruges altså som brændstof, der kan varme vandet op, så det bliver til damp. Denne damp sendes gennem turbinen for at få rotoren inden i generatoren til at dreje rundt. Ud over at producere strøm (kraft) bruger man nu også det varme vand fra elproduktionen som fjernvarme. Den ledes ud i radiatorer i hjemmene i stedet for at gå til spilde. Deraf navnet kraft-varme-værk. Der findes forskellige typer kraftværker. El kan produceres enten på kraft- og kraft-varme-værker, der fyrer med kul eller naturgas, eller ved hjælp af vindmøller, biobrændselsanlæg, solceller, brændselsceller m.m. Skovshoved Elektricitetsværk, som hørte under selskabet Tuborg-Klampenborg elektriske Sporvej, blev anlagt som jævnstrømsværk i 1904, men man besluttede dog hurtigt at gå over til vekselstrøm. I 1907 var man ved hjælp af en omformer klar som Danmarks første vekselstrømsværk. I 1908 stod det færdige vekselstrømsværk med to turbogeneratorer klar. Værket producerede en spænding på V, som blev sendt ud i det meste af Nordsjælland, hvor det blev transformeret til 380/220 V. I dag transformeres spændingen til 400/230 V. Efterhånden vandt vekselstrøm frem over hele landet, og efter 42

42 KAPITEL 13 Kul, olie og naturgas er dannet af rester af døde plantedele og dyr (for det meste mikroorganismer). De kaldes samlet for fossile brændstoffer. 2. Verdenskrig blev de små jævnstrømsværker nedlagt, og elforsyningen blev overtaget af store regionale kraftværker. Fossile brændstoffer Kul, olie og naturgas er dannet af rester af døde plantedele og dyr (for det meste mikroorganismer). De kaldes samlet for fossile brændstoffer. Oprindeligt er det organiske materiale faldet til bunds på meget store dybder vand, hvor det blev dækket af millioner af års aflejringer af sand og ler. Hermed kunne det ikke nedbrydes på samme måde som ved jordoverfladen, hvor der sker en forrådnelsesproces, som kræver ilt. Aflejringerne blev i stedet til en blanding af olie og gas, der ligger i kridtlagene, hvorfra den kan pumpes op. Kul er dannet i stillestående vand af planterester, der ved en biokemisk nedbrydning omdannes til tørv. Når tørven udsættes for tryk i større jorddybder, sker en kemisk omdannelse, der frigør kulsyre, kulilte og kulbrinter og efterlader det rene faste kul. Kulbrydning sker mest i gruber i dybder indtil 1000 m fra lag, der kan være op til 3 m tykke. På vej til mere miljøvenlig elproduktion Danmarks elproduktion er under omlægning, så man med tiden bruger mindre kul og olie som brændsel og erstatter med mere miljøvenlige brændsler såsom naturgas og vedvarende energi. Fra slutningen af 1970 erne og frem til midten af halvfemserne udgjorde kul omkring 90% af brændslerne på kraftværkerne i Danmark. Men forbruget af kul faldt efterfølgende i takt med en stigning dels i forbruget af mere miljøvenlige brændsler som naturgas og biomasse (inkl. orimulsion), dels i anvendelsen af alternative energikilder som fx vindkraft. I 2000 udgjorde kul derfor kun 43% af det totale brændselsforbrug til elproduktion i Danmark. 43

43 KAPITEL 13 Danmarks elværker FAKTA Centrale elværker Øvrige elværker 44

44 KAPITEL 13 FORSØG: Elmotor som dynamo EnergiMidt i hverdagen Gå ind på adressen under punktet: Legen med Energien, og følg instruktionen. FAKTA FAKTA I 2000 fordelte Danmarks produktion af el sig sådan: Fra vindkraft 13% Fra biomasse/biogas 5% Naturgas 26% Olie 13% Kul 43% Kilde: Energistyrelsen Orimulsion Orimulsion er handelsnavnet på et brændsel, som er fremstillet ved en emulgering (sammenrøring) af naturligt forekommende bitumen (et tjæreagtigt stof) og vand. Sammensætningen i brændslet er ca. 70% bitumen og 30% vand samt 0,2% emulgator. Vandet og emulgeringsmidlet bliver tilsat for at få den rette konsistens for brændslet. Bitumen bliver bl.a. udvundet ved Orinocofloden i Venezuela. Området er på størrelse med Danmark, og mængden af bitumen skønnes at ville kunne erstatte verdens nuværende forbrug af kul i 20 år. Orimulsion er billigt og udsender 16-18% mindre CO 2 og 30-40% mindre kvælstofoxider end kul. 45

45 KAPITEL 14 Elektricitet i samfundet Elektricitet i samfundet I slutningen af 1800-tallet var det kun i byerne, der var elværker. Selvom de i begyndelsen overvejende forsynede fabrikker og forretninger med elektricitet, blev det hurtigt muligt også for private at blive tilsluttet. I starten var elektricitet meget dyrt, og kun de velhavende havde råd til at få elektrisk lys i hjemmet. Nogle kunne opleve elektrisk lys på deres arbejde, mens andre måtte nøjes med at se på gadebelysningen eller tage en tur med en af byens elektriske sporvogne. Over halvdelen af den el, der blev produceret i København i 1905, gik til sporvogne. Elektriske apparater i hjemmet Inden længe var elektriciteten en vigtig del af hverdagen, og de rige familier fik i årenes løb flere og flere elektriske hjælpemidler i hjemmet som fx støvsuger og strygejern. Også telefonen og radioen blev en naturlig del af hverdagen for mange. Ikke alle elektriske apparater bruger den samme spænding. Fx skal batteriopladeren til mobiltelefonen have 230 V vekselspænding ligesom fx en hårtørrer, men batteriet har en spænding på 9 eller 12 V og leverer jævnstrøm videre til mobiltelefonen. Man kan transformere vekselspændinger op og ned (alt efter hvad man skal bruge den til) ved hjælp af det, der kaldes en transformer; og man kan ændre vekselstrøm til jævnstrøm (eller omvendt) ved hjælp af det, der kaldes en omformer. Mobiltelefonens batterioplader skal altså indeholde både en transformer og en omformer (også kaldet en ensretter). Vejen fra stikkontakt til apparat En simpel transformer består af to spoler med jernkerne og to jernklodser, der forbinder jernkernerne. Den spole, der sidder tættest ved strømkilden, er primærspolen. Den bærer den strøm, producenten sender ud fx til stikkontakten i vores hjem. Den anden spole hedder sekundærspolen. Den kaldes også forbrugsspolen, da det er dens indretning, der afgør, hvor meget spænding, der reelt kommer til dit apparat. Forholdet mellem primær og sekundær spændingen er som forholdet mellem vindingstallet på primær- og sekundærspolen. Du skal nu til at arbejde med spoler. Ved hjælp af spoler kan spændingsforskelle omdannes (transformeres) op og ned, så du skal se, hvordan en transformer fungerer. 46

46 KAPITEL 14 I starten af 1900-tallet kunne Københavns borgere få glæde af elektriciteten ved at tage en tur med de elektriske sporvogne. 47

47 KAPITEL 14 Elektricitet i samfundet FORSØG: Byg en transformer Du skal bruge: Vekselstrømskilde Voltmeter Amperemeter Nogle ledninger 6 V pære U-jernkerne med åg Spole med 200 vindinger Spole med 400 vindinger Lav en opstilling med to spoler, en i hver sin side af jernkernen. Den side, hvor strømkilden tilsluttes, benævnes primærsiden, og spolen benævnes primærspolen. Strømkilden driver det primære kredsløb, hvori også amperemeteret skal sidde. Den anden side benævnes sekundærsiden, og spolen benævnes den sekundære spole. Den driver det sekundære kredsløb, og i dette kredsløb skal pæren sidde. Når strømmen sluttes, foretages der en transformation af spændingen. Transformationen foregår ved induktion. Den vekselstrøm, der løber i primærkredsløbet, bestemmer, hvor kraftigt et magnetfelt der kommer om spolen. Jernkernen virker som en elektromagnet, hvor magnetfeltet skifter retning i takt med vekselstrømmens svingningstal (hertz). Der induceres derved en spænding i den sekundære spole, og der løber strøm i den sekundære strømkreds. Man kan sige, at primærsiden er producentsiden, og sekundærsiden er forbrugersiden. Brug voltmeteret skiftevis på de to sider. Prøv også at tilslutte amperemeteret på sekundærsiden. Hvorfor bliver spolerne varme? Hvad sker der, når du bruger en 200-vindings-spole på forbrugersiden og 400 vindinger på producentsiden? Hvad sker der, når du bytter rundt på spolerne? Notér dine iagttagelser. Skriv tabellen af, og udfyld den lav evt. flere bokse. Primærspole Sekundærspole 200 vindinger 400 vindinger 6 V 1 A 0,5 A 12 V 24 V 3 A 48

