Transcript Orkan
Orkan 10.Bekkur N2 1 Hvað er orka? • Orka er oft skilgreind sem hæfni til að framkvæma vinnu. • Ef hlutur eða lífvera framkvæmir vinnu (þ.e. beitir orku til að færa hluti úr stað) notar hluturinn eða lífveran orku. • Hlutir geta tekið til sín orku. • http://www.skoleenergi.dk/materialekasse/forsog/forsogny.html • http://www.uwsp.edu/cnr/wcee/keep/mod1/Whatis/experiments.htm • http://www.skoleenergi.dk/ 2 Sex helstu myndir orkunnar Hreyfiorka Stöðuorka Varmaorka Efnaorka Rafsegulorka Kjarnorka http://fraedsla.or.is/raforka/ 3 Hreyfiorka: Þegar við göngum, hjólum eða sláum bolta notum við orku; við breytum efnaorku fæðuefnanna í hreyfiorku. Efni sem er á hreyfingu býr yfir orku. Sú mynd orkunnar sem tengist hreyfingu nefnist hreyfiorka. 4 Stöðuorka: Hamar sem er hátt uppi hefur meiri stöðuorku en jafn þungur hamar sem er neðar. Hlutur getur búið yfir orku sem ræðst af því einu hvar hann er staðsettur. Sú tegund orku nefnist stöðuorka. 5 Varmaorka: Nuddaðu höndunum saman í nokkrar sekúndur. Þér hitnar. Með því að núa saman höndunum breyttir þú hreyfiorku handanna í varmaorku! Allt efni er úr örsmáum eindum, ýmist frumeindum (atómum) eða sameindum, sem eru á sífelldri og óreglulegri hreyfingu. Hreyfiorka sem stafar af þessari hreyfingu eindanna kallast varmaorka. 6 Efnaorka: Þegar þú ferð í fótbolta eða þolfimi notar þú efnaorkuna sem geymd er í vöðvunum og var áður í fæðunni sem þú borðaðir. Frumeindir haldast saman fyrir tilstilli krafta. Sú orka sem felst í virkni þessara krafta kallast efnaorka. 7 Rafsegulorka: Ljós er ein gerð rafsegulorku. Hver litur ljóssins, hvort sem það er rautt, rauðgult, gult eða í öðrum lit, býr það yfir ákveðinni orku. Raflínur flytja rafsegulorku inn á heimili okkar í mynd rafmagns. 8 Kjarnorka: Kjarnorka er samþjappaðasta mynd orkunnar sem við þekkjum. Í miðju frumeindanna er kjarni og þar á kjarnorku upptök sín. Hún losnar úr læðingi sem varma- og rafsegulorka þegar kjarninn klofnar. Kjarnorka losnar einnig þegar léttir kjarnar rekast saman á miklum hraða og sameinast. 9 3-1 Rafhleðsla bls. 52-55. • Allt efni er gert úr frumeindum (atómum). Frumeindin er smæsta eind frumefnis og býr yfir öllum eiginleikum þess. • Hver frumeind eru úr nokkrum gerðum einda sem eru smærri en hún. Helstu eindirnar eru róteindir, nifteindir og rafeindir. • Róteindir og nifteindir eru í kjarna frumeinda og mynda meginhluta af massa hans. Rafeindirnar eru á sveimi um kjarnann. 10 Frumeind með rafeindum á sveimi 11 Hvað er rafmagn? • Róteindir og rafeindir hafa rafhleðslu. • Róteindir eru + hlaðnar (jákvætt hlaðnar) en rafeindir eru – hlaðnar (neikvætt hlaðnar). • Nifteindir eru óhlaðnar. • Rafmagn er kraftur sem stafar frá þessum + og – hleðslum. 12 Rafhleðsla og kraftur • Rafhlaðnar agnir verka með krafti hver á aðra. • Ósamkynja hleðslur (gagnstæðar) dragast hvor að annarri. (aðdráttarkraftur) • Samkynja hleðslur ýta hvor annarri frá sér. (fráhrindikraftur) 13 myndasýning 14 • Fjöldi rafeinda í frumeind er sami og fjöldi róteinda. • Frumeindin er því óhlaðin út á við. • Hægt er að rafhlaða hlut með því að svipta hann eða láta hann taka til sín rafeindir t.d. með núningi. 