Dane INFORMACYJNE

2. Dane INFORMACYJNE • Nazwa szkoły: Zespół Szkół w Ludomach, • Publiczne Gimnazjum w Człopie • ID grup: • 98_33_MF_G2_98/7_MF_G1 • Kompetencja: • Fizyczno- matematyczna • Temat projektowy międzygrupowy: • Energia • Semestr III /rok szkolny: 2010/11

4. Definicja energii Energia to zdolność do wykonania pracy. Zasada zachowania energii Energia nie powstaje z niczego ani nie znika, może tylko zmieniać postać.

5. Różne formy energii Istnieją różne rodzaje energii. Oto niektóre z nich: Energia kinetyczna Energia potencjalna ciężkości Energia potencjalna sprężystości Energia wewnętrzna Energia chemiczna Energia elektryczna Energia jądrowa Energia promieniowania

6. 1.Energiakinetyczna Związana jest z ruchem. Im szybciej ciało się porusza, tym większą ma energię kinetyczną. 2.Energia potencjalna ciężkości Kiedy podnosimy jakiś przedmiot na pewną wysokość, to zwiększamy jego energię potencjalną. Jest tym większa, im wyżej znajduje się ciało.

7. 3.Energia potencjalna sprężystości Napięta sprężyna ma pewną energię, dzięki temu może np. napędzić zegar mechaniczny lub samochodzik na sprężynę. 4.Energia wewnętrzna Energia cząsteczek ciała związana z jego temperaturą i stanem skupienia. Gdy podgrzewamy ciało, zwiększamy jego energię wewnętrzną.

8. 5.Energia chemiczna Spalając benzynę czy węgiel, wyzwalamy zawartą w nich energię. Jest to główne źródło energii dla ludzkości. Każdy z nas może żyć tylko dzięki energii chemicznej zawartej w pożywieniu. 6.Energia elektryczna To postać energii najłatwiejsza do przesyłania i zamiany na inne rodzaje. Dlatego większość urządzeń, z których korzystamy, zasilana jest właśnie tą energią.

9. 7.Energia jądrowa Korzystamy z niej w elektrowniach jądrowych. Ale nie tylko tam: także Słońce świeci dzięki przemianom jądrowym zachodzącym w jego wnętrzu. 8.Energia promieniowania Światło, ultrafiolet powodujący opalanie, promienie rentgenowskie używane do prześwietleń, mikrofale w kuchence mikrofalowej, fale radiowe – wszystkie niosą pewną energię.

10. Jednostkienergii • Jednostka energii w układzie SI to dżul (1J). • Inne jednostki to np.: • kilogramometr (kGm) • kilowatogodzina (kWh) • kaloria (cal) • elektronowolt (eV)

11. ENERGIA KINETYCZNA

12. Energia kinetyczna jest to energia jaką posiada ciało poruszające się względem pewnego punktu odniesienia. Zwyczajowo energię kinetyczną oznacza się symbolem EK. Energia kinetyczna jaką posiada ciało może zostać zamieniona na inne formy energii, lub też może zostać przekazana innemu ciału (np. na skutek zderzenia z nim). Energia kinetyczna może zostać zużyta na wykonanie pewnej pracy, np. na wprawienie w ruch innego ciała, lub pokonanie tarcia. Aby ciało nabyło pewnej energii kinetycznej, należy wykonać pracę na tym ciele równą co do wartości tej energii: EK = W

13. Zamiana energii kinetycznej na potencjalną Gdy rzucamy piłką do kosza w górę pionowo to energia kinetyczna zamienia się w potencjalną.

14. Zamiana energii kinetycznej na energie cieplną. Hamowanie samochodu - energia kinetyczna samochodu zamieniana jest na energię cieplną w wyniku wystąpienia intensywnego tarcia między tarczami hamulcowymi bądź bębnami a klockami i okładzinami hamulcowymi. Energia cieplna odprowadzana jest do otoczenia.

