Energiopgave til uge 44 Sonja Prühs Opgave 1) Beskriv en energistrøm med de forskellige energiformer energistrømmen går igennem fra solen til jorden og tilbage til universet. Energistrømmen I vælger skal igennem både planter og dyr og indeholde mekanisk energi. På BB blev der spurt om du kunne give et eksempel til denne opgave. Da du ikke svarede, havde jeg problemer med at løse denne opgave. I stedet for vil jeg beskrive mekanisk energi. For at have mekanisk energi, skal man have en sammenhæng mellem potentiel- og kinetisk energi. Vigtigt er, at potentiel energi oftest er bundet til tyngdekraften, da man snakker om et legemes potentiale til at falde, og udløse bevægelsesenergi som er kinetisk energi. Jeg har fundet et godt eksempel med et pendul som eksempel: Når pendulet er i sin maksimale højde, er der en brøkdel af et sekund, hvor den rent faktisk står stille, og derfor ingen kinetisk energi har, derimod har den sin højeste potentielle energi og vil svinge igen pga. tyngdekraften. På vej "ned" (i tyngdekraftens retning) i svinget vil den kinetiske energi øges, fordi tyngdekraften påvirker pendulet til at falde, mens den potentielle energi vil dale. Dette vil ske omvendt proportionelt mellem de to energistørrelser. I midten af svinget, hvor pendulet befinder sig lavest, i forhold til de andre positioner det har, er dets potentielle energi 0 mens den kinetiske er på sit højeste. Efter dette punkt vil pendulet bevæge sig mod tyngdekraften, og det omvendte vil ske med der to energistørrelser. Altså, den potentielle energi vil øges, og kinetiske energi vi dale, indtil den er 0, og en repetition vil forekomme. Her er det tydeligt at tyngdekraften har en afgørende rolle, da dette mekaniske arbejde ikke ville kunne fungere uden. 1 Opgave 2a) Hvad koster en kj (kilojoule) når man vil opvarme sit hus med: i. Fyrretræ: pris 350kr./rummeter, (en rummeter tørt fyr vejer 360kg.) Fyrretræ øvre brændværdi = 16,3 Mj/kg 16300 Kj/kg. 1kg fyrretræ = 350kr./ 360kg = 0,972kr./kg 1Kj koster så 0,972/16300=0,000059kr./Kj. 1 http://orbitcstx.systime.dk/fileadmin/filer/orbit_c_stx/energi/pendul.htm
ii. Bøgetræ: pris 400kr./rummeter, (en rummeter tørt bøg vejer 480kg.) Bøgetræ øvre brændværdi = 15,9MJ/kg 15900KJ/kg. 1kg bøgetræ = 400kr./ 480kg. = 0,833kr./kg. 1KJ koster så 0,833/15900=0,000052kr./KJ. iii. Fyringsgasolie: pris: 7,90kr./L, (massefylde:0,83kg/l) Fyringsgasolie øvre brandværdi = 44,4MJ/kg 44400KJ/kg. 1kg fyringsgasolie = 7,90kr./L / 0,83kg/L = 9,52kr./kg. 1KJ koster så 9,52/44400=0,0002kr./kg. iv. El: 1kwh koster 1,60kr. (1 kwh = 3,6MJ) El: 1kwh = 3600KJ. 1KJ el koster så 1,60kr./3600KJ=0,0004kr./KJ Opgave 2b) Hvor stort er energiforbruget i jeres hus pr. år i antal kwh (1kwh = 3,6Kj) Jeg er ikke helt sikkert, men jeg tror der bliver brugt fyringsgasolie til at opvarme huset. Øvre brandværdi 44,4MJ/kg. Der bruges ca. 8400kg. 44,4 Mj/kg * 8400kg = 372960MJ /3,6Mj = 103600kwh. Opgave 3a) Hvor stor er bilens mekaniske energi på toppen af himmelbjerget? Mbil = 1100kg Hhimmelbjerget = 147m g = 9,8m/s 2 Emek = Epot + Ekin, bilen står stille på toppen af bjerget derfor er der ingen Ekin. Derfor kan man bare udregne Emek = Epot 147*9,8*1100 = 1584660J