15 Frumeind Rautt – róteindir Grænt – nifteindir Blátt – rafeindir Þrjár rafeindir og þrjár róteindir valda því að frumeindin verður óhlaðin út á við. 16 Mynd bls. 54 17 Rafsvið • Rafhlaðnir hlutir hafa um sig rafsvið og er styrkleiki þess háður fjarlægðinni frá hlutnum. 18 Rafsvið 19 Upprifjun 3-1 bls. 55. 1.Róteindir sem eru jákvætt hlaðnar og rafeindir sem bera neikvæða hleðslu. 2. Samkynja hleðslur hrinda hver annarri frá sér; ósamkynja hleðslur dragast hver að annarri. 3.Rafeind færist frá einum hlut til annars, venjulega vegna einhverrar röskunar, t.d. ef þeir verða fyrir núningi. Sá hlutur sem missir rafeind verður + hlaðinn; sá hlutur sem tekur við rafeind verður mínus hlaðinn. 20 Upprifjun 3-1 frh 4.( Jákvætt hlaðnar eindir verða fyrir fráhrindikröftum, en neikvætt hlaðnar eindir dragast að eindinni X. ) Fráhrindikraftarnir sem verka á jákvætt hlöðnu eindina eru talsvert sterkari en þeir aðdráttarkraftar sem verka á neikvætt hlöðnu eindina vegna fjarlægðarinnar. 21 3-2 Stöðurafmagn bls.55-61 • Rafmagn má skilgreina sem orku sem byggist á rafeindum er hafa flust úr stað. • Rafeindir flytjast stundum frá einum hlut til annars og halda þar kyrru fyrir. Safnast rafeindirnar þá fyrir í hlutnum. Kallast það stöðurafmagn. 22 3-2 Stöðurafmagn • Með núningi er hægt að ýmist + eða - hlaða hluti. Blaðra verður t.d – hlaðin ef hún er nudduð með ullarklút. • Þegar hlutur er hlaðinn með leiðingu verða hlutir að snertast og rafeindir flæða á milli. Sjá mynd 3-7 • Efni sem leiða rafmagn greiðlega kallast leiðarar en þau sem ekki leiða rafmagn kallast einangrarar. 23 Rafhrif • Rafhrif geta orsakast vegna staðbundinnar hleðslu, þá á sér stað endurröðun rafhleðslna. Sjá mynd 3-9. • Til að greina rafhleðslu notast tæki nefnt rafsjá. Hægt er að hlaða rafsjá með leiðingu. Sjá mynd 3-10. 24 Rafhrif Neikvætt hlaðin blaðra getur tekið upp pappírsbúta því rafhleðslurnar í pappírnum endurhlaðast þegar hlaðin blaðra kemur nálægt þeim. 25 Rafhrif Blaðra sem er neikvætt hlaðin dregur að sér vatnsbunu sem er þá jákvætt hlaðin. 26 Van de Graaff spennugjafi • Rafeindir safnast upp og stöðurafmagn myndast. Hárið rís á höfði fólks sem snertir tækið. 27 Van de Graaff spennugjafi Málmkúla Leiðari Belti úr gúmmí Hleðslugjafi Hjól • Myndar stöðurafmagn við núning. • Rafeindir úr hleðslugjafa úr málmi eru fluttar með belti úr gúmmíi upp í efsta hluta spennu-gjafans þar sem þær berast með leiðara út í málmkúluna. • Gríðarleg neikvæð hleðsla myndast þá á ytra borði kúlunnar og er notuð til að fá fram afhleðslu stöðurafmagns. 28 29 30 31 32 Afhleðsla vegna eldinga • Afhleðsla er það þegar rafhleðslur flytjast frá einhverjum hlut sem missir þá rafhleðslu sína t.d. elding. • Í eldingu losnar mikil raforka úr læðingi. • Til að forðast skemmdir af völdum eldingar beinir maður henni eftir jarðtengingu í jörðu þar sem hún er skaðlaus s.k. eldingarvari. 33 3-2 Spenna • Spenna er mælikvarði á þá orku sem er fyrir hendi til þess að hreyfa hverja rafeind. • Því meiri spenna þeim um meiri orku fær hver rafeind. • Því meiri orka sem hver rafeind ber þeim mun meiri er sú orka sem hún getur látið frá sér eða sú vinna sem hún getur framkvæmt. 34 3-2 Spenna • Orkan er komin undir spennunni. • Spenna er mæld í einingu sem kallast volt ( V ) . • Spenna er mæld með voltmæli. 35 Upprifjun 3-2 bls. 61. 