Energi

Varmeenergi, elektrisk energi, bevægelsesenergi, beligendshedsenergi, kerneenergi, kemisk energi og strålingsenergi.

Kært barn har mange navne.

Energi er et vidt og abstrakt begreb. Nogle mener endda det er det mest fundamentale begreb, der er tale om i fysikken. Energi bruges ikke kun i videnskaben, men også i dagligdagen.

Energi findes i rigtig mange forskellige former, der alle har forskellige egenskaber og udnyttelsesmuligheder. Dog har de én ret god ting tilfælles:

Energi kan ikke opstå eller forsvinde.

Den samlede mængde energi er konstant, den vil dog kunne blive omdannet til noget andet. Efter omdannelsen bliver energien dog mere rodet, og energitypen forringes.

Så når du spiser en snickers vil energien fra den ikke forsvinde, den vil blot blive omdannet til energi i kroppen og noget af den snickers vil omdannes til varmeenergi, når du bruger energien og sveder. Du sveder altså snickers.

Når energien bliver omdannet til noget andet, er der tale om en energiomsætning. Der vil under denne energiomsætning dog ske, det man omtaler som tab af energi. Dette tab vil ofte ske i form af varmeenergi.

Når du tænder for stikkontakten vil den elektriske energi gå til pæren og blive omsat til lysenergi. Energitabet her vil opstå i form af den varme, man kan mærke på pæren.

Elektrisk energi:

Den elektriske energi er det vi til daglig omtaler som elektricitet. Vi bruger elektricitet utrolig meget i vores hverdag. Måleenheden for elektrisk energi kaldes kilowatttime (kWh) eller joule. Dog er kWh en langt større enhed en joule.

1 kWh = 3.600.000 J

For at måle effekten eller poweren af energien bruges den meget velkendte formel:

P=Et

Symbolet er det græske bogstav, delta. E er energien og t er tidsforskellen.

Varmeenergi/termisk energi

Varmeenergi er endnu en stor energiform, der er tale om. Når vi f.eks. opvarmer, smelter, fordamper, afkøler og størkner har vi med varmeenergi at gøre.

Varmefylde er et vigtigt begreb, vi skal have styr på. Varmefylden er et mål for et stofs evne til at optage varmeenergien. Jo større varmefylde, jo større energimængde skal der tilføjes for at opvarme det til en bestemt temperatur.

Varmefylden bliver oftest omtalt i J/kg/K - hvor mange joule, der skal til for at opvarme 1 kg 1 grad.

Mængden af tilført eller fratrukket energi fra en genstand for at opvarme eller nedkøle det kan beregnes via denne velkendte formel:

E = m*c*T

m = massen i kg

c = varmefylden

T= temperaturforskel

Denne formel er utrolig vigtig, når vi beregner på varmeenergien. Både ved smeltning og fordampning.

Vi kan dele varmeenergien op i 3 faser. Den faste, den flydende og fordampning. Tager vi vand som eksempel som vist ovenfor, vil den faste form være i form af is. Når vandet når 0 grader celsius, når det vandets smeltepunkt. Isen vil derfor gå fra fast til flydende form. Hvis vi opvarmer vandet til 100 grader, når vi vandets kogepunkt. Her vil vandet igen skifte form og fordampe. Dette kaldes også faseovergang fra væske til gas.

Mekanisk energi:

Den mekaniske energi er summen af kinetisk energi (bevægelsesenergi) og potentiel energi (beliggenhedsenergi).

Formlen for kinetisk energi betegnes således: Ekin = 1/2 *m*v2.

Hvor m er massen målt i SI-enheden kg, og v er fart målt i m/s.

Et eksempel på kinetisk energi kunne være en bilmotor, hvor motoren omsætter den kemiske energi i benzin til kinetisk energi, som senere kan omdannes til varmeenergi. Overordnet set sker den kinetiske energi ved accelerationer.

Formlen for potentiel energi betegnes således: Epot =m*g*h.

Hvor m er massen, g er 9,82 m/s2(tyngdeacceleration) og h er den lodrette højde.

Derfor gælder følgende sætning for mekanisk energi: “For en genstand, der kun er påvirket af tyngdekraften, er summen af kinetisk energi og potentiel energi konstant: Epot+Ekin=konstant”.

Energi i kroppen:

Energi er ikke kun ren videnskabelig, men det findes også i noget så basalt som kroppen.