48 KAPITEL 14 FAKTA Transformersætningen U p I p U s I s På transformeren benævnes primærsiden (p), og sekundærsiden (s). Spændingen (U p ) på primærsiden ganget med strømstyrken (I p ) på primærsiden er lig med spændingen (U s ) på sekundærsiden ganget med strømstyrken (I s ) på sekundærsiden. Det betyder, at den effekt, der afleveres på primærsiden, er lig med den effekt, der kan udtages på sekundærsiden. I praksis er der dog tale om et mindre tab. Derfor er det ikke et lig med -tegn, men et næsten lig med -tegn. Tabet fremkommer på grund af magnetiseringen af jernkernen. Energi kan ikke forsvinde, så den lille forskel er omdannet til varmeenergi. Det er derfor, du kan mærke, at jernet og spolerne bliver varme. Hvordan transformationen foregår, er afhængigt af antallet af vindinger på spolerne. Det indbyrdes forhold mellem vindingstallene på primærspolen og sekundærspolen afgør, om der er tale om en op- eller en nedtransformering af spændingen og strømstyrken. Hvis der er 200 vindinger på primærspolen og 400 vindinger på sekundærspolen, bliver spændingen fordoblet og strømstyrken halveret på sekundærsiden i forhold til primærsiden. Der er forskel på, hvor meget strøm forbrugerne anvender på forskellige tider af døgnet. Dette ville kunne forårsage spændingsudsving. Man ville for eksempel kunne opleve, at lysstyrken i pærerne faldt. Derfor sidder der i transformerstationerne en regulator, der sørger for, at spændingen kan opretholdes hos forbrugerne. Regulatoren (viklingskobleren) sørger for, at der skiftes i antallet af vindinger på sekundærspolen, så der altid bliver sendt samme spænding til forbrugerne. 49

49 KAPITEL 15 Modstand Modstand FAKTA Det gode ved el er, at det er en energiform, der nemt kan omdannes til alle mulige andre former for energi: mekanisk arbejde fra en elmotor (fx i en røremaskine og i en støvsuger); lys fra en elpære eller et lysstofrør, kemisk energi i et elektrolyseapparat, lyd fra en højttaler eller radio og endelig varme (fra en elradiator). Der findes rigtig mange forskellige apparater, som bruger el, men de har ikke alle sammen brug for den samme spænding for at kunne fungere. Derfor er der nogle apparater, der har en formodstand. Denne modstand sørger for et spændingsfald, så det kun er den spænding, apparatet har brug for, der er til rådighed. Den regulerer altså spændingen. Den lov, der fortæller om sammenhængen mellem modstand (R), spændingsfald (U) og strøm (I), kaldes Ohms lov. Når strømmen når til modstanden, omdannes den elektriske energi til varmeenergi. Strømstyrken bliver mindre. Derfor bliver elektriske apparater ofte varme, når man bruger dem specielt hvis de bliver ekstra belastet. Prøv at mærke på opladeren, næste gang du oplader mobiltelefon. Efter et stykke tid kan du mærke, at den bliver varm. Der kan ikke opstå eller forsvinde energi, så energien bliver omdannet til noget andet bl.a. til varme. Ohms lov U = R I Loven om modstand er opkaldt efter Georg Simon Ohm. Det samme er måleenheden for modstand: ohm, som hedder R (for resistens) i fysiksprog. U og R og I er SI-enheder, og disse enheder er en internationalt besluttet standard, så alle fysikere i verden kan tale samme sprog, når de taler om fysikforsøg og resultaterne af disse. SIenheder (Système Internationale) blev vedtaget af den 11. Generalkonference for Mål og Vægt i R = Modstand målt i ohm I = Strømstyrke målt i ampere U = Spænding målt i volt R U I U = R I R = Trekanten er et nyttigt redskab, når man skal bruge Ohms lov i beregninger. Den vandrette streg i trekanten er en divisionsstreg, og den lodrette streg mellem R og I er en gangestreg. Hvis du sætter din finger på den værdi, du mangler, kan du se, hvilken regnemetode du skal benytte mellem de to andre værdier. Du skal have to af værdierne, ellers kan du ikke regne den sidste værdi ud. Eksempel: I = 6 A, U = 12 V og R =? Du sætter nu fingeren på R og ser, at U skal divideres med I. Regnestykket bliver så: U/I = R = 12 A/6 V = 2 ohm. I = U I U R 50

50 KAPITEL 15 Opgave: Ohms lov Skriv skemaet af, og udfyld det Spænding Strømstyrke Modstand 6 V 0,05 A 240 V 48 Ω 10 A 22 Ω 6 V 0,5 A 5 A 96 Ω 380 V 38 Ω V 0,05 A 10 A 4800 Ω 230 V 2 A PERSONGALLERI Georg Simon Ohm ( ) Tysk fysiker, der arbejdede ved Universitetet i München, og som i 1827 formulerede loven om modstand: U = R I, også kaldet Ohms lov. Måleenheden 1 ohm er modstanden ved 0º C i en 106,3 cm lang kviksølvstreng med et tværsnitsareal på 1 mm 2. 51

51 KAPITEL 16 Velfærdsdanmark opstår Velfærdsdanmark opstår Familiens dagligdag i hjemmet Kig dig omkring i dit hjem og du vil se en masse eldrevne apparater. Lys, emhætte, køleskab, støvsuger, vaskemaskine, tørretumbler osv. Alle disse hjælpemidler gør, at hverdagen i hjemmene nu ser meget anderledes ud end fx i 1950 erne. Dengang gik mange kvinder hjemme og passede hus, mand og børn. De mange nye elektriske hjælpemidler betød færre arbejdstimer i hjemmet og mere fritid sammen i familien. Fra slutningen af 1960 erne betød det også, at flere og flere kvinder kunne komme ud på arbejdsmarkedet. Ændrede opgaver på arbejdet De mange nye maskiner og andre eldrevne apparater fik også stor indflydelse på dagligdagen på arbejdspladsen. Fx skulle man ikke løfte nær så mange tunge ting, men brugte i stedet kraner og lignende hjælpemidler. Arbejdets indhold forandrede sig. Før havde man haft mange manuelle timer, mens man nu bruger flere timer ved maskinerne. Mange produktionsprocesser er endda blevet helt automatiseret, så de kan udføres af robotlignende maskiner. Betjeningen af de mange nye maskiner kræver specielle kvalifikationer, så mange bliver omskolet og efteruddannet. Arbejdsgiverne efterspørger i særlig grad specialister, og mange kører nu gerne langt efter det rigtige arbejde. Betydning for industrien I virksomhederne betød elektriciteten, at der kunne fremstilles mange flere produkter på kortere tid end tidligere. Det gav større muligheder for indtjening til virksomhederne, men det betød også, at der skulle indkøbes specielle maskiner og uddannes specialiserede medarbejdere. Industrien blev god til at lave mange ens produkter, men det blev også dyrt at ændre produktionen. Den offentlige sektor vokser Når kvinderne er ude på arbejdsmarkedet, bliver der behov for institutioner til børn og gamle, som ikke længere kan passes i hjemmene. Da flere mennesker kommer i arbejde, får det offentlige større skatteindtægter og disse penge kan bruges til at udbygge velfærdssamfundet. Det indebærer nemlig bl.a. en veludbygget infrastruktur, et velfungerende sygehusvæsen og et skolesystem, som du kender en del til 52

52 KAPITEL 16 FAKTA Standbyforbrug er strømforbrug til ingen verdens nytte! Standbyforbrug er det strømforbrug, et apparat har, når det er slukket, men altså ikke er helt slukket på stikkontakten. Du kan se det på apparatet, ved at der er en lille lampe, der lyser. Det er noget af det dummeste elforbrug, man kan have for man får intet ud af det. Der er mange strømsnyltere i hjemmet. Det drejer sig især om tv er, tv-dekodere, paraboler, videoer, dvd er, hi-fi-anlæg, pc er, printere, opladere til mobiltelefoner, elektriske tandbørster og barbermaskiner, mikrobølgeovne, emhætter, kaffemaskiner med timere og transformere til halogenpærer. I Danmark udgør standbyforbruget ca. 10% af det samlede elforbrug i boliger. Og ifølge International Energy Agency stammer 1% af CO 2 -udledningen på verdensplan fra energi til standbyforbrug. 53

