Transcript Orkan I
2. Kafli Varmaorka 2-1 Sameindir og hreyfing Varmi er ein mynd orkunnar og orka býr yfir getu til þess að framkvæma vinnu. Varmaorka byggist á hreyfingu smæstu efniseinda – sameinda. Sameind er eining efnis sem er úr 2 eða fleiri frumeindum sem ýmist tilheyra sama frumefni eða ólíkum frumefnum. 2.k. Varmaorka 2-1 Sameindir og hreyfing Varmaorka flyst frá heitum hlutum til þeirra sem kaldari eru. Tilfærsla á varma kallast varmaflutningur. Varmi getur flust á þrjá vegu milli hluta:með varmaleiðingu, varmaburði og varmageislun. 2.k. Varmaorka 2-1 Sameindir og hreyfing Í varmaleiðingu flyst varmi gegnum efni með beinni snertingu milli sameinda. Orkan berst frá einni sameind til annarrar. Sum efni leiða varma betur og hraðar en önnur, t.d. silfur og kopar. Ath. Mynd 2-3 2.k. Varmaorka 2-1 Sameindir og hreyfing Í varmaburði berst varmi með straumi straumefnis. Straumefni eru lofttegundir og vökvar. Hreyfing sameindanna í þessum efnum gerir þau eðlisléttari og heiti hluti efnisins stígur upp. Sbr. heitt loft sem leitar upp en kalt loft sígur niður. Ath. Mynd 2-4 2.k. Varmaorka 2-1 Sameindir og hreyfing Í varmageislun flyst varmaorka með innrauðum rafsegulbylgjum. Hún getur átt sér stað gegnum tómarúm. Varmi frá sólu er dæmi um varmageislun. Ath. Mynd 2-5 2.k. Varmaorka 2-2 Hiti og varmi Vinna er orkubreyting sem verður þegar hlutur færist fyrir tilstilli krafta. Hreyfiorka er orka sem hlutir á hreyfingu búa yfir og rekja má til hreyfingarinnar. Ath. Hvað er varmi? 2.k. Varmaorka 2-2 Hiti og varmi Hiti er mælikvarði á það hversu heitt efni er. Með öðrum orðum mælikvarði á hreyfiorku sameinda í efni. Hann er mældur í °C eða kelvinum. Ath. Mynd 2-2 2.k. Varmaorka 2-2 Hiti og varmi Varmi er oft mældur í einingunni kaloría. 1 kaloría er sá varmi sem þarf til þess að hita eitt gramm af vatni um eina gráðu. Sum efni taka betur við varma en önnur. Eðlisvarmi er mælikvarði á hversu vel efni taka við varma. 2.k. Varmaorka 2-2 Hiti og varmi Eðlisvarmi efnis er sá varmi sem þarf til þess að hita eitt gramm efnis um eina celsíusgráðu og er mældur í kaloríum eða júlum. Ath. Mynd 2-12 2.k. Varmaorka 2-2 Hiti og varmi Lögmálið um varðveislu orkunna • Hægt er að breyta orku úr einni mynd í aðra en það er hvorki hægt að skapa hana né eyða henni. • Hreyfiorka – stöðuorka • Stöðuorka – hreyfiorka • Efnaorka – hreyfiorka • Varmaorka – ljósorka 2.k. Varmaorka 2-3 Hitun, kæling og einangrun Grundvöllur fyrir kæli- og hitakerfum er þekking á varmaflutningi og breytingu orkunnar úr einni mynd í aðra. Helstu varmagjafar til upphitunar eru: • Eldsneyti (kol, olía, timbur) • Rafmagn • Jarðhiti 2.k. Varmaorka 2-3 Hitun, kæling og einangrun Nýting jarðvarma • Til húshitunar • Til raforkuframleiðslu • Til ylræktar • Í iðnaði 2.k. Varmaorka 2-3 Hitun, kæling og einangrun Jarðhitasvæði skiptast í lághitasvæði og