Energi:2
Energiomvandlingar
Enligt energiprincipen kan olika former av energi omvandlas till andra energiformer. I princip allt som sker innebär omvandling av energi. Vid energiomvandlingar ökar den totala entropin. Man får värmeutveckling i form av rörelseenergi hos atomer och molekyler.
|
|
||
Energiomvandlingar vid fall
En simhoppare påverkas av gravitationskraften och får en allt högre hastighet tills hon slår i vattnet. Lägesenergin omvandlas under hoppet till rörelseenergi. Vid nedslaget övergår energin till värmerörelse hos vattenmolekylerna.
Verkningsgrad
Vid energiomvandlingar får man sällan till 100 % den energiform man önskar. Ofta används uttrycket "energiförlust" trots att energi enligt energiprincipen inte kan förstöras. Förlusten sker till exempel genom att det till följd av friktion bildas värme. Energin förloras i den meningen att vi inte kan använda den. Verkningsgraden definieras som förhållandet mellan nyttiggjord och tillförd energi. Teknikutveckling handlar ofta om att öka verkningsgraden genom att minska energiförlusterna. En bensindriven personbil har en verkningsgrad på 30 %. Det betyder att 70 % av den kemiska energin i bensinen, som frigörs vid förbränningen, inte bidrar till att driva bilen framåt. Ibland används begreppet systemverkningsgrad. När denna beräknas tar man hänsyn till all energi som används för att få fram det önskade energislaget. I exemplet med bilen går det åt energi för att få upp oljan ur jordskorpan, raffinera den och transportera den till tankstället. Vid jämförelse av olika fordonsbränslen är det viktigt att titta på systemverkningsgraden och inte enbart vad som sker i bilen.
Geiranger, Norge
Energikvalitet
De olika energiformerna är inte lika användbara när det gäller att omvandla energin till en form som vi kan använda, t.ex. mekanisk energi. Begreppet energikvalitet används för att beskriva skillnaden i användbarhet. Elektrisk energi har hög kvalitet eftersom den lätt kan omvandlas till de flesta andra energiformer. Mekanisk energi har ganska hög energikvalitet genom att den relativt enkelt kan omvandlas till elektrisk energi. Värme med låg temperatur är däremot svår att omvandla till något annat och sägs därför ha en låg energikvalitet. När man i dagligt tal pratar om "energiförbrukning" menas omvandling av en energiform med hög kvalitet till en energiform med lägre kvalitet.
Enheter för effekt och energi
Enheten för energi är 1 Joule (J). Med effekt menas den mängd energi som omvandlas per sekund. Enheten för effekt är 1 watt (W); 1 W = 1 J/s. Förr mättes effekten i hästkrafter (hk) och man ser fortfarande denna enhet användas för t.ex. bilmotorer (1 hk = 735,5 W). En glödlampa med effekten 60 W omvandlar varje sekund 60 J av elektrisk energi till ljus (10 %) och värme (90 %). En lågenergilampa har högre verkningsgrad genom att en större andel av energin omvandlas till ljus (50 %) och en mindre mängd värme (50 %) alstras. Det räcker därför med effekten 11 W på en lågenergilampa för att ge samma mängd ljus som från en 60 W glödlampa. Energiförbrukning anges i enheten watt-timmar, Wh. En apparat med effekten 1 W som används under 1 h förbrukar energimängden 1 Wh. I praktiken kommer man snabbt upp i så stora värden att det är enklast att tala om kilowattimmar, kWh. När ett helt lands energiförbrukning ska beskrivas används ännu större enheter.
Vattenkraftverk
Istället för vatten i älvfåran produceras 630 GWh elektricitet per år vid Trängslet i Dalarna.
Energiomvandling i kraftverk
Elektrisk energi är den energiform som är mest användbar. Vi kan utnyttja den till hushållsapparater, uppvärmning, belysning, transporter och mycket annat. För att producera elektrisk energi använder vi kraftverk där elektricitet alstras i en generator. I generatorn omvandlas rörelseenergi till elektrisk energi genom att en ledning rör sig i ett magnetfält. Rörelseenergin kommer från en turbin som snurrar. Det finns många typer av kraftverk. Det som skiljer dem åt är på vilket sätt turbinen sätts i rörelse. I vattenkraftverk och vindkraftverk utnyttjas rörelseenergin i vatten och vind. En annan metod bygger på att het ånga som bildas vid förbränning av kol, olja eller biobränslen driver runt en ångturbin. Även kärnkraftverk innehåller ångturbiner.
Principen för en generator
En generator används för att omvandla rörelseenergi till elektrisk energi. I olika typer av kraftverk utnyttjas vind, rinnande vatten, havsvågor eller het ånga för att sätta en turbin i rörelse. Turbinens rörelse överförs till generatorn där en elektrisk ledning och ett magnetfält rör sig i förhållande till varandra. På detta sätt uppstår en elektrisk ström i ledningen.