Orkan

1. Orkan

2. Eðli orkunnar • Orku má skilgreina sem hæfni til þess að framkvæma vinnu. • Ef hlutur eða lífvera framkvæmir vinnu (beitir orku til þess að færa hlut úr stað) notar hluturinn eða lífveran orku. • Hlutir geta tekið til sín orku t.d. kúlu sem er kastað.

3. Myndir orkunnar • Orka birtist í margvíslegum myndum • 6 helstu orkumyndirnar: • Hreyfiorka = breytum efnaorku fæðuefna í hreyfingu og efni sem er á hreyfingu býr til orku. • Stöðuorka = hlutur býr yfir orku sem ræðst af því hvar hann er staðsettur. • Varmaorka = hreyfiorka sem breytist í varmaorku (hreyfing einda) • Efnaorka = kraftar sem halda saman frumeindum. • Rafsegulorka = t.d. ljós • Kjarnorka = samþjappaðasta mynd orkunnar. Í miðju frumeinda er kjarni þar sem kjarnorkan á upptök sín; hún losnar úr læðingi sem varma- og rafsegulorka þegar kjarninn klofnar. Losnar einnig þegar léttir kjarnar rekast saman á miklum hraða og sameinast.

4. Hvað er varmi? • Varmi er í daglegu tali notað sem annað orð yfir hita eða yl. • Menn héldu fyrst að varmi væri sérstakt efni sem þeir kölluðu ylefni. • 1798 sannaði BenjaminThomson (Rumford greifi) að varmi er ekki efni. • Tilgáta Thomsons byggðist á því að varmi grundvallaðist á hreyfingu efnisins þ.e. hlutir á hreyfingu skapa varma

5. Hvað er varmi? • 40 árum síðar staðfesti JamesPrescottJoule tilgátu Thompson og komst jafnframt að því að eftir því sem hreyfingin var meiri þeim mun meiri varmi myndaðist. • Varmi er því ein mynd orkunnar og tengist á einhvern hátt hreyfingu sameinda. • http://phet.colorado.edu/en/simulation/states-of-matter-basics

6. Varmaflutningur • Varmaorka flyst frá heitum hlutum til þeirra sem kaldari eru. • Þessi tilfærsla á varma kallast varmaflutningur. • Varmi flyst á milli hluta með: • Varmaleiðingu • Varmaburði • Varmageislun varmaleiðing varmaburður geislun

7. Varmaflutningur • Varmaleiðing: • Þegar varmi flyst frá einu efni til annars með beinni snertingu milli sameinda, þ.e. orkan berst frá einni sameind til annarrar. • Á sér stað í föstu efni, vökvum og lofttegundum. • Sum efni leiða betur og hraðar en önnur og kallast góðir varmaleiðarar t.d. silfur og kopar. Sum efni leiða varma illa og eru þá notuð á stöðum þar sem varmi á ekki að leiða hratt, t.d. skaft á steikarpönnur.

8. Varmaflutningur • Varmaburður: • Þegar varmi berst með straumi straumefnis, þ.e. lofttegundum og vökvum. • Þegar straumefni hitnar taka sumar sameindir þess að hreyfast hraðar og lengra verður á milli þeirra en áður. Þegar þetta gerist verður eðlismassi þessa hluta straumefnisins minni. Þá verða sameindirnar ekki eins þéttar. • Vegna þess að heiti hluti straumefnisins er eðlisléttari en straumefnið í kring stígur það upp og skapar strauma sem bera með sér varma.

9. Varmaflutningur • Varmageislun: • Orkuflutningur í formi ósýnilegra, innrauðra geisla. • Varmi berst til jarðar frá sólu með varmageislun.

10. Varmaleiðni, varmaburður og varmageislun

11. Hiti og varmi • Hiti og varmi er ekki það sama! • Hiti er mælikvarði á meðalhreyfiorku sameindanna. • Varmi er ein mynd orku. Hversu mikil orkan er fer ekki bara eftir því hversu hluturinn er heitur, heldur líka eftir því hve mikið er af honum.

12. Í heilu baðkari af 40°C heitu vatni er miklu meiri varmaorka en í einum bolla af 70°C heitu kaffi. 40° 70° Bollinn er heitari en...... Baðið býr yfir meiri varma

13. Hiti mældur • Hitamælir er tæki sem mælir hita. • Hvers vegna rís súlan í hitamælinum eftir því sem hitinn er meiri? • Eftir því sem vökvinn í súlunni hitnar meira, þeim mun hraðar hreyfa sameindir vökvans sig og því meira verður rúmmál hans og því hærra stígur súlan í pípunni. • Hitamælar sýna hitann oftast í Celsíusgráðum en eining fyrir hita í alþjóðlega SI-kerfinu er þó Kelvin og er þá talað um Kelvinkvarðann. • Þegar við breytum gráðum á Celsíus yfir í Kelvin þá bætum við alltaf 273 við. • Við hvaða hitastig á Kelvin sýður vatn? • 373 K • Lægsti hiti sem til er nefnist alkul og er 0 K. Hversu margar gráður er það á Celsíus? • -273°C • Hvað heldur þú að eigi sér stað við alkul? • Hreyfing sameinda stöðvast og hreyfiorka þeirra jafngildir núlli.