háhitasvæði. Skiptingin ákvarðast af hita vatns á 1000 m. dýpi. Lághitasvæði = hiti undir 150°C Háhitasvæði = hiti yfir 150°C 2.k. Varmaorka 2-3 Hitun, kæling og einangrun Efni sem leiða varma illa eru notuð til þess að einangra. Þau koma í veg fyrir varmaleiðni. T.d. » Einangrunarplast » Glerull » Steinull Einangrun kemur í veg fyrir að varmi tapist eða komist að. 2.k. Varmaorka 2-3 Hitun, kæling og einangrun Í kælikerfi er raforka notuð til þess að fjarlægja varmaorku. Varminn er leiddur út með kælivökva sem er dælt gegnum kælikerfið með rafknúinni dælu. Í kæliferlinu breytist kælivökvinn í lofttegund og sú breyting útheimtir varma. Dæla safnar svo lofttegundinni saman og þegar loftið kólnar þéttist það og breytist í vökva. Upprifjun 2 - 1 1) Rumford greifi: varmi er ekki efni, hann byggist á hreyfingu. James Prescott Joule: varmi er orkumynd sem byggist á hreyfingu. 2) Örsmáar eindir efnis, gerðar úr frumeindum. 3)Varmaleiðing: varminn flyst með beinni snertingu sameinda. Varmaburður: varminn flyst með straumi straumefnis. Varmageislun: varminn berst sem ósýnileg geislun. Upprifjun 2 - 2 1) Hreyfiorka byggist á hreyfingu hlutar, en stöðuorka er orka sem hlutur getur búið yfir vegna stöðu sinnar. 2) Hiti er mælikvarði á meðalhreyfingu sameinda; með hitamæli í einingunni gráður. 3) Ein mynd orkunnar; varmaorka er mæld í júlum eða kaloríum. Upprifjun 2 - 3 1) Hún dregur úr varmatapi vegna varmaleiðingar. 2) Loft lokast milli glerjanna og það leiðir varma treglega. 3) Kælivökvi breytist í gas (loftt.) og tekur þá til sín varma. Heitu kæligasinu er síðan dælt inn í þéttinn þar sem varmi er tekinn úr því og við það breytist það aftur í vökva. Þéttirinn miðlar varmanum til umhverfisins. 3. kafli Rafmagn og segulmagn 3.k. Rafm. og segulmagn 3–1 Rafhleðsla Allt efni er gert úr frumeindum (atómum). Frumeind er gerð úr 3 smærri eindum. Þær eru róteindir, nifteindir og rafeindir. Róteindir og nifteindir eru í kjarna frumeindar en rafeindir sveima mislangt frá kjarna á svo kölluðum orkuhvelum. Rafeindir Róteindir Nifteindir Rafeindir 3.k. Rafm. og segulmagn 3–1 Rafhleðsla Rafhleðsla er mikilvægasti eiginleiki róteinda og rafeinda. Róteindir eru með jákvæða (+) rafhleðslu. Rafeindir eru með neikvæða (-) rafhleðslu. Nifteindir eru óhlaðnar. Rafeindir Róteindir + Nifteindir 0 Rafeindir - 3.k. Rafm. og segulmagn 3–1 Rafhleðsla Þegar rafhlaðnar eindir nálgast hver aðra verka þær með sérstökum krafti hver á aðra. Ýmist aðdráttarkrafti eða fráhrindikrafti. Eins rafhleðslur hrinda hver annarri frá sér en mismunandi rafhleðslur dragast hver að annarri. + + - Fráhrindikraftur - Fráhrindikraftur + - Aðdráttarkraftur 3.k. Rafm. og segulmagn 3–1 Rafhleðsla Fjöldi róteinda og rafeinda í hverri frumeind er jafn (+ og – jafn margir). Þá er frumeindin sögð óhlaðin. Við núning hluta geta rafeindir skilist frá einni frumeind yfir á aðra þannig að óhlaðin frumeind verður hlaðin. Sjá mynd 3-4. Rafsvið er svæðið umhverfis hverja rafhleðslu. 