53 KAPITEL 17 Danmarks olie Danmarks olie Farvel til de glade tressere I 1960 erne fik flere og flere danskere et oliefyr i hjemmet. Det var nemlig betydelig nemmere end at fyre med koks og petroleum. Oliefyret kunne køre automatisk, så man slap for at skulle fylde på flere gange dagligt, og så svinede det mindre. Flere kraftværker var også begyndt at omstille elproduktionen fra at bruge kul til at bruge olie. I takt med den stigende levestandard fik flere og flere familier egen bil. Både i hjemmet og på arbejdspladserne fik man en lang række elektriske hjælpemidler man blev kort sagt forvænt og afhængig af et stort olieforbrug. Men det var ikke noget problem, for der var tilsyneladende ingen grænser for olieforsyningen, som voksede og voksede... Oliekrisen rammer hårdt i 1973 Mange danskere fik sig en brat opvågning, da OPEC (Organisationen af Olieeksporterende Lande) i 1973 pludselig hævede oliepriserne fra ca. 2-3 til dollars for en tønde olie (159 liter). De truede endda med at afbryde olieleverancerne. Det kunne de gøre, fordi de stod for næsten hele verdens energiproduktion, og fordi de stod sammen om, at alle skulle holde den aftalte høje pris. Det blev en dyr historie for den enkelte dansker og for hele den vestlige verden, der var afhængig af olien. Energipolitik kommer på dagsordenen Det kan nok være, at politikerne også vågnede brat op, for de dyre indkøb af olie i udlandet gik hårdt ud over Danmarks betalingsbalance. Vi skulle jo gerne sælge for det samme til udlandet, som vi køber for i udlandet, for at få en god balance i økonomien og det var altså meget svært med de oliepriser. Noget måtte der gøres og politikerne lagde hovedet i blød for at finde måder til at begrænse energiforbruget og finde erstatninger for den dyre olie. Et af de meget synlige politiske tiltag var de bilfri søndage, der blev indført i Benzin laves nemlig ved at raffinere olie, så hvis man kunne begrænse folks kørsel, var det med til at nedsætte olieforbruget. Det battede bare ikke rigtig noget, så ordningen blev hurtigt ophævet, og politikerne indså, at der måtte en mere langsigtet energipolitik til. Man skulle se på, hvordan man dels kunne mindske forbruget, og dels opnå en bedre forsyningssikkerhed, så man ikke længere var så afhængig af importeret olie. Venezuela OPEC-lande 54

54 KAPITEL 17 Algeriet Libyen Irak Iran Kuwait Qatar Forenede Arabiske Emirater Saudi-Arabien Nigeria Indonesien De olieeksporterende lande Olie hentes op fra undergrunden mange steder i verden. De lande, vi oftest hører om, er OPEC-landene, som er en organisation af følgende olieeksporterende lande: Algeriet, Forenede Arabiske Emirater, Indonesien, Iran, Irak, Kuwait, Libyen, Nigeria, Qatar, Saudi-Arabien og Venezuela. Andre olieeksporterende lande, som ikke er medlemmer af OPEC, er fx Egypten, Danmark, Mexico, Norge, Rusland, UK og USA. 55

55 KAPITEL 17 Danmarks olie I 1963 fandt Danmark olie i Nordsøen. 56

56 KAPITEL 17 Danmark som oliestat En mulighed for bedre forsyningssikkerhed aftegnede sig, fordi A.P. Møller allerede i 1963 havde fundet olie i Nordsøen. Men dengang vidste man ikke rigtig, hvor meget olie man kunne regne med at hente op fra Danmarks undergrund, og heller ikke, hvad det ville koste. Olie er organisk materiale, der ikke er rådnet rester af plantedele og døde dyr, der har været presset sammen af senere aflejringer. Heraf navnet fossile brændstoffer. Man kan finde olie ved at bore ned i undergrunden og være heldig at ramme nogle større eller mindre lommer med olie og naturgas. Naturgas var oprindeligt betragtet som et spildprodukt, når man borede efter olie. I begyndelsen brændte man blot gassen af, men nu udnyttes den bl.a. til boligopvarmning og elproduktion. Takket være Nordsøolien og -gassen har Danmark siden 1991 været stort set selvforsynende med gas og olie og de seneste skøn lyder på, at man regner med, at Danmark kan være selvforsynende i hvert fald frem til omkring FAKTA Dansk Undergrunds Consortium (DUC) DUC blev stiftet i 1962 og ejes i dag af A.P. Møller Gruppen med 39%, Shell med 46% og Texaco med 15%. DUC leder efter og udvinder olie og naturgas i Nordsøen. Dansk Olie og Naturgas (DONG) Grundlagt i 1972 og har spillet en vigtig rolle i Danmarks udvikling mod en uafhængig energiforsyning. DONG er et aktieselskab, hvor alle aktier er ejet af den danske stat. Koncernen har 700 medarbejdere fordelt over det meste af Danmark. DONG køber olie og naturgas hos DUC og distribuerer det til lokale forsyningsselskaber i landet. PERSONGALLERI A.P. Møller ( ) Dansk skibsreder og stifter af virksomheden af samme navn. A.P. Møller Gruppen er i dag et af Danmarks største selskaber. 57

57 KAPITEL 18 CO 2 -udledning CO 2 -udledning Flere grunde til at spare på energien Det var de voldsomme prisstigninger under oliekrisen og truslen om svigtende leverancer, der fik folk til at spare på energien og finde alternative energiformer. Man kunne tro, at nu, hvor vi er blevet selvforsynende med olie, kan vi bruge løs igen. Men der er også andre hensyn at tage til miljøet. Hver gang vi afbrænder fossile brændstoffer, så dannes der CO 2 uanset om vi brænder olien af i biler i form af benzin eller bruger den til at varme vores huse op. Og når naturen ikke kan optage og omdanne mere, ophobes det i atmosfæren. Naturen forurener også selv Naturens dyr, heriblandt også mennesket, producerer også selv CO 2 (kuldioxid eller kultveilte, som det også kaldes). Når du indånder ilt, udånder du kuldioxid. I begrænset omfang kan naturen selv forbruge denne. Bl.a. bruger planter CO 2 for at udføre den fotosyntese, der får dem til at gro. Det moderne samfund forbruger på meget kort tid en stor del af jordens energiressourcer olie, gas og kul der er oplagret igennem millioner af år. CO 2 ændrer verdens klima Der er klare tegn på, at vores udledning af CO 2 langt overstiger, hvad naturens kredsløb kan klare. Det er en alvorlig sag, fordi det kunstigt øger drivhuseffekten og dermed har betydning for verdens klima. CO 2 -udledningen er en uundgåelig konsekvens af vores livsførelse i et FAKTA Drivhuseffekten Et drivhus holder på varmen, og derfor bruger man ordet drivhuseffekt om det, der sker, når jorden opvarmes som følge af atmosfærens indhold af CO 2 og andre drivhusgasser. Solens stråler rammer jorden, planterne m.m. og omdannes fra lysstråler til varmestråler. Drivhusets glas lader sollyset passere, men holder varmestrålingen tilbage. Det samme gælder for jordkloden, hvor glasset udgøres af de gasser, der omkranser den. Det er især atmosfærens vanddamp (H 2 O), kuldioxid (CO 2 ) og metan (CH 4 ), der virker som drivhusgasser. velfærdssamfund, som vi ikke ville undvære. Vi kan derfor ikke stoppe CO 2 -udledningen, men vi skal begrænse den mest muligt. Hvis det skal nytte noget, skal hele verden stå sammen om at reducere CO 2 - udledningen, og derfor er man gået sammen om at lave Kyotoaftalen. Den naturlige drivhuseffekt sørger for, at vi har en gennemsnitstemperatur på jorden på ca. 15º C. Uden den ville jorden være dækket af evig is og sne. Som du kan se på tegningen, er det drivhusgasserne, der forhindrer solens varmestråler i at forsvinde ud i verdensrummet. Hvis gaslaget bliver tykkere som følge af menneskets CO 2 -udledning, så holder det bedre på varmen, og gennemsnitstemperaturen på jorden vil dermed stige. Konsekvenserne kan blive ørkendannelse i store dele af verden, og andre steder kan der blive oversvømmelse, som følge af at Grønlands indlandsis måske vil smelte. 58