15. Zadanie 1 Samochód o masie 1200 kg jedzie z prędkością 90km/h. Jaka jest jego energia kinetyczna? Dane: Szukane: m=1200kg Ek=? v=90km/h Jednostkę prędkości musimy zmienić na metry na sekundę: v=90km/h=90000m/3600s=25m/s Teraz obliczamy energię: Ek=1/2mv2=1/2*1200kg*(25m/s)2 = 375 000 J= 375 kJ Odpowiedź: Energia kinetyczna tego samochodu wynosi 375 kJ.

16. Zadanie 2 Samochód o masie 1000 kg ruszył I na dystansie 75 m rozpędził się do prędkości 15 m/s. Jaka działała na niego siła wypadkowa? Zakładamy, że siła ta była stała. Dane: Szukane: m=1000kg F=? - siła wypadkowa s=75m v=15m/s Ek=1/2m*v2=1/2*1000kg*(15m/s)2=112 500 J. Uzyskana energia równa jest pracy wykonanej przy rozpędzeniu pojazdu. A więc praca także wynosi: W=112 500 J. Ta praca wykonana została na drodze s=75m. Gdyby na drodze działać siłą 1N, wykonana praca byłaby równa 75N. W omawianym przypadku praca jest 1500 razy większa (112 500:75=1500), a więc siła była 1500 razy większa niż 1N. Odpowiedź: Na samochód działała siła wypadkowa równa 1500N.

17. Zadanie3 Samochód o masie 1000 kg, jadąc z prędkością 36km/h, zaczął hamować. Siła hamująca ma wartość 5000 N. Ile wynosi droga hamowania tego samochodu? Ile wynosiłaby droga hamowania samochodu, gdyby zaczął hamować, jadąc z prędkością 72km/h? Dane: Szukane: s1=? s2=? m=1000kg F=5000N v1=36km/h v2=72km/h Jednostkę prędkości musimy zamienić na metry na sekundę. v1=36km/h=36000m/3600s=10m/s Energia kinetyczna wynosi: Ek=1/2m*v2=1/2*1000kg*(10m/s)2=50 000 J Ta energia jest równa pracy wykonanej przeciwko sile hamowania F=5000N Możemy więc obliczyć drogę, na jakiej praca zostanie wykonana. W=F*s, więc s=W/F, w omawianym przypadku: s1=50 000J/5000N=10J/N=10 N*m/N=10m. Gdyby prędkość wynosiła v2=72km/h=20 m/s, trzeba by wykonać te same działania, podstawiając inne liczby: Ek2=1/2m*v2=1/2*1000kg*(20m/s)2= 200 000J s2=200 000J/5000N=40m.

18. Doświadczenie Potrzebne będą: -pudełko zapałek -samochodzik Na stole połóż pudełko po zapałkach. Puść swobodnie mały samochodzik, tak aby uderzył w pudełko i popchnął je.

19. Energia potencjalna Energia potencjalna - jest ściśle związana z oddziaływaniami grawitacyjnymi. Energię potencjalną ciężkości uzyskujemy podnosząc przedmioty nad powierzchnię np. Ziemi. Następuje wówczas zmiana odległości pomiędzy ciałem a Ziemią. Tak się dzieje, gdy np. pracownik sklepu podnosi towary z podłogi, by ustawić je na półce. Gdy ciało posiada energię potencjalną to może wykonać pracę. Stąd też słowo potencjalna tzn. możliwa. Energia potencjalna zawsze musi być rozpatrywana względem konkretnego poziomu odniesienia.

20. Ep = m · g · h Ep - energia potencjalna (J) m - masa (kg) g - przyspieszenie ziemskie - 10 h – wysokość (m)

21. Przemiany energii potencjalnej Na pracę mechaniczną: - sprężynka w długopisie - aby kukułka zegara kukała, trzeba podciągać ciężarek napędzający mechanizm.