Opgave 3b) Hvor stor er bilens hastighed når den når bunden af himmelbjerget? Bilens Mmek er den samme på bunden som ved toppen, men Mpot vil nu være 0 og derfor skal man regne 1584660J = ½*1100kg*v 2 v = (1584660j/(½*1100kg))=53,68m/s Opgave 3c) Der er i mellemtiden sat en kraftig mur op for foden af himmelbjerget. Bilen kører ind i muren. - Hvad sker der nu med bilens energi? Energien fra bilen bliver overført til muren og omdannet som termisk energi. Opgave 4a) Beskriv kort opfinderens ide med at kalde 4.1) og 4.2) evighedsmaskiner, og beskriv så hvorfor at opfindelserne alligevel ikke kan køre evigt. Ide bag den første evighedsmaskine (altså 4.1) er, at der hele tiden skulle sendes energi fra den ene kugle til den anden og det hele tiden uden tab af energi (så kunne maskinen også lykkes), men da energien ville forsvinde i form af gnidningskraft og luftmodstand holder evighedsmaskinen på et tidspunkt op med at køre. Ide bag den anden evighedsmaskine (4.2) er, at opdriften fra propperne skal sætte bevægelser i hjulene i gang, men her findes også energitab i form af gnidningskraft. Kemisk energi Opgave 1) a) Afstem forbrændingsreaktionen: C 6 H 12 O 6 + O 2 CO 2 + H 2 O Afstemt forbrændingsreaktion: C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 6 CO 2 + 6 H 2 O b) Kurt tænder for en gasvarmer i et partytelt. Gassen gasvarmeren forbrænder er butan. 1) Hvad sker der rent kemisk i gasvarmeren? 2 C 4 H 10 + 13 O 2 8 CO 2 + 10 H 2 O
2) Hvorfor dugger det på indersiden af partyteltes vinduer? Det er på grund af, at der opstår vanddamp fra forbrænding i gasvarmeren og når den varme vanddamp møder de kolde teltvinduer så fortættes vanden og det fremkalder dugge. c) Du har lige hældt 1kg benzin på din bil. 1) Opstil reaktionen for den forbrænding som foregår i bilens motor og afstem reaktionen. 2 C 8 H 18 + 25 O 2 16 CO 2 + 18 H 2 O Opgave2) 2) Hvor meget vand kommer der ud af udstødninger ved at forbrænde 1kg benzin? M(H 2 O) = 18,02 g/mol M(C 8 H 18 ) = 144,23 g/mol (rho) massefylde (C 8 H 18 ) = 0,702g/ml 1liter oktan i mol: m= rho*v, m=0,702g/ml*1000ml=702g/144,23g/mol=4,87mol. Forholdet mellem oktan og vand er 1:9, altså 9*4,87mol= 43,83mol H 2 O. Massen af vand: m=n*m m=55,35mol*18,02g/mol = 997,4g 1,42liter oktan kommer på 1kg så det gælder 997,4g*1,42= 1416g dvs. 1,42kg vand når der bliver forbrændt 1kg oktan a) Hvad ser du, hvad består stoffet af rent kemisk og hvor kommer det fra? På kniven kan man iagttage, at der har sættet sig sod på. Det er carbonatomer som man ser på kniven. Opgave3) Jeg har desværre ingen forstand på motorer og har bare fundet et billedet på nettet undskyld!
Opgave4) Teknik a) Begrund med baggrund i fælles mål hvorfor/hvorfor ikke motorer er relevant i N/T Som navnet natur/teknik allerede siger af sig selv, så indeholder faget også noget teknisk. Derfor er det selvfølgeligt også relevant at tage motorer med i undervisning. Eleverne arbejder med apparater og installationer fra deres hverdag. Mere sammensatte tekniske anlæg på fx fabrikker og rensningsanlæg inddrages. Arbejdet omfatter eksempler på samspillet mellem menneske, natur og den teknologiske udvikling. Begrebet bæredygtig udvikling indgår i dette samspil 2 Teknik som fællesmål i N/T svarer kun til en meget lille del i forhold til at eleverne skal lære noget om deres omgivelse med naturen og deres egen krop, derfor skal man være forsigtig med at inddrage kun den ønskede del i undervisning. Man skal tage hensyn til alle fællesmål og ikke bare specialisere sig på fx motorer. b) Hvordan kunne den overordnede struktur for et uv.forløb heri se ud? Lektioner Emne Mål Materialer 1-2 Foredrag af læreren om emnet bæredygtighed i sammenhæng med at forklare forskellen mellem ressourcer som er bæredygtig og ressourcer som ikke er det. Fornemmelse af, hvor vigtig det er at bevare/beskytte de ressourcer som ikke er bæredygtig 3-4 Introduktion til forskellige motorer som producerer energi 5-6 Ekskursion til lufteller vandkraftværk Forståelsen af motorens opbyggning At sætte det teoretiske med det praktiske sammen og kunne dermed får en bedre forståelse og fremme undren og interessen 2 http://www.uvm.dk/service/publikationer/publikationer/folkeskolen/2009/faelles%20maal%20 2009%20-%20Natur%20teknik.aspx?fullpub=1