58 Ilt O 2 KAPITEL 18 Kortbølget stråling Kuldioxid CO 2 Varme Langbølget stråling CO2 Ilt O 2 Rådne planter H 2O Alger 59

59 KAPITEL 18 CO 2 -udledning Kyoto-aftalen forhandlet på plads Det lykkedes mandag morgen forhandlere fra 178 lande at forhandle detaljerne omkring den såkaldte Kyoto Protokol på plads. Udenfor står stadig USA, der som det eneste land direkte har erklæret, at det ikke vil rette sig efter Kyoto-aftalen. USA har dermed foreløbig sat sig uden for det internationale klimasamarbejde. Selv om aftalen er amputeret i forhold til, hvad der var lagt op til, og hvad EU-landene deriblandt Danmark havde ønsket sig, er det et første skridt hen imod at stabilisere niveauet af drivhusgasser i atmosfæren. En meget afgørende brik mangler dog endnu. Senest år 2002 skal samtlige de deltagende lande ratificere aftalen, for at den kan træde endeligt i kraft. Forhandlingsresultatet indebærer, at de mål, der blev sat for at begrænse de rige landes udledninger af drivhusgasser i Kyoto, er blevet fastholdt. Til gengæld er mulighederne for at fratrække CO 2 -optagelse i såkaldte dræn, dvs. skove og andre former for vegetation, i det samlede regnskab, blevet udvidet. For at få aftalen hevet i land var det nødvendigt at give specielt Canada, Japan, Rusland og Australien store indrømmelser med hensyn til, hvad de kan få lov til at trække fra. Forskernes indvendinger er, at det vil være meget svært at beregne og kontrollere, hvor meget disse dræn rent faktisk vil opsuge. Til gengæld lykkedes det at få gjort aftalen juridisk forpligtigende, men juraen er dog endnu ikke forhandlet helt på plads. Det lykkedes også at få holdt atomkraft ude af aftalen. Indrømmelserne betyder, at man med aftalen næppe vil nå det samlede reduktionsmål. Ifølge Verdensnaturfonden (WWF) vil indrømmelser med hensyn til brugen af skove som dræn kunne reducere de effektive nedskæringer i udslippene fra 5,2% til bare 1,8%. På trods af det, ses det som en sejr, at aftalen kom i hus. Var forhandlingerne slået endeligt fejl, kunne det have taget lang tid at få dem i gang igen. Med den nuværende aftale er der åbnet op for et fortsat internationalt samarbejde om en reel nedskæring i verdens udslip af drivhusgasser. Ebbe Sønderriis: Kyoto-aftalen er ikke død. Artiklen er bragt i Information den 24. juli

60 KAPITEL 18 Det er en lang og sej proces, når verdens lande skal samarbejde om miljøet. Forslaget til Kyotoprotokollen blev fremlagt i 1997, men først forhandlet på plads i

61 KAPITEL 19 Transporten og CO 2 Transporten og CO 2 Danskerne er afhængige af transport Et effektivt transportsystem sikrer god mobilitet, så man let kan komme rundt i landet både i sin fritid og i forbindelse med arbejde. Gode transportmuligheder er i det hele taget en vigtig forudsætning for videreudviklingen af et moderne samfund. Store miljøomkostninger Transport er forbundet med samfundsmæssige udfordringer og også med problemer. Effektiv transport kræver store investeringer for sam- Danmark er forbundet på kryds og tværs af veje, jernbaner, cykelstier, flyruter, færgeruter, tunneler og broer. Sammen med fx telefonforbindelser kaldes dette et lands infrastruktur. 62

62 KAPITEL 19 fundet, og der er betydelige miljøomkostninger forbundet med trafikken. Miljøudfordringerne skal mødes både med teknologiske forbedringer og med ændringer af transportadfærden hos befolkningen. Transportsektorens CO 2 -udledning er steget jævnt og støt i nogenlunde samme takt som trafikken og den økonomiske vækst. Grønne afgifter skal begrænse forbruget En måde at begrænse energiforbruget på er at sætte skatter og afgifter på el og brændsel op. Skal folk betale flere penge for bilerne, brændstoffet m.m., så tænker de sig om en ekstra gang og tager måske cyklen i stedet. Regeringen kan omlægge registreringsafgiften på biler, så det bliver billigere at købe de energieffektive biler, og hæve brændstofafgiften, så det bliver særlig dyrt at køre i de mest benzinslugende biler. I forbindelse med pinsepakken i 1999 har regeringen indført nogle grønne afgifter, som forventes at begrænse stigningen i CO 2 -udledningen frem til Indsatsen for at begrænse CO 2 På langt sigt det vil sige frem mod år 2030 er det regeringens hensigt, at transportsektorens CO 2 -udledning skal reduceres med 25% i forhold til Strategien tager udgangspunkt i en ændring af efterspørgslen efter I fremtiden vil det måske være muligt at vælge biler, der kan køre på vedvarende energi som fx brint. transport og en effektivisering af transportsektoren på tre områder: Vi skal formindske energiforbruget pr. kørt kilometer ved at få bilerne til at køre længere på literen. Vi skal sørge for, at man kører flere sammen i bilerne og tager bussen eller cyklerne. Desuden skal tog og lastbiler arbejde sammen om godstransporten. Vi skal bruge elbiler og udvikle nye biler, der kan bruge alternative energiformer som fx brændselsceller, der bruger brint. For at nå regeringens mål er det vigtigt, at Danmark arbejder sammen med de andre lande i EU. Dels fordi de producerer de fleste af vores biler, dels og især fordi CO 2 -udledningen er et problem for hele verden. EU-Kommissionen har således indgået en aftale med bilindustrien om, at nye biler skal udnytte energien mere effektivt, så de i gennemsnit kun udleder 140 g CO 2 pr. km. Det svarer til, hvad en lille bil udleder i dag. 63

63 KAPITEL 20 Boligen og CO 2 Boligen og CO 2 Opvarmning af boligen En meget stor del af vores energiforbrug går til opvarmning af boligen og hvad enten vi opvarmer den med oliefyr, el, naturgas eller fjernvarme, så er det alt sammen noget, der tæller i CO 2 -regnskabet. Men miljøbelastningen fra de forskellige energiformer er langtfra ens. Kul afgiver mere end dobbelt så meget CO 2 ved afbrænding som naturgas for samme varmemængde. Skift fra kul (og olie) til naturgas giver derfor store miljøbesparelser. Over halvdelen af Danmarks boliger forsynes i dag med naturgas eller fjernvarme. Det sidste ofte fra naturgasfyrede kraft-varme-værker. Energiforbrug og miljøbelastning kan også begrænses, ved at husene isoleres bedre og derved bruger mindre energi. Derfor har der været forsket meget i at lave energirigtige huse. Hvis du ser huse fra 1970 erne, har de typisk meget små vinduer, fordi man efter oliekrisen skulle begrænse varmetabet fra ruderne. Siden har vi opfundet energiruder, der kan holde på varmen. Gamle huse er blevet hulmursisoleret mv. I dag kan man faktisk bygge nulenergihuse. Eludstyr i hjemmet Ethvert moderne hjem er fyldt med elforbrugende udstyr. Med et Spar- Ometer kan du selv måle dit forbrug. På dit værelse, i køkkenet eller andre steder, hvor du gerne vil regne ud, hvor meget energi der bruges. Spar- Ometeret kan nemlig måle, hvor meget energi de enkelte apparater bruger. Du kan låne et SparOmeter af din lærer og lave din egen sparekampagne derhjemme eller I kan lave en samlet plan for hele klassen. I vil opdage, at en gammel fryser nemt kan bruge 3-5 gange mere strøm end en ny fryser med energimærke A. FAKTA HFI- og HPFI-relæ Elektriciteten kommer fra elværket og bliver transformeret ned i transformerstationerne og derefter ledt ind i huset. I huset sidder en elmåler, som tæller, hvor mange kwh man bruger. Desuden er der et HFI- eller HPFI-relæ som sikkerhed for mennesker og dyr. Hvis strømmen forsvinder ud af systemet, fx ved afledning til stel (en radiator), er der en kontakt, der afbryder strømmen. Almindelige sikringer er der for at beskytte mod overbelastning, som ellers ville få ledningerne til at brænde sammen. HFI- eller HPFI-afbrydere kan se lidt forskellige ud, alt efter fabrikat og alder. Men de har alle en kontakt mærket I og 0 for hhv. tændt og slukket plus en prøveknap. Prøveknappen skal i øvrigt aktiveres én gang om året for en sikkerheds skyld. 64