22. Od czego zależy energia potencjalna ciężkości ? Energia potencjalna ciężkości zależy od położenia ciała na Ziemi (wartość g zależy od szerokości geograficznej) ,wysokości na której znajduje się ciało a także masy. Gdzie wykorzystuje się energie potencjalną ciężkości ? Energia potencjalna ciężkości jest wykorzystywana np. w elektrowni wodnej, młynie wodnym.

23. Elektrownia wodna to „pułapka”, w którą chwyta się część energii uwalnianej przez spływającą wodę. Posłuszna grawitacji, zawsze próbuje spłynąć niżej - fizyk powiedziałby, że ma energię potencjalną. Jeśli na drodze płynącej wody postawi się turbinę, można przechwycić część tej energii. Poruszana przez wodę turbina napędza wówczas generator, a ten wytwarza elektryczność.

24. Na energię kinetyczną: - spadek swobodny - podczas ruchu huśtawki

25. Zadania 1. Piłka o masie 20 dag spadła z wysokości 5m. Jaka energię potencjalną miała piłka na tej wysokości ? Ep = m * g * h Ep = 0,2*9,81*5=9,81 J6 2. Energia potencjalna turysty o masie 70 kg po wejściu na wzniesienie wynosiła 280 kJ . Jaka wysokość pokonał turysta? Ep = m · g · h 280000J = 70kg * 10 m/s ² * h 280000J = 700 * h h = 400m

26. 3. Na jaką wysokość wzniosło się ciało o masie 245 kg, jeżeli przyrost energii potencjalnej grawitacji tego ciała wynosi 94700J? Ep = m * g * h 94700 J = 245 kg * 10 m/s ² * h 94700 J = 2450 h = 38.65m 39 m 4. Oblicz na jaką wysokość podniesiono ciało o masie 3kg, jeśli zyskało ono energię potencjalną 30 J. h = ? h= Ep/mg Ep = 30J h = 30J : 3 kg * 10 m/s² m = 3kg h = 30J : 30N = 1m Odp.: Ciało podniesiono na wysokość 1m.

27. 5. Blat stołu znajduje się 75 cm nad podłogą. Ciało o masie 2 kg ma względem blatu stołu energię 20 J. Jaka jest jego energia potencjalna względem podłogi? Dane: h = 75 cm = 0,75 m Ep = m * g * h h2 = 0 cm = 0 m Ep = 2 kg * 10 m/s² * 0,75 m = 35 J m = 2 kg Ep1 = 20 J Odp.: Energia potencjalna ciała względem podłogi wynosi 35 J. 6. Oblicz jaką energię potencjalną uzyska turysta o masie 80 kg wchodzący na szczyt góry znajdującej się na wysokości 1200 m na poziomem , z którego wyruszył. Ep = m * g * h Ep =   80 kg * 10 m/s² * 1200 m = 960000 J = 960 kJ

28. 7. Ile wynosi energia potencjalna bociana o masie 10 kg lecącego na wysokości 15 m? Dane : Ep = ? Ep = 10 kg * 10 m/s² * 15 m m = 10 kg Ep = 100 * 15 m = 1500 J = 1,5 kJ h = 15 m Odp.: Energia potencjalna bociana wynosi 1,5 kJ. 8. Oblicz energię potencjalną jabłka o masie 15 dag wiszącego na gałęzi na wysokości 2 m nad ziemią. Dane: Ep = ? Ep = 0,15 kg * 10 m/s² * 2 m m = 15 dag = 0,15 kg Ep = 3 J h = 2 m Odp.: Energia potencjalna jabłka wynosi 3 J.

29. Energia potencjalna sprężystości

30. * Co to jest energia potencjalna sprężystości? Energię można gromadzić w ciałach za pomocą oddziaływań sprężystych np. sprężyna, guma. W swoim życiu na pewno nie raz już się spotkałeś z takimi oddziaływaniami. Dla przykładu podam, że energia potencjalna sprężystości jest wykorzystywana w długopisach z sprężynkami - gdy włączamy długopis ściskamy sprężynkę, w której gromadzi się energia potencjalna sprężystości, natomiast, gdy wyłączamy długopis energia ta jest uwalniana i wkład długopisu 'chowa się' do środka. Wartość energii potencjalnej sprężystości jest zależna od wydłużenia x oraz współczynnika sprężystości k, który zależy od rodzaju materiału oraz rozmiarów ciała.