Ligesom en maskine skal bruge benzin eller diesel for at køre, således skal mennesket også bruge noget brændstof, hvilket vi får gennem mad. Kulhydrat, fedt, protein og alkohol er alt sammen den kemiske energi, som vi bl.a. omdanner til varmeenergi, så vi kan holde kroppen varm. Dog har alle brændstoffer ikke samme brændværdi, det vil sige at fedt eksempelvis brænder dobbelt så hurtigt som protein og kulhydrater. Næring kan blive påvirket i forhold til deres brændværdi, da alkohol eksempelvis hæmmer fedtforbrændingen, hvilket medfører at fedtet sætter sig på fedtdepoterne. Med andre ord: Du bliver fed. Når kroppen skal omsætte disse næringsstoffer fra fødevarer, hvilket er den kemiske energi, kaldes det kroppens stofskifte.

Big Bang

Når vi snakker kosmologi snakker vi om læren om kosmos, altså læren om verden. Det er en gren af astrologien, der beskæftiger sig med at opstille modeller for hele universet. Vi skal altså nu kigge på en helt anden måde at forstå universets opståelse. Forskere og kernefysikere mener nemlig, at universet opstod for ca. 14 milliarder år siden ved en slags kæmpeeksplosion. Det er det vi i dag kender som "Big bang".

Kosmologer har til Big Bang-teorien opstillet fire søjler, der understøtter teorien:

1. Rummets udvidelse

2. Big Bang passer med fysikken

3. Urstoffets sammensætning

4. Baggrundsstråling

Disse 4 søjler, vil vi gå lidt omkring for at forstå teorien.

Rummets udvidelse

Nogle astronomer har ved at kigge på galaksernes spektre og farverne, der forskydes derfra, fundet ud af at måle bølgelængderne for disse lysgivere. Dette har de fortolket som en såkaldt "dopplereffekt". Det er grunden til, at galakserne flytter sig bort fra os med store hastigheder.

Med andre ord har astronomerne altså fundet ud af, at galakserne bevæger sig væk fra os med store hastigheder. Rummet må altså udvide sig.

For at sætte dette lidt i perspektiv, kan det sammenlignes med en muffin med chokoladestykker i.

Når du sætter en muffin i ovnen til bagning, vil den hæve og udvide sig. Samtidig vil chokoladestykkerne bevæge sig længere væk fra hinanden.

Chokoladestykkerne er altså galakserne i universet.

HUBBLES OPDAGELSE AF HUBBLES LOV

“Hubbles lov: Galakserne fjerner sig med hastigheder, der er lineære med afstandene”

En klog amerikansk astronom ved navn Edwin Hubbler satte sig for at undersøge en sammenhæng mellem galaksernes hastighed og deres afstand. Han målte på de mest nærliggende galakser og drog til konklusion, at galaksernes hastighed vokser proportionalt med deres afstand til os.

Dog er der i de senere år blevet stillet store spørgsmålstegn ved den værdi Hubble fandt tilbage i 1920’erne. Forskere har dog fundet enighed i at værdien er ca 21,7km/(s*Mlysår). Altså: for hver million lysår, vi bevæger os ud i universet, vokser galaksernes hastighed med 21,7 km/s.

Big Bang og fysikken Et banebrydende argument for Big Bang teorien er, at teorien stemmer overens med fysikken. Inden for fysikken er atomkernerne defineret som et del af et grundstof bestående af de såkaldte elementarpartikler. Elemenarpatiklerne er protonerne (positivt ladede) og neutronerne (neutralt ladede), som er sammensat i kvarker og befinder sig inde i atomkernen. Rundt om atomkernen ligger elektronerne (negativt ladede).

Derudover findes der i alt 4 forskellige slags kræfter i universet, som henholdsvist betegnes; tyngdekraft, elektromagnetisk kraft, svag kraft og stærk kraft. Argumentet for Big Bang er derfor, at kræfter og elementarpartikler har egenskaberne, der skal til, for at kvarker, elektroner og andre partikler fra et meget varmt tidligt univers kan udvikle sig til de kendte grundstoffer, galakser og mennesker.

Urstoffernes sammensætning

Når vi snakker om urstoffer, så er det de mindste partikler der findes, man mener. Der menes at urstofferne er grundlag for det meste. Men sammensætningen af urstofferne skal være præcise, for at grundlaget skal passe.

De ældste stjerne som er ca. 12 mio år gammel, opstod af et urstof, der indeholdt ca. 75% hydrogen og 24% helium

Baggrundsstråling

Da Big Bang skete var det en kæmpe eksplosion af uendelig mange kosmiske partikler. Denne eksplosion udsendte en kæmpe mængde energi i form af stråling. Denne stråling kan vi stadig måle mængder af på jorden i dag. Strålingen kaldes for baggrundsstråling.

Dog er strålingen betydeligt mindre end dengang, da strålingen blev udsendt med meget kort bølgelængde. Universet var dengang jo ikke så stort, men på grund af universets udvidelse har strålingen fået en større bølgelængde og derfor er strålingen fra galakserne ikke nær så stor.