64 KAPITEL 20 Hvis du sætter SparOmeteret til både nye og gamle apparater, vil du se en stor forskel på, hvor meget energi de bruger. Du kan også kontrollere, hvor meget el et apparat rent faktisk bruger, selvom det ikke er i brug jeres fjernsyn, radio og computer står nemlig og bruger strøm, også når de er på standby. På dit lokale elselskabs hjemmeside kan du få tips om, hvad I kan gøre i dit hjem for at spare på jeres strømforbrug. Flere måder at spare på Man kan i princippet spare strøm på to måder. Den ene er at anvende apparater, som kun bruger lidt strøm, dvs. har et lavt effektforbrug (wattforbrug). Den anden mulighed er, at man kun bruger elapparater, når det er nødvendigt og husker at slukke dem efter brug. Hvis det skal lykkes for os at mindske miljøbelastningen, er det nødvendigt, at vi husker dette. Selvom vi gør en stor indsats for at spare på energien i hjemmet, vil vi stadig have et stort behov for energi. Skal vi reducere CO 2 -udledningen yderligere, er det derfor nødvendigt med nogle alternative energikilder, som ikke producerer CO 2, eller som har en mindre CO 2 -udledning. Boligen er en af de helt store energislugere ikke mindst på grund af alle vores mange elektriske apparater. 65

65 KAPITEL 20 Boligen og CO 2 FORSØG: Bliv elsparedetektiv Du skal bruge: Opgave 7-11 på kopiark (se punkt 8 i lærervejledningen.) SparOmeter Liste med apparaters strømforbrug Se også sparetipsene i kapitel 23. Du skal nu i gang med at være elsparedetektiv og spørge dig selv: Hvor gik strømmen hen? 1. Beregn elforbruget på dit værelse Brug SparOmeteret til at måle de enkelte apparaters wattforbrug. Hvor mange kwh bruger du på 1 år? Alle apparater skal have wattforbruget påtrykt. Stemmer det angivne forbrug overens med dine målinger? 2. Beregn udgiften til dit elforbrug Hvad koster dit forbrug? Beregn din betaling til elselskabet, hvis 1 kwh koster 1,50 kr. Beskriv den metode, du har valgt til beregningen. Bemærk, at SparOmeteret også viser elforbruget omregnet til kroner. Det er forudprogrammeret med en elpris på 1,55 kr., men kan omprogrammeres se faktaark om SparOmeter i lærervejledningen. 3. Skriv hele klassens resultater ind i et regneark og beregn klassens samlede forbrug. 4. Sparemuligheder Lav en liste over måder, I kunne spare på, og beregn klassens samlede besparelser. Hvor mange penge kunne der spares, hvis alle klasserne på skolen gjorde det samme? 5. Lav en liste over alle elektriske apparater i dit hjem Beregn, hvad I kunne spare om året ved at slukke helt for apparaterne på kontakten (i stedet for at lade dem være på standby). 6. Aflæs jeres elforbrug på elmåleren Aflæs måleren på samme tidspunkt og ugedag med en uges mellemrum. Opstil en ligning, og tegn en graf, der viser sammenhængen mellem forbrug og pris. 7. Beregn det daglige elforbrug Ud fra jeres elmåler skal du beregne det gennemsnitlige daglige forbrug for din husstand. Resultaterne fra hele klassen sættes ind i et regneark. 8. Hvor meget kan I spare? Den næste uge skal I derhjemme gøre alt, hvad I kan, for at spare på el. Mål på samme tidspunkt som i opgave 7 (se punkt 8 i lærervejledningen), og sæt dine nye målinger ind i regnearket. Sammenlign resultaterne med dem fra ugen før. Beregn, hvor meget I kan spare på et år, hvis I fortsætter i denne stil. 66

66 KAPITEL 20 Husk at læse instruktionen til SparOmeteret, der er trykt i lærervejledningen, før du går i gang. Det må kun bruges i huse, der har HFI- eller HPFI-relæ. 67

67 KAPITEL 21 Alternative energiformer Alternative energiformer Vedvarende energikilder El kan produceres på kraft- og kraftvarme-værker, der fyrer med kul, olie eller naturgas, samt af vandkraftværker, vindmøller, biobrændselsanlæg, solceller og brændselsceller. Brændselsforbrug og miljøbelastning varierer imellem de forskellige teknologier. Vi taler om vedvarende energikilder, hvis vi ikke bruger af jordens opsparede ressourcer, som når vi fx afbrænder fossile brændstoffer. For affalds- og biobrændselsanlæg handler det om, at vi bruger affaldsprodukter som brændsel, hvor vi på samme tid kommer af med affald og producerer elektricitet. Der er mange måder at skaffe energi på. Her præsenterer vi en række forskellige måder, og så kan Der er masser af energi at hente ved at udnytte vind-, vand- og solkraft. Og så er det oven i købet godt for miljøet. I sammen med jeres lærer vælge at gå mere i dybden med nogle af dem. Opbevaring og handel Når solen skinner, eller vinden blæser, har vi masser af muligheder for at få energi, men hvad så på en råkold, vindstille og grå efterårsdag? Man kan gemme varmt vand i beholdere og elektricitet på batterier, men det er ikke nok til at sikre os en jævn energiforsyning. Kraft-varme-værkerne indrettes på at kunne bruge flere typer energi, alt efter sæsonen, og man kan udjævne sæsonsvingninger ved at handle over landegrænserne. Fx kan vi købe el af svenskerne og nordmændene, når store mængder smeltevand i elvene producerer meget el, mens de kan købe el af os i tørre perioder. En af de nye alternative energikilder, hvor der ikke er problemer med uønskede pauser i driften, er brændselscellen, hvor man ad elektrokemisk vej kan omdanne energien i fx metan og brint direkte til 68

68 KAPITEL 21 el. Der er derfor meget store forventninger til brændselscellen som fremtidig energiform. Danmark er langt fremme i udviklingen, men der mangler dog en del forskning endnu. Når du prutter, er du et rent biogasanlæg, og det, der lugter, er svovlforbindelser. Forskning i vedvarende energi Danmark er et af de lande i verden, der er længst fremme, når det gælder forskning i vedvarende energi. Askov Højskole startede fx tidligt med forsøg med vindmøller. Senere kom Dansk Folkecenter ved Udby i Thy, og de forsker nu også i brændselsceller. Forskningscenter Risø ved Roskilde Fjord står for en stor del af statens energiforskning. Her er man også med til at forbedre vindmøller og brændselsceller og eksperimenterer med andre energityper. Solenergi Solen er vores vigtigste energikilde. Uden den kunne der ikke være liv på jorden. Det er også varmen fra solen, der er skyld i vejrets og årstidernes vekslen. Solen opvarmer jorden. Jorden opvarmer derefter luften, som stiger til vejrs, hvorved der dannes højtryk og lavtryk. Derved opstår vindene, idet luften altid vil søge fra højtryk til lavtryk. Regn er en del af vejrfænomenerne. Når den falder på bjergene, forsyner den floder og vandfald med vand. Solen giver lys til fotosyntesen, så planterne kan vokse. Planterne, som solen giver liv, optager CO 2 og danner ilt og føde til dyrene. Vi kan udnytte solens energi direkte i form af solvarme eller i form af solceller. Solceller omdanner lys til elektrisk strøm. Solcellen er baseret på en halvleder af grundstoffet silicium. I en halvleder kan strømmen kun vandre den ene vej. Når solens stråler rammer solcellen, får dens elektroner tilført så meget energi, at de bevæger sig. Eftersom de kun kan bevæge sig i én retning, opfører de sig som den elektriske strøm fra et batteri. Denne strøm kan i princippet sendes ud i elnettet, men solcellen er stadig for dyr at producere i forhold til den effekt, man opnår. Solcellen er dog en god energikilde, hvor det ikke umiddelbart er muligt at have elledninger. Eksempelvis på en sejlbåd, på en ødegård i Sverige og på 69