31. *Wzór na energię potencjalną sprężystości : *Podstawową jednostką energii potencjalnej sprężystości jest 1 dżul [J]

32. *Energia sprężystości zgromadzona w rozciągniętej sprężynie zależy od: -wielkości rozciągnięcia (czyli przesunięcia końca sprężyny) – x -stałej sprężystości sprężyny – k, (czyli wielkości określającej jak dużej siły potrzeba, aby rozciągnąć sprężynę) *Sprężyna trudna do rozciągnięcia gromadzi z każdego centymetra rozciągnięcia większą energię, niż sprężyna "słaba". I oczywiście większe rozciągnięcie wymaga większej energii rozciągania.

33. * Zadanie: Jaką energię potencjalną sprężystości ma sprężyna, której wydłużenie wynosi 1m, a współczynnik sprężystości 10N/m? Dane: * x = 1m k = 10N/ Odp.: Sprężyna ta ma energię potencjalną sprężystości równą 5 J.

34. *Zadanie 2 : *W czasie obrony zamku przedmioty rozpędzano kosztem różnych rodzajówenergii : chemicznej, położenia, sprężystości .Uzupełnij zdania , wpisującodpowiedni rodzaj energii. a) Kamienie rozpędzano kosztem energii położenia . b) Strzały rozpędzano kosztem energii sprężystości . c) Kule armatnie rozpędzano kosztem energii chemicznej .

35. Zadanie 3 : *Dopasuj sytuacje do opisu przemian energii : 1.Łucznik wypuszcza strzałę z łuku A. energia położenia w energię ruchu B. energia chemiczna w energię położenia C. energia sprężystości w energię 2.Szyszka spada z drzewa ruchu D. energia ruchu w energię wewnętrzną 3.samochód hamuje 4.Jurek wchodzi na górę 1.C 2.A 3.D 4.B

36. Doświadczenie: *Przyrządy i materiały: Samochód zabawka napędzany sprężyną, klocek drewniany. *Eksperyment: Połóż klocek na poziomej, gładkiej powierzchni. W pewnej odległości od klocka ustaw samochodzik. Nakręć sprężynę samochodu i puść w stronę klocka. Powtórz doświadczenie nakręcając sprężynę mocniej albo słabiej. Obserwuj odległość jaką przebył uderzony klocek. *Komentarz: Można zauważyć zależność drogi przebytej przez klocek od naciągnięcia sprężyny, co świadczy o zależności energii kinetycznej samochodu od jego energii potencjalnej sprężystości.

37. Doświadczenie.2 *Potrzebne będą : -Sprężyna umocowana na jednym końcu. -Piłeczka ( do ping - ponga) *Sprężynę ściskamy i unieruchamiamy za pomocą zaczepu. (a) *Zwalniamy sprężynę. (b)

38. *Sprężyna wraca do swej pierwotnej postaci wyrzucając piłeczkę. Co to oznacza? Nieruchoma początkowo piłeczka porusza się z pewną prędkością czyli posiada energię kinetyczną. Oznacza to, że sprężyna wykonała pewną pracę. Skoro tak, to znaczy, że poprzednio była w niej zmagazynowana pewna energia. Jaka to była energia? Ponieważ energia ta ma niewątpliwie coś wspólnego z położeniem a nie ruchem sprężyny, powiemy, że była to energia potencjalna. Jednakże jest to nieco inny rodzaj energii potencjalnej niż w przypadku ciała uniesionego na pewną wysokość. Dlatego nazywamy ją energią potencjalną sprężystości. * Co się dzieje po zwolnieniu sprężyny ?