3.k. Rafm. og segulmagn Upprifjun 3 –1 1) Róteindir sem eru jákvætt hlaðnar og rafeindir sem bera neikvæða hleðslu. 2) Samkynja hleðslur hrinda hver annarri frá sér en ósamkynja hleðslur dragast hver að annarri. 3) Rafeindir færast frá einum hlut til annars, t.d. vegna núnings. Sá hlutur sem missir rafeind verðru jákvætt hlaðinn en sá hlutur sem tekur við rafeind verður neikvætt hlaðinn. 4) Jákvætt hlaðna eindin verður fyrir fráhrindikröftum en neikvætt hlaðna eindin dregst að eindinni X. 3.k. Rafm. og segulmagn 3–2 Stöðurafmagn Rafmagn er orka sem byggist á rafeindum sem hafa flust úr stað. Stöðurafmagn myndast þegar rafhleðslur safnast fyrir í hlut. Hægt er að rafhlaða hluti á 3 vegu: • Með núningi. • Með leiðingu. • Með rafhrifum. 3.k. Rafm. og segulmagn 3–2 Stöðurafmagn Þegar rafhleðslur flytjast frá einhverjum hlut þá er sagt að hann afhlaðist. Hluturinn missir rafhleðslu sína, rafeindum hans fækkar. Elding er dæmi um afhleðslu stöðurafmagns. Í eldingu berast rafeindir með rafhrifum. Eldingavarar leiða raforku beint niður í jörð þar sem rafmagnið veldur ekki skaða. 3.k. Rafm. og segulmagn 3–2 Stöðurafmagn Það þarf orku til þess að flytja rafeindir úr stað. Rafspenna eða spenna er mælikvarðinn á þá orku sem er til staðar til þess að hreyfa hverja rafeind. Ef spennan er mikil fær hver rafeind meiri orku. Orkumikil rafeind getur framkvæmt meiri vinnu heldur en rafeind sem er orku lítil. Spenna er mæld í voltum eða táknuð V. 3.k. Rafm. og segulmagn 3–2 Upprifjun 1) Stöðurafmagn stafar af rafhleðslum sem safnast fyrir í hlut. 2) Með núningi, leiðingu og rafhrifum. 3) Ef hluturinn ber rafhleðslu sperrast þynnur rafsjárinnar sundur. 4) Elding stafar af afhleðslu stöðurafmagns frá skýi til skýs eða frá skýi til jarðar og er eiginlega risavaxinn neisti. 3.k. Rafm. og segulmagn 3–2 Upprifjun 5) Spenna er mælikvarði á þá orku sem er fyrir hendi til þess að hreyfa rafeindir; volt (V). 6) Rafmagn eldingarinnar kæmist ekki niður eftir eldingavaranum og yrði því að finna sér annan farveg, t.d. gegnum þá byggingu sem eldingavarinn hefði annars átt að vernda. Eldingavari úr einangrara væri því verri en enginn. 3.k. Rafm. og segulmagn 3–3 Streymi rafmagns Rafstraumur er einfaldlega streymi rafeinda eftir vír. Rafstraumur er mældur í amperum og táknaður með I. Amper er mælikvarði á þann fjölda rafeinda sem streymir fram hjá ákveðnum punkti á hverri sekúndu. 3.k. Rafm. og segulmagn 3–3 Streymi rafmagns Viðnám er andóf eða mótstaða efnis gegn streymi rafmagns. Viðnám er mælt í ómum, táknað með R. Lögmál viðnáms (óms). rafstraumur = spenna amper = volt I = V viðnám óm R 3.k. Rafm. og segulmagn 3–3 Streymi rafmagns Rafhlaða (batterí) er rafgjafi sem byggir á notkun efnaorku. Efnaorka sem myndast við efnahvörf er breytt í raforku. 