69 KAPITEL 21 Alternative energiformer savannen i Afrika samt i mange lommeregnere. Biobrændsler Biobrændsler er planter eller planterester, der kan afbrændes og derved skabe energi, fx varme. Da vi i Danmark dyrker en del korn på markerne, får vi også en hel masse halm som restprodukt. Før i tiden blev det brændt af på markerne efter høst, men nu bliver det brugt i halmfyr, så energien udnyttes. Det kan være i private halmfyr på gårdene eller i et af de mange halmfyrede fjernvarmeværker. På samme måde kan træflis, som er et restprodukt fra skovdriften, anvendes til brændsel. Biobrændsler er CO 2 -neutrale. Det kulstof, de indeholder, kommer fra atmosfærens kuldioxid. Ved afbrænding bliver kulstoffet igen til CO 2 og vender på den måde tilbage til kuldioxidkredsløbet i naturen. Biogas Affald fra dyr og planter kan udnyttes, idet der udvikles en gasart, når det rådner. Dette er metangas og er kemisk set den samme CH 4 som den, der hentes op fra undergrunden. Det er en særdeles brændbar gas. Vi har biogasanlæg i Danmark, men det er endnu ikke lykkedes at få dem til at være rentable. Anlæggene kører på grønt affald fra husholdninger, som sorterer deres affald, og på gødning fra staldene. Du producerer i øvrigt selv biogas når du prutter, er du et rent biogasanlæg, og det, der lugter, er svovlforbindelser. Vandkraft I Sverige og Norge spiller vandkraft en stor rolle. Når smeltevandet kommer ned fra fjeldene, er det med en enorm kraft, som man udnytter til at lave elektricitet. Vandfald er blevet lagt ind i rør, og elvene er blevet opstemmet. Hermed kan man lede vandet gennem rør med turbineblade, der driver elgeneratorer. Udnyttelse af vandenergi har været kendt længe, fx i de gamle vandmøller, men teknologien er i dag mere avanceret. Bølgeenergi er en alternativ energiform, hvor vandet fx skubber en flad kasse, der ligger i vandoverfladen, op og ned. Kassen er fastgjort til et stempel i en cylinder på havets bund, så bevægelserne kan omsættes til elektricitet. Men der er lang vej endnu i forskningen, før bølgekraft bliver et reelt alternativ som energikilde. Brændselscellen En brændselscelle omdanner kemisk energi direkte til elektrisk energi ved en såkaldt elektrokemisk proces. Ved at anvende en brændselscelle omdannes brændslet (fx naturgas) direkte til elektrisk energi (strøm) samt kuldioxid og vand. Med brændselscellen dannes altså strøm direkte, mens der ved almindelig afbrænding kun dannes varme, som bagefter i et kraftværk omdannes til el. Brændslet kan være naturgas, brint, biogas og meget andet. Når brændselsceller er interessante, er det, fordi de kan lave strøm med stor virkningsgrad, og de eneste spildprodukter ved produktionen er vanddamp og kuldioxid (CO 2 ). Kuldioxid er, som vi har set, også en forureningsfaktor ved andre produktionsformer, men brændselscellen er mere effektiv end andre energiformer og udleder ikke så meget kuldioxid pr. produceret kw. Brændselsceller kan også køre på brint, og så er det eneste spildprodukt vand! På længere sigt kan vi forvente, at hver husstand vil have et brændselscelleanlæg, som kan forsyne familien med både el og varme. Brændselscelleanlæg kan laves lige fra meget små til meget store. Vindkraft Siden slutningen af 1100-tallet blev vindmøller, som kunne drejes op mod vinden, almindelige i Europa. Disse møller kaldes stubmøller og blev i gamle dage især brugt til at male korn til mel. Et af de første steder i Danmark, hvor man eksperimenterede med vindmøller til el, var på Askov Højskole i Askovs eksperimenter gav stødet til 30 små landsbyelværker, som dog ikke kunne klare konkurrencen fra de store elværker, da vekselstrøm- 70

70 KAPITEL 21 men blev indført. Men de to verdenskrige betød mangel på kul og olie, så vindenergi fik en ny chance. Under 1. Verdenskrig var der faktisk 250 elproducerende vindmøller i Danmark! Halvdelen af dem var i forbindelse med elværker, men i 1920 var der kun 75 små elværker tilbage, som brugte vindmøller, og i 1940 var tallet nede på 25. Først efter oliekrisen i 1970 erne startede udviklingen af de store elproducerende vindmøller, som vi kender i dag. I dag er vindkraft blevet en ubetinget succes. Næsten 15% af den danske elenergi produceres nu af vindmøller, og de største vindmøllefabrikker i verden er danske, med Vestas og NEG Micon som de to førende. Men samtidig med at der er rejst flere og stadig større vindmøller, er modstanden mod vindmøllerne også vokset. Modstanden går på, at vindmøllerne støjer og ikke ser godt ud i landskabet. Blandt andet derfor bygger man nu vindmølleparker på lavvandede grunde i havet ud for vores kyster. FAKTA Vindmøllens princip En moderne vindmølle har to eller tre vinger, og de er placeret på et møllehus, der kan drejes rundt, så vinden hele tiden rammer lige forfra. Vingerne drejer rundt, og vingeakslen er forbundet til en generator, der producerer strøm. Det gælder om, at der kommer mest mulig vind til møllen, så derfor er det bedst at placere møllen på et sted, hvor blæsten har frit løb. I den forbindelse taler man om ruhedsklasser. En ruhedsklasse er en betegnelse for, hvor meget der står i vejen for, at vinden når direkte ind på møllevingerne. Selve vingen er udformet på samme måde som en flyvinge, således at luften bevæger sig hurtigere på oversiden end på undersiden af vingen, idet vejen på oversiden af vingen er længere end vejen på undersiden. Forestil dig, at luften er delt i små selvtænkende bolde (molekyler), der bare vil lige hurtigt frem. I dette tilfælde er vejen frem så den vej, der går over eller under vingen. Dette skaber et undertryk på oversiden af vingen, der i et flys tilfælde får det til at lette og for vindmøllers vedkommende får vingen til at dreje rundt. Vindens vej over og under en vinge. 71

71 KAPITEL 22 Kroppens energiforbrug Kroppens energiforbrug Energiforbrug er mange ting Vi kan bruge noget af det, vi har lært om brændsel og maskiner, til at se med friske øjne på, hvad og hvor meget vi spiser. Tænk på dig selv som en forbrændingsmotor. Når du er forbrændingsmotoren, måles energien sædvanligvis i kilojoule (kj), mens den måles i kwh (kilowatt-timer), når der er tale om en maskine. Når du spiser, tilfører du kroppen brændstof og du får enten for meget, for lidt eller lige tilpas. Hvis kroppen får for meget, omdanner den det til et brændstof, som den kan lagre nemlig fedt. Dette brændstof skal du så gå og slæbe rundt på, og det kan være ret hårdt for kroppen. Hvis din krop får tilført for lidt energi, tærer den på fedtlagrene. Hvis du ikke har et fedtlager og får for lidt mad i længere tid, begynder kroppen at tære på muskelmasse m.m. og det er meget farligt. Så det handler altså om at have en kropsvægt, der er tæt på lige tilpas. Hvornår er kropsvægten tilpas? For at have et standardindeks for vægt har man opfundet et Body Mass Index (BMI). Det er din vægt divideret med din højde to gange. Formlen for BMI er resultatet af et videnskabeligt studie, hvor man har vejet og målt en meget lang række mennesker. Den giver en god ide om, hvordan din vægt er. Men der er naturligvis undtagelser: Hvis du har trænet meget og derved fået en stor muskelmasse, kan dit BMI ligge højt, uden at det betyder, at du har for meget fedt på kroppen. Verden er ikke sort og hvid, så pas på, når du bruger formlen. Kig på dig selv i spejlet og husk, at næsten alle teenagere synes, de er for tykke. Generelt er BMI lavt for yngre mennesker og højere for ældre mennesker. Du skal måle din højde i m og din vægt i kg. Det enkelte menneskes energibehov varierer meget og afhænger af alder, højde, vægt og aktivitetsniveau. FAKTA Energiprocentfordeling i fødevarer Her kan du se, hvordan den daglige anbefalede tilførsel af energi fordeler sig. Den måles i energiprocentfordeling (E%): Fedt: Højst 30 E% Kulhydrat: E% Protein: E% FAKTA Body Mass Index BMI = Vægten i kg Højden i m højden i m En person, der fx vejer 50 kg og er 165 cm høj, har et BMI på 19. Ifølge BMI-testen betyder det, at personen er undervægtig. Prøv at beregne dit eget Body Mass Index efter formlen herover. Når du har fundet tallet, kan du se, hvad det betyder, her i skemaet: Vægtkategori BMI Undervægtig <=19 Normal Overvægtig Svært overvægtig >=31 72