39. Doświadczenie.3 *Wygięty pręt wprawia w ruch kulkę wykonując pewną pracę. *Pręt wracając do pierwotnego kształtu wprawił w ruch kulkę zawieszoną na nitce. Kulka uzyskała energię kinetyczną kosztem energii potencjalnej sprężystości pręta. Widzimy więc, że i ten rodzaj energii podlega przemianom w inne formy.

40. *Do sprężyny zawieszonej na statywie mocujemy kulkę lub ciężarek. Rozciągamy nieco sprężynę i puszczamy obserwując zachowanie się ciężarka. Doświadczenie.4

41. *Na Rysunku A sprężyna jest maksymalnie rozciągnięta, na Rysunku C- maksymalnie ściśnięta, na Rysunku B mamy ciężarek w położeniu środkowym. Co powiemy o energii: potencjalnej ciężkości ciężarka, sprężystości sprężyny, kinetycznej ciężarka w każdym z tych trzech punktów?

42. *Widzimy więc, że kolejno: energia potencjalna sprężystości zamienia się w energie kinetyczną, ta z kolei w energię potencjalną ciężkości i sprężystości, te w energię kinetyczną itd. Zdolność pewnych ciał do magazynowania energii w postaci energii potencjalnej sprężystości wykorzystujemy praktycznie w różnych urządzeniach jak: zegary i zegarki mechaniczne, zabawki, resory pojazdów mechanicznych itp. *Na koniec jeszcze jedna uwaga: wiele pomiarów wskazuje na to, że energia potencjalna sprężystości jest wprost proporcjonalna do kwadratu odkształcenia ciała, np. dla sprężyny jak w powyższym przykładzie mielibyśmy zależność: Ep = C x2, gdzie x oznacza długość, o jaką sprężyna została ściśnięta lub rozciągnięta w porównaniu z długością normalną czyli, gdy sprężyna nie jest obciążona, natomiast C oznacza pewną stałą charakterystyczną dla danej sprężyny. Podobnie jest w przypadku wygiętego pręta lub podobnego odkształcenia. Tak więc, o ile energia kinetyczna jest związana z prędkością ruchu ciała, energia potencjalna ciężkości - z położeniem ciała, to energia potencjalna sprężystości - z jego kształtem.

43. Energia Wewnętrzna

44. E n e r g i a w e w n ę t r z n a t o : Energia cząsteczek ciała związana z jego temperaturą i stanem skupienia. Gdy podgrzewamy ciało, zwiększamy jego energię wewnętrzną. Jest oznaczana zwykle jako U lub Ew w termodynamice - całkowita energia układu będącą sumą energii oddziaływań międzycząsteczkowych i wewnątrz cząsteczkowych układu.

45. D e f i n i c j a e n e r g i w e w n ę t r z n e j : Energia wewnętrzna ciała to energia kinetyczna wszystkich jego cząsteczek oraz energia oddziaływań między nimi.

46. Z m i a n y e n e r g i w e w n ę t r z n e j : Proces przekazywania energii, w którym energia wewnętrzna jednego ciała zwiększa się kosztem energii wewnętrznej drugiego ciała, nazywamy: „przepływem ciepła”. Ciepło Q Energia wewnętrzna U Praca W

47. P r z y r o s t e n e r g i w e w n ę t r z n e j Przyrost energii wewnętrznej ciała jest równy sumie pracy wykonanej nad ciałem i energii przekazanej mu w postaci ciepła. Ciepło Q Energia wewnętrzna U Praca W

48. Zadania

49. Zadanie 1: • Czy wiedząc, że ciało A ma wyższą • temperaturę niż ciało B, można stwierdzić, • że ciało A ma większą energię wewnętrzną • niż ciało B? • a) Nie. • b) Tak.

50. Zadanie 2: • Czy, aby zapobiec pęknięciu szklanki, • przed nalaniem do niej gorącej wody dobrze • jest włożyć metalową łyżkę? • Tak, ponieważ metalowa łyżeczka pobierze część ciepła. • b) Nie, ponieważ to nic nie pomoże szklanka i tak pęknie. • c) Nie da się tego określić.