1. Stöðurafmagn stafar af rafhleðslum sem safnast fyrir í hlut. 2. Með núningi, leiðingu og rafhrifum. 3. Ef hluturinn ber rafhleðslu sperrast þynnur rafsjárinnar í sundur. 4. Elding stafar af afhleðslu stöðurafmagns frá skýi til jarðar og er eiginlega risavaxinn neisti. 36 Upprifjun 3-2 frh. 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 eldingarvaranum og yrði því að finna sér annan farveg, til dæmis gegnum þá byggingu sem eldingarvarinn hefði annars átt að vernda: Eldingavari úr einangrara væri því verri en enginn. 37 3-3 Streymi rafmagns bls. 61-66. • Rafeindir geta streymt án afláts sé þeim komið á hreyfingu með heppilegum rafeinda- og spennugjafa. • Straumur rafeinda milli staða kallast rafstraumur. • Rafstraumur (I) er mældur í amperum,sem er mælikvarði á fjölda rafeinda á tímaeiningu (sek). 38 Streymi rafmagns • Í ljósaperu breytist hluti raforkunnar við að fara í gegnum glóðaþráðinn í ljós- og varmaorku. • Glóðaþráðurinn virkar sem viðnám eða mótstaða. • Mælieiningin fyrir viðnám er óm (ohm) eða W. • Leiðarar hafa mismikið viðnám. • Lögmál Ohms er: rafstraumur (I) í vír er jafn spennunni (V) deilt með viðnáminu 39 3-3 Streymi rafmagns bls. 61-66. • Lögmál Ohms er: rafstraumur (I) í vír er jafn spennunni (V) deilt með viðnáminu rafstraumur= spenna/viðnám I=V/R • Stöðugan straum raforku er hægt að fá úr rafhlöðu. 40 Framleiðsla rafstraums í rafhlöðu • Stöðugan straum raforku er hægt að fá úr rafhlöðu. • Rafhlaða byggist á hylki sem við efnahvörf breytir efnaorku í raforku. • Það gerist þannig að hylkið er gert úr málmi s.s zinki sem þjónar sem neiskaut en kolastöng er í miðju sem já-skaut. 41 Framleiðsla rafstraums í rafhlöðu • Milli skautanna er efnablanda sem kemur af stað efnahvarfi milli hylkis og blöndunnar en við það losna rafeindir sem hylkið hleðst upp af og við það skapast spenna. • Rafstraum er hægt að leiða milli skauta rafhlöðu en við það heldur efnahvarfið áfram. 42 Rafgeymar • Rafgeymar eru gerðir úr mörgum einingum rafhlaða. • Jafnstraumur nefnist það þegar rafeindir hreyfast í sömu stefnu • En riðstraumur þegar þær breyta stefnu sinni með reglubundnum hætti (100 rið er jafnt og 50x víxlun á sek.) • Afl raforku er mælt í vöttum (W). • Afl = spenna x straumur • Vött = volt x amper • P=VxI 43 44 Svör við upprifjun 3-3 1. Amper. 2. Rafhlaða , rafgeymir. 3. Afl= spenna X rafstraumur, eða vött = volt x amper. 4. V = I X R ( eða R = V/I) Spenna = rafstraumur x viðnám 45 3-4 Straumrásir bls. 66-71. • Straumrás er hringrás sem lokast og rafeindir geta streymt eftir. • Með rofa er hægt að opna og loka straumrásinni. • Rafmagn berst því ekki eftir opinni straumrás. 46 47 3-4 Straumrásir • Í raðtengdri straumrás geta rafeindir einungis streymt eftir einni braut. • Galli hennar er sá að ef hún opnast á einum stað þá berst enginn rafstraumur eftir henni. 48 3-4 Straumrásir • Í hliðartengdri rafrás geta rafeindir valið um nokkrar leiðir til að streyma eftir. • Þó ein braut opnist geta rafeindir ferðast eftir hinum brautunum. • Til að koma í veg fyrir of mikið álag á rafrás eru notuð vör (öryggi) sem rjúfa straum-rásina. 49 Svör við upprifjun 3-4 bls. 71. 1. Samfelld straumrás eða braut sem rafeindir geta farið eftir. 