72 KAPITEL 22 Det er en stor belastning for kroppen at bære rundt på for meget fedt. Men det er lige så farligt at have for lidt så bliver man nemlig hurtigt syg! 73

73 KAPITEL 22 Kroppens energiforbrug EKSEMPEL Beregning af energiprocentfordeling (E): Når du udregner energiprocentfordelingen for protein, skal du gange med en faktor 17 (fordi der er 17 kj i ét gram protein). For kulhydrat er den også 17, mens den er 30 for alkohol og 38 for fedt. Eksempel 1: 25 g flødeost og 50 g franskbrød Indhold pr. 100 g: Flødeost: 33,9 g fedt, 2,5 g kulhydrat, 9,6 g protein Franskbrød: 4,3 g fedt, 51,3 g kulhydrat, 8 g protein Energibidrag: Protein: ((9,6/4) + (8/2)) 17 = 108,8 kj Kulhydrat: ((2,5/4) + (51,3/2)) 17 = 446,7 kj Fedt: ((33,9/4) + (4,3/2)) 38 = 403,8 kj I alt 959,3 kj Protein Kulhydrat Fedt Eksempel 2: 100 g flødechokolade, 100 g banan og 150 g sodavand Indhold pr. 100 g: Flødechokolade (mælk): 5,6 g protein, 62,1 g kulhydrat, 29,2 g fedt Banan: 1,3 g protein, 21,0 g kulhydrat, 0,3 g fedt Sodavand: 0,0 g protein, 9,9 g kulhydrat, 0,0 g fedt Energibidrag: Protein: (5,6 + 1,3 + (0,0 1,5)) 17 = 117,3 kj Kulhydrat: (62, (9,9 1,5)) 17 = 1665,2 kj Fedt: (29,2 + 0,3 + 0,0) 38 = 1121 kj I alt 2903,5 kj Protein Kulhydrat Fedt 74

74 Elforbrug i køkkenet KAPITEL 23 Elforbrug i køkkenet Madens indhold af energi Energi måles i joule, men der er stadig mange, der taler om kalorier, som man brugte tidligere. Vi kender vel alle udtrykket kaloriebombe om et meget energiholdigt (fedt) stykke kage. En kalorie svarer til 4,2 joule (J). En kalorie defineres som den mængde energi, der skal til for at opvarme 1 g vand 1 grad. En joule defineres som 1 watt i 1 sekund. Det betyder, at en 60 watt pære forbruger 60 joule i sekundet og har et energiforbrug på en time på 60 J gange 60 sekunder gange 60 minutter = 216 kj. Sparetips i køkken og bryggers En gennemsnitsfamilie i et enfamiliehus har et årligt elforbrug på ca kwh. Heraf går omkring 11% af forbruget til madlavning, hvis der er elkomfur og elovn. Boliger med elvarme bruger typisk kwh ekstra til opvarmning. Der er mange penge at spare, hvis man følger nogle helt enkle spareråd. Hvis man forestillede sig, at vi hen over natten skiftede alle vores apparater og lyskilder ud til de mest effektive modeller (energimærke A), så ville elforbruget ca. blive halveret. På dit lokale elselskabs hjemmesider eller på kan du finde mange flere spareråd og nogle elselskaber har endda udgivet kogebøger om energirigtig madlavning, som frit kan bestilles. Kogeplade Grydens eller pandens diameter skal passe til kogepladens. Bunden skal være plan. Hvis den er skæv eller bulet, bruges der op til 50% mere el end nødvendigt. Maden bringes i kog, og herefter skrues der så langt ned som muligt, uden at maden går af kog. Husk også at udnytte eftervarmen ved at slukke for retten, nogle minutter før den er helt færdig. Jo mindre vand der skal varmes op, des lavere bliver elforbruget. Der kan spares 30% ved kogning af kartofler eller grøntsager i lidt vand frem for at dække grydens indhold med vand. Den nødvendige mængde vand afhænger af grydens diameter: 14 cm gryde = 1 dl vand 18 cm gryde = 2 dl vand 22 cm gryde = 3 dl vand Læg tætsluttende låg på gryden. Uden låg bruges der tre gange så meget el. Ovn Ovnen bruger meget energi. Hvis flere retter kræver samme temperatur, kan de tilberedes samtidig, også selvom du ikke bruger varmluftovn. Det tager kun lidt længere tid med to eller tre retter frem for en enkelt. Sæt maden i kold ovn, og indstil den ønskede temperatur. Ved bage/stegetider på ½ time og derover skal der ikke lægges ekstra tid til. Sluk ovnen, 5-10 minutter før retten er færdig, så du udnytter eftervarmen. Grillen er dyr i drift, så brug den kun, når det er nødvendigt. Brug brødristeren, hvis du skal riste brød, og spar op til 90% el i forhold til ovnen! Elkedel Elkedlen bruger kun halvt så meget el, som hvis du opvarmer den samme mængde vand på komfuret i en kedel eller gryde. Brug vandstandsmåleren på elkedlen, og kog kun det vand, du har brug for. Afkalk kedlen jævnligt, da for meget kalk øger elforbruget. 75

75 KAPITEL 23 Elforbrug i køkkenet Køleskab og fryser Tjek temperaturen jævnligt. 5º C i køleskabet og -18º C i fryseren er passende. For hver grad, temperaturen sænkes yderligere, stiger elforbruget med 2-5%. Døre og låg skal slutte tæt. Tø dine frosne varer op i køleskabet. Hver gang du åbner køleskab og fryser, trænger varm luft ind, som igen skal køles ned. Åbn derfor i kortest mulig tid. Opvaskemaskine Skyl ikke af under rindende vand, skrab blot madresterne af. FAKTA Sæt straks den snavsede opvask i maskinen, så madresterne ikke når at tørre ind, og du dermed skal bruge et længere program. Fyld maskinen helt op, før du sætter den i gang. Vask altid på det kortest mulige program og med den lavest mulige temperatur. Vaskemaskine Fyld altid maskinen helt op to halvfyldte maskiner bruger mere el end én fyldt. Vask ved lavere temperatur. Skift fra 95 C til 60 C vask. (Både bakterier og husstøvmider bliver slået ihjel ved 60 C). Overvej, om 60 C vask kan erstattes med 40 C vask det nedsætter elforbruget med op til 35-45%. Spring forvasken over det skærer 20% af elforbruget. Brug spareprogrammer med omtanke korttidsvaskeprogrammer sparer tid, men el- og vandforbruget er stort set uændrede. Boligens fordeling af elforbruget (uden elvarme) Madlavning 11% Vask, tørretumbler 12% Køl og frys 20% Små apparater 11% Belysning 17% Opvaskemaskine 5% Tv, video og pc 15% Fyr, cirkulationspumpe 9% Kilde: Bedre Elvaner 76

76 KAPITEL 23 Elforbrugende apparater i køkkenet 77

77 KAPITEL 24 Fremtiden Fremtiden Ser du fremtiden som lys og ren? Når du har læst denne bog, er du blevet meget klog på el klogere end de fleste voksne faktisk. For selvom meget af stoffet er børnelærdom, også for de voksne, har de ikke altid fulgt med udviklingen men det har du vel allerede opdaget. Det betyder så, at der faktisk påligger dig et stort ansvar. Hvis dine forældre lever som i de glade 60 ere og bruger løs af energien, så er det måske dig, der skal begynde at opdrage lidt på dine forældre. Og måske skal du også selv til at ændre et par vaner. Fx tænke på, at opladeren til mobilen bruger strøm, hvis du lader den sidde i stikkontakten og at din computer, dit tv mv. bruger strøm, også selvom de kun er på standby. Vi håber, at du vil tænke på verdens tilstand og CO 2 -udledningen næste gang, du køber et elapparat til dit værelse og måske vil du endda ende som hele familiens energirådgiver, når der skal anskaffes nyt køleskab og lign. Her er det værd at huske, at de bedste pærer, hvidevarer mv. har et A-mærke, så de er nemme at kende. Bliver du taget med på råd ved køb af familiens næste bil, kan du jo også lige spørge forhandleren om CO 2 -udledningen. Prøv at få dig nogle fornuftige vaner, og spar energi, hvor du kan. Det gælder fx også, hvis du kan tage cyklen i stedet for at blive kørt det virker også på dit BMI! Der er ingen, der siger, at vi ikke skal bruge energi, for det ville være helt utænkeligt i vores samfund, men spar, hvor du kan for miljøets, din egen og kommende generationers skyld. Vil du vide mere om el, kan du besøge dit lokale elselskabs hjemmeside. Her er der masser af gode sparetips at hente, kogebøger til energirigtig mad og meget mere. På Elsparefondens hjemmeside, kan du finde lister over de apparater på markedet, som bruger mindst strøm. Der er lister over hvidevarer, stereoanlæg, fjernsyn, videoer og A-pærer, og flere varegrupper er på vej. 78