14. Hitaþensla • Flestir hlutir þenjast út þegar þeir hitna og verða eðlisléttari, þ.e. sami massi tekur þá meira pláss

15. Vatn og eðlismassi • Undantekning frá þessu er vatn sem er eðlisþyngst við 4°C og byrjar þá að þenjast lítillega út þrátt fyrir kælingu. • Vatn verður því eðlisléttara við kælingu undir 4°C. • Hvaða áhrif hefði það á líf á jörðinni ef ís væri eðlisþyngri en vatn? • http://visindavefur.hi.is/svar.php?id=1386

16. Þrautalausnir • Málmtappi er svo fastur á tómatsósuflösku að þú nærð ekki að skrúfa hann lausan. Hvernig gætir þú notfært þér þenslu og/eða samdrátt efna til þess að losa um tappann? • Tvö glös eru föst saman, hvort ofan í öðru. Hvernig gætir þú notfært þér þenslu og/eða samdrátt efna til þess að losa um glösin? • Hvers vegna er reglulegt bil milli eininga í járnbrautarteinum og steinsteyptum gangstéttum og götum?

17. Hitamælingar • Varmi er oft mældur í einingum sem kallast Kaloríur (eða hitaeiningar). • 1 kaloría er sá varmi sem þarf til að hita 1 gramm af vatni um 1°C. • Einingin Júl er notað fyrir orku og vinnu og er sú orka sem matvæli gefa oftast gefin upp bæði í kílókaloríum (Kcal) og kílójúlum (kjúl) • 1 júl = 0,24 kaloríur og 1 kaloría = 4,2 júl. • Athugið næringargildismiða á nokkrum matvælum

18. Eðlisvarmi efna • Efni taka misjafnlega vel við varma og sami varmi veldur mismikilli hitabreytingu hjá mismunandi efnum. Það, hversu vel efni taka til sín varma; nefnist eðlisvarmi. Sjá töflu bls. 39 • Eðlisvarmi efnis er sá varmi sem þarf til þess að hita 1 gramm efnisins um 1°C og er mældur í kaloríum (eða júlum). • Eðlisvarmi vatns er 1 kal/g°C

19. Hæfnisþjálfun • Skv. töflunni bls. 39 er eðlisvarmi áls 0,22 kal/g°C og kvikasilfurs 0,03 kal/g°C. Hvort er ál eða kvikasilfur fljótara að hitna? • Kvikasilfur þar sem það þarf einungis 0.03 kaloríur til að hita 1 g af kvikasilfri um 1°C • Hversu margar kaloríur taka 10 g af vatni til sín þegar það hitnar um 5°C? • Varmi = 10g •5°C •1,0 kal/g°C = 50 kaloríur • Hversu margar kaloríur taka 10g af áli til sín þegar það hitnar um 5°C? • Varmi = 10g •5°C • 0,22 kal/g°C = 11 kaloríur

20. Lögmálið um varðveislu orkunnar • Heildarmagn orkunnar í alheimi breytist ekki. Orka breytist úr einni mynd í aðra en hana er hvorki hægt að skapa né eyða. • Dæmi: Plöntur breyta orku sólarljóssins í efnaorku í sameindum sínum. Dýr éta plönturnar og breyta efnaorkunni í hreyfiorku þegar þau færa sig úr stað og í varmaorku sem heldur líkamanum heitum.

21. Hitun, kæling og einangrun • Maðurinn getur nýtt þekkingu sína á eðli varmans til að stjórna hitastiginu í vistarverum okkar. • Hita- og kælikerfi byggja á varmaflutningi og breytingu orkunnar úr einni mynd í aðra. • Helstu varmagjafar sem notaðir eru til upphitunar eru: • Eldsneyti (kol, olía og timbur) • Rafmagn • Jarðvarmi (Hér á landi eru langflest hús hituð upp með jarðvarma)

22. Jarðhitasvæði á Íslandi • Jarðhitasvæðum er skipt í lághitasvæði og háhitasvæði. Skiptingin fer eftir hitastigi vatnsins á 1000 metra dýpi. • <150°C = Lághitasvæði • >150°C = Háhitasvæði • Jarðhitaorka er endurnýjanleg orkulind sem hægt er að virkja með sjálfbærum hætti. • Sjá myndbönd og verkefni frá OR http://fraedsla.or.is/vatn/heittvatn/hahitasvaedi/ http://fraedsla.or.is/vatn/heittvatn/laghitasvaedi/ http://fraedsla.or.is/media/PDF/Vatn_7__Saga_hitaveitu.pdf - heimaverkefni http://fraedsla.or.is/vatn/heittvatn/hofudborgarsvaedid/ - heimaverkefni

23. Jarðhiti á Íslandi Jarðhiti á Íslandi á rætur að rekja til úrkomu sem kemst í snertingu við heitan berggrunn líkt og gerist á flekamótum víðast annars staðar á jörðinni. Tengslin við eldvirknina eru þó mismikil, mest á háhitasvæðum sem eru öll tengd virkum eldstöðvum eða kvikuinnskotum. http://www.os.is/jardhiti/

24. Jarðhiti á Íslandi • Íslendingar hafa nýtt sér jarðhita frá upphafi landnáms http://www.os.is/jardhiti/jardvarmanotkun/nr/39

25. Einangrun og kælikerfi • Með einangrun má draga úr varmatapi sem verður vegna varmaleiðingar. Til einangrunar eru notuð efni sem leiða varma illa t.d.einangrunarplast, glerull og steinull. • Í kælikerfum er raforka notuð til að fjarlægja varmaorku úr vistarverum fólks eða t.d. út kæliskápum.