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.