78 KAPITEL 24 79

79 INDEKS Indeks A Ampère, André-Marie 19 ampere 19, 31, 50 amperemeter 17, 23, 48 amperetal 14, 22, 31 A-pære 36, 37 B batteri 11, 14 Bell, Alexander Graham 27 biobrændselsanlæg 42, 68 bitumen 45 BMI 72 brændselscelle 42, 68, 70 bølgeenergi 70 C CO 2 58 CO 2 -udledning 52, 53, 58, 63, 65, 78 D dampmaskine 12 dampturbine 40 Davy, Humphrey 16 Diesel, Rudolf 40 dieselmotor 40 dynamoelektriske princip 28 dynamo 22, 28, 31 Indeks E Edison, Thomas Alva 27 effektloven 31 elektricitet 8-13, 28, 31, 52, 64, 68, 70 elektrofor 10 elektromagnetisme 18, 19, 24 elektromotor 21, 28, 29 elektron 11, 14, 69 elforbrug, fordeling af 76 elmotor 24, 50 emulgering 45 energisparepære 36 EU-Kommissionen 63 F Faraday, Michael 19 Finsen, Niels R. 39 Finsens medicinske Lysinstitut 39 fonograf 27 formodstand 50 fossile brændstoffer 43 fotosyntese 58 Franklin, Benjamin 12, 13 G Galvani, Luigi 12, 13 galvanisk element 12-14, 16 generator 11, 19, 22, 28 Gilbert, William 10, 11 gnidningselektricitet 10 Gramme, Zenobe 28 H halmfyr 70 HFI-relæ 64, 67 Hjort, Søren 28 HPFI-relæ 64 højrehåndsreglen 20, 21 I induktion 19, 23 industrialisering 12 industrielle revolution 24 infrastruktur 52, 62 ion 14 J joule 75 jævnstrøm 14, 16 jævnstrømsværk 40, 43 80

80 INDEKS K kilojoule 72 koks 54 kraftlinjebegrebet 19 kraft-varme-værk 42 kredsløb 14, 17 kredsløb, serielle 14, 16 kredsløb, parallelle 14, 16 kulbuelampe 16 kuldioxid 58 kultveilte 58 Kyotoaftalen 58, 60 L lavvolthalogenpære 36 leydnerflaske 12, 13 lillefingerreglen 21 lyn 10, 12, 13 lysdiode 37 lysstofrør 11, 36 M magnetfelt 11, 19, 20, 21, 22, 23 magnetpol 18 magnetisme 8, 18, 20, 28 metangas 70 Morse, Samuel 24, 27 Musschenbroek, Pietr van 12, 13 Møller, A.P. 57 N naturgas 42, 43, 45 NEG Micon 71 nordpol, magnetiske 18 O offentlige sektor 52 Ohm, Georg Simon 50, 51 Ohms lov 50, 51 oliekrisen 42, 54 orimulsion 43, 45 P parallelle kredsløb 14, 16 Parsons, Charles 40 primærspole 46 R Reis, Philipp 27 ruhedsklasse 71 S sekundærspole 46 Selskabet for Naturlærens Udbredelse (SNU) 19 serielle kredsløb 14, 16 SI-enhed 50 Siemens, Werner von 28 silicium 69 solcelle 42 sparetips 75, 78 spænding 31, 50 statisk elektricitet 8, 10, 11, 12, 13, 18 stempeldampmaskine 28 strømstyrke 14, 17, 22, 31, 49 sydpol, magnetiske 18 T telefon 27 telegraf 24, 26, 27, 28 Tesla, Nikola 18, 19 transformersætningen 49 V Van Musschenbroek, Pietr 12, 13 Van Der Graff 11 vekselstrøm 16, 19, 22 vekselstrømsgenerator 19, 22 velfærdssamfundet 52 Vestas 71 vindkraft 43, 45, 70, 71 vindmølle 12, 42 volt 11, 31, 50 Volta, Alessandro 10, 11, 13 voltasøjle 13 voltmeter 17 Von Siemens, Werner 28 W watt 31 Ø Ørsted, H.C. 19, 24, 28 81

81 TIDSLINJE Tidslinje Tidslinje 600 f.kr. En græker opdager, at små ravstykker kan tiltrække fjer 1540 Magnetfeltet om jorden og elektrisk tiltrækning opdages af Gilbert 1746 Leydnerflasken opfindes 1752 Franklin viser, at lyn er elektriske 1786 Galvani, animalsk elektricitet 1800 Volta opfinder batteriet 1810 Elektrisk lys opdages 1820 Eletromagnetismen opdages af H.C. Ørsted 1831 Faraday opdager induktion 1843 Telegrafen introduceres 1843 Søren Hjort tegner en dynamo 1866 Siemens udvikler sin dynamo 1869 Jævnstrømsgeneratoren opfindes 1876 Telefonen opfindes 1879 Glødelampen opfindes 1879 Det første elektriske lysanlæg i Danmark installeres hos Burmeister og Wain 1882 Vekselstrømsgeneratoren opfindes 1891 Første private elværker i Odense og Køge 1892 Første offentlige elværk i København (Elektrisk Station) 1897 Sporvogne kører på akkumulatorer, der oplades på Kongens Nytorv (Elektrisk Station) 1899 Sporvogne med trolley (slæbesko, der holder kontakt til en strømførende ledning) 1908 Skovshoved Elektricitetsværk det første vekselstrømsværk Verdenskrig bryder ud 1914 Den elektriske gadebelysning i København udgjordes af 268 kulbuelamper 1920 H.C. Ørsted Værket tages i brug 1920 Det vedtages at gå gradvist over til elektrisk gadebelysning 1928 Vekselstrømsnettet udbygges 1930 Van Der Graff opfinder generatoren 1932 Gothersgade Elværk i København bliver det første kraft-varme-værk Verdenskrig bryder ud 1940 Danmark besættes 1959 Svanemølleværket er fuldt udbygget 1962 DUC stiftes 1963 De sidste gadelamper med gas slukkes 1971 Danmark finder olie 1972 DONG stiftes 1973 Oliekrisen bryder ud 1985 Danmark forkaster brugen af atomkraftværker 1988 Elselskabernes energirådgivning igangsættes 1997 Elsparefonden oprettes 2001 Kyotoaftalen forhandles på plads 2002 Elselskabernes skolebog udgives første gang 2003 Elselskabernes skolebog udgives anden gang og gasselskaberne udgiver bogen om Den Naturlige Gas 82

82 Her er virkelig tale om en ny, alsidig og spændende undervisningsbog med fokus på el, energi og energibesparelser. Bogen om Energien er særdeles velegnet, både til erstatning af og som supplement til den nuværende undervisning i fysik/kemi for klasser. Materialet er et overblik over brugen af og forskning i elektricitet gennem tiderne og en grundbog i undervisningsarbejdet med elektricitet, energi og forurening. Bogen indeholder en række spots, der hver for sig kan bruges som appetitvækker til at trænge dybere ned i et emne. Også i det tværfaglige samarbejde i emner som historie, elektricitet og velfærd vil Bogen om Energien være yderst velegnet. Palle Hansen, formand for Danmarks Fysik- og Kemilærerforening. Elselskaberne i Danmark gennemfører fælles oplysningskampagner for at hjælpe dig med at reducere energiforbruget. Kampagnerne administreres af foreningen for de danske eldistributionsselskaber, ELFOR. Elsparefonden er en uafhængig fond med egen bestyrelse under Økonomi- og Erhvervsministeriet. Fonden skal fremme elbesparelser og en mere effektiv elanvendelse. De danske naturgasselskaber, Hovedstadsregionens Naturgas I/S, Naturgas Midt-Nord I/S, Naturgas Fyn I/S og DONG A/S, forsyner flere end hustande med naturgas. I fællesskab koordinerer de gasselskabernes energispareaktiviteter og igangsætter projekter, der kan bidrage til energibesparelser i boliger og i virksomheder. Aktiviteterne er gasselskabernes bidrag til at opfylde samfundets krav om fremme af energibesparelser. 2. udgave