3.k. Rafm. og segulmagn 3–3 Streymi rafmagns Jafnstraumur er þegar rafeindir hreyfast alltaf í sömu stefnu. Dæmi um jafnstraum er raforka frá rafhlöðum og rafgeymum. Riðstraumur er þegar rafeindir hreyfast fram og til baka þannig að þær breyta stefnu sinni með reglubundnum hætti. Dæmi um riðstraum er rafmagn sem berst til heimila. 3.k. Rafm. og segulmagn 3–3 Streymi rafmagns Raforka er sú orka sem býr í rafmagni og hægt er að nota til þess að framkvæma vinnu. Rafafl er mælikvarði á það hversu mikil orka er notuð á tímaeiningu. Afl er mælt í vöttum og afl rafmagns er reiknað: • Afl = spenna x straumur • Vött = volt x amper 3.k. Rafm. og segulmagn Upprifjun 3–3 1) Amper 2) Rafhlaða, rafgeymir. 3) Afl = spenna x rafstraumur eða = volt x amper. 4) V = I x R (eða R = V/I) vött 3.k. Rafm. og segulmagn 3–4 Straumrásir Straumrás (rafrás) þarf að vera hringrás eða braut sem lokast svo rafeindir geti streymt eftir henni. Athugið að rafmagn berst ekki eftir opinni straumrás heldur eingöngu eftir lokaðri straumrás. 3.k. Rafm. og segulmagn 3–4 Straumrásir Þegar búnar eru til raðtengdar straumrásir eiga rafeindirnar aðeins um eina braut að velja. Þegar búnar eru til hliðtengdar straumrásir þá eiga rafeindirnar um nokkrar mismunandi leiðir að velja. 3.k. Rafm. og segulmagn 3–4 Straumrásir Vör eða öryggi eru öryggistæki sem rjúfa straumrásina ef of mikið álag myndast. • Þau eru venjulega öll saman í rafmagnstöflu. • Þau koma í veg fyrir að það t.d. kvikni í raflögnum. Athugið að rafmagn berst ekki eftir opinni straumrás heldur eingöngu eftir lokaðri straumrás. 3.k. Rafm. og segulmagn Upprifjun 3–4 1) Samfelld rás eða braut sem rafeindir geta farið eftir. 2) Raðtengd straumrás er þar sem rafeindir geta eingöngu farið eftir einni braut, en í hliðtengdri straumrás geta rafeindirnar flætt eftir nokkrum mismunandi rásum. 3) Bræðivör: málmþráður bráðnar ef og mikill straumur fer gegnum þau; sjálfvör: rofi opnast og rýfur straumrásina ef álag verður og mikið. 3.k. Rafm. og segulmagn Upprifjun 3–5 1) Rafhleðslur sem eru á hreyfingu eða snúningur rafeinda. 2) Norðursegulskaut og suðursegulskaut. 3) Segulkraftar eru kraftar sem verka milli rafhlaðinna hluta og eru bæði fráhrindi- og aðdráttarkraftar. Þeir eru sterkastir vð skaut hvers seguls. 3.k. Rafm. og segulmagn Upprifjun 3–6 1) Segulmagn er nátengt rafmagni vegna þess að þessi fyrirbæri byggjast bæði á hreyfingu rafeinda. 2) Rafsegull er segulmagnaður í smástund fyrir tilstilli rafmagns en sísegull heldur alltaf segulmagni sínu. 3) Rafseglar eru meðal annars notaðir í rafhreyflum og til þess að lyfta járnhlutum. 