Fysikkens verdensbillede

For at danne os et overblik over fysikken og den opfattelse af verden, den har skabt, skal vi kigge tilbage på fysikkens historie og dens forskellige verdensbilleder. Vi møder herunder en række forskellige fysikere med hver deres tankegang, logik og opfattelse af verden.

Helt tilbage til 350 år f.kr. var opfattelsen i høj grad præget af filosofien. Den græske filosof Aristoteles mente man var naturvidenskabens skaber. Han beskæftigede sig med både filosofiske og videnskablige emner. For ham bestod verden af 4 elementer: vand, luft, ild og jord. Han observerede de fire elementer og så på deres naturlige bevægelser. Vand og jord var tunge elementer og søgte mod det naturlige sted. Ild og luft var derimod lette elementer og søgte til vejrs. En anden - eller femte om man vil - opdagelse han gjorde sig, var at lys bevæger sig. Dette blev det 5. element, og dét kaldte han æteren.
Udfra disse iagttagelser mente han at grundlandet for jordens bevægelse kunne forklares. Han opfattede altså jorden som geocentrisk og kugleformet.

En polak ved navn Nicolaus Kopernikus kom med et stort gennembrud med verdensbilledet i 1500-tallet. Han udtalte:

"Jordcentret er ikke universets centrum, men kun centrum for tyngden og månesfæren. Alle sfærer drejer sig omkring Solen som deres midtpunkt, og derfor er Solen universets centrum"

På trods af denne nye opfattelse, var det ikke alle, Kopernikus kunne overtale. Tycho Brahe mente stadig at jorden var verdens centrum, dog at de andre planeter kredsede om solen. Han begyndte at måle astronomiske observationer med instrumenter og udviklede sin egen teori om planeternes bevægelse. Det var altså en kompromis mellem Kopernikus og Aristoteles.

"Mål det, der er måleligt, og gør det, der ikke er måleligt, måleligt."

Det blev udtalt i Italien samme tid af Galileo Galilei. Det blev grundlaget for det vi i dag kender som den naturvidenskabelige metode. 
Galilei var også så heldigt, at være født i den tid, hvor kikkerten havde fået sit gennembrud. Dette brugte han til at opdage Jupiters måner og bekræftede nu, at Solen var i centrum.

En anden klog man, vi ikke må glemme at inddrage, er Isaac Newton. Han formåede at gennemskue planeternes præcise bevægelse og grunden til dette. Hans teori om massetiltrækningskraften kom til ham, da et æble faldt fra et træ. Dette har ikke noget at gøre med de genetiske elementer i afkommet, men derimod at jorden altså måtte have en tiltrækningskraft, der kunne tiltrække æblet. Herfra lavede han 3 grundlæggende bevægelseslove:

1. lov: Inertiens lov
2. lov: Kraft = masse gange acceleration
3. lov: Aktion = reaktion

Dette medvirkede også en helt ny opfattelse af verdensbilledet. Denne omgang det deterministiske verdensbillede. Alt kunne herunder forudberegnes, hvis man bare havde styr på det der matematik. Det er jo en sag, os med matematik A godt kan lide. Vi regner derfor også med at blive så store som Newton en dag. Men det er nok også derfor, vi ikke har filosofi som noget fag, for efter Newton gik man fra filosofien og herefter tog Einstein over. Han mente lyset er det eneste fænomen, vi kan stole på. Da teknologien udviklede sig gennem årene udviklede Einstein den moderne fysik.

Verdensbilledet har ændret sig igen siden da. I dag betragter man hverken Jorden eller Solen som værende centrum, da man opdagede at Solen egentlig blot var en stjerne. Vi tror på det kosmologiske princip, hvor det homogene og det isotrope er i tale. Lige meget hvor vi er, ser det ud som om vi er i centrum.

Simone

Hej, jeg hedder Simone Roed.

Til dagligt studerer jeg biologi A, matematik A og kemi B på Esbjerg gymnasium og HF. Jeg bor i Sønderris med min familie. Grunden til at jeg har valgt denne naturvidenskablige linje er, fordi jeg vældigt interesserer mig for kroppen og dens anatomi, hvilket jeg også regner med at bruge til min senere videreuddannelse, hvor jeg indtil videre har planer om at blive akutsygeplejerske. Inden for fysik interesserer jeg mig mest for den håndgribelige dagligdags fysik, såsom hvordan tyngdekraften holder os fast på jorden osv.

I min hverdag sætter jeg stort pris på dybe venskaber og elsker at udfolde mig kreativt gennem vandfarver.