3.k. Rafm. og segulmagn Upprifjun 3–7 1) Með því að láta vír hreyfast í segulsviði eða með því að breyta segulsviði sem umlykur vír. 2) Stöðuorka – hreyfiorka – vélræn orka – raforka. Skoðið vel mynd 3-35 4. kafli 4-1 Hljóðbylgjur Orka berst með bylgjum, t.d.: – Hljóðbylgjum – Ljósbylgjum – Útvarpsbylgjum – Úthafsbylgjum Hljóð 4. kafli 4-1 Hljóð Hljóðbylgjur Hljóð stafar af sveiflu/titringi sameinda í efni. Hljóð er því = orka. Efni sem flytur hljóð er hljóðberi. • Hljóðberar geta verið vökvar,loft og fast efni. 4. kafli 4-1 Hljóð Hljóðbylgjur Orka hljóðsins berst frá einum stað til annars sem bylgjur. • Orkan berst í gegnum efnið án þess að efnið færist úr stað. Bylgjan ýtir á sameindir efnis sem þjappast og valda þéttingu en þegar bylgjan sveiflast til baka fylgja sameindirnar eftir og það verður þynning. (Mynd 4-4) 4. kafli 4-1 Hljóð Hljóðbylgjur Reglubundin endurtekning á þéttingu og þynningu er hljóðbylgja. • Bergmál er endurvarp hljóðbylgja. Hljóðbylgjur eru svo kallaðar langsbylgjur. Hraði hljóðs er kominn undir hita og gerð hljóðberans. • Best er heitt fast efni. 4. kafli Hljóð 4-2 Einkenni bylgna Grunneinkenni bylgna eru: (mynd 4-8) – Sveifluvídd: fjarlægð eða útslag sameinda frá jafnvægisstöðu bylgjunnar. – Lögun: öldutoppur sem er hæsti punktur í útslagi og öldudalur sem er lægsti punktur í útslagi. – Bylgjulengd: fjarlægð milli öldutoppa/dala. – Tíðni: fjöldi sveifla á tímaeiningu, mælt í riðum(hertsum). 4. kafli 4-3 Hljóð Eiginleikar hljóðs Tónhæð hljóðs er háð tíðni hljóðbylgjunnar og segir til um hvort tónn er skær eða djúpur. • Há tónhæð há tíðni • Lág tónhæð lág tíðni Dopplerhrif er breyting á tíðni og tónhæð hljóðs vegna hreyfingar. 4. kafli 4-3 Hljóð Eiginleikar hljóðs Hljóðstyrkur fer eftir orkunni sem notuð er við það að mynda hljóð. Hljóðstyrkur er háður sveifluvídd hljóðbylgjunnar. Hljóðstyrkur er mældur í desíbelum. 5. kafli Ljós 5. kafli Ljós 5-1 Hvað er ljós? Ljósið er ein mynd orkunnar. Ljósið er rafsegulbylgjur sem augað nemur. Ljósið á uppruna sinn í frumeindum efnis. Ljósið er gert úr mörgum örsmáum orku eindum sem nefnast ljóseindir. Kunna vel mynd 5-2. 5. kafli Ljós 5-1 Rafsegulbylgjur (geislun) Eru þverbylgjur sem þurfa ekki bera og geta því borist í gegnum tómarúm með 300.000 km. hraða á sek. (Mynd 5-3). Eru gerðar úr misjafnlega orkuríkum ljóseindum og flokkast eftir því í rafsegulróf. 5. kafli Ljós 5-1 Rafsegulrófið Hver tegund geislunar í rafsegulrófinu hefur ákveðna tíðni, bylgjulengd og ljóseindaorku. Tegundirnar raðast eftir vaxandi tíðni/orku ljóseinda. Útvarpsbylgjur – örbylgjur – innrauð geislun – sýnilegt ljós – útfjólublá geislun – röntgengeislun – gammageislun (mynd 5-5) 5. kafli Ljós 5-2 Ljósgjafar Lýsandi – eru hlutir sem stafa frá sér eigin geislum / ljósi. T.d. Sólin, perur og kerti. Upplýstir – eru hlutir sem endurkasta ljósgeislum . T.d. tunglið og blaðsíða í bók. 5. kafli Ljós 5-2 Myndun ljóss Glóðarljós – Hlutir hitna þar til þeir taka að glóa og gefa frá sér ljós. Flúrljós – Kalt ljós sem myndast við örvun ljómefnis en afhleðslu gass. Neonljós – Kalt ljós sem myndast við afhleðslu gass.