2. Raðtengd straumrás er þar sem rafeindir geta eingöngu farið eftir einni braut, en í hliðartengdri straumrás geta rafeindir flætt eftir nokkrum mismunandi rásum 3. Bræðivör: málmþráður bráðnar ef of mikill straumur fer í gegn um þau; sjálfvör: rofi opnast og rýfur straumrásina ef álag verður of mikið. 50 3-5 Segulmagn bls. 71-74. • Segulmagn má rekja til aðdráttar- og fráhrindikrafta sem orsakast af því hvernig rafeindir hreyfast í efni. • Segulkraftar eru sterkastir næst segulskautunum. Sé segull látinn svífa láréttur snýr annar endinn alltaf til norðurs (norðurskaut segulsins) 51 3-5 Segulmagn frh • Samstæð skaut hrinda hvort öðru frá sér en ósamstæð skaut dragast hvort að öðru. • Segulkrafta gætir umhverfis segulinn í s.k. segulsviði. • Ýmsir málmar eru með óparaðar rafeindir sem skipast handahófskennt, þá eru þeir ósegulmagnaðir. Skipi segulsviðin sér öll í sömu stefnu verður málmurinn segulmagnaður. 52 53 54 Upprifjun 3-5 bls. 74. 1. Rafhleðslur sem eru á hreyfingu eða snúningur rafeinda. 2. Norðursegulskaut eða suðursegulskaut. 3. Segulkraftar eru kraftar sem verka milli rafhlaðinna hluta og eru bæði fráhrindiog aðdráttarkraftar. Þeir eru sterkastir við skaut hvers seguls. 55 3-6 Segulmagn úr rafmagni bls. 75-77 • Segulmagn líkt og rafmagn byggist á hreyfingu rafeinda. • Rafstraumur eftir vír myndar segulsvið umhverfis hann. • Hægt er að skapa segulsvið með rafmagni, þá verður til svokallaður rafsegull sem hægt að nota t.d. til að knýja lestir eða lyfta þungum málm56 stykkjum. Rafmagn og segulmagn • Gormlaga vafinn vír um járn skapar segulsvið þegar rafstraumi er hleypt um hann. Því fleiri vafningar því sterkara segulsvið. • Rafsegulfræði fjallar um tengslin milli rafmagns og segulmagns. • Rafhreyflar byggja á þessari tækni og breyta raforku í vélræna hreyfiorku. 57 Upprifjun úr 3-6 bls. 77. 1. Tengslin byggjast bæði á hreyfingu rafeinda. 2. Rafsegull er segulmagnaður aðeins skamma stund fyrir tilstilli rafmagns, en sísegull heldur alltaf rafmagni sínu. 3. Rafseglar eru meðal annars notaðir í rafhreyflum og til þess að lyfta járnhlutum. 58 3-7. Rafmagn úr segulmagni bls. 77-79. • Segulmagn er hægt að mynda úr rafmagni og rafmagn úr segulmagni. • Þegar leiðari hreyfist í segulsviði seguls flæða rafeindir um leiðarann og mynda rafstraum. • Stefna rafstraumsins fer eftir því hvernig leiðarinn hreyfist í segulsviðinu. 59 • Með því að hreyfa leiðarann fram og til baka í segulsviðinu myndast riðstraumur. Styrkur rafstraumsins fer eftir styrk segulsviðsins. Sjá mynd 3-34. • Í rafli er leiðarinn látinn hreyfast í segulsviði sem myndar lykkju. • Rafall breytir þannig hreyfiorku í raforku, sem síðan er flutt sem háspenna eftir línu til neytendanna. 60 http://www.or.is/orkuvefur/flash/index.html 61 62 http://fraedsla.or.is/umhverfid/?v=3utivistarsvaedi/3ellidaardalur 63 • Í aflstöð færa menn sér í nyt staðarorku vatnsins milli tveggja hæðapunkta. Vatnsaflið er tiltekið margfeldi rennslis í viðkomandi á og fallhæðar frá inntaki virkjunarinnar að frárennsli hennar. Þegar vatnið fellur frá einum punkti til annars leysist staðarorka og breytist í hreyfiorku í hverfli. Hverfillinn snýr rafala sem breytir hreyfiorkunni í raforku. Síðan er rafmagnið leitt um spennubreyti út í raflínukerfið sem leiðir það í hús og önnur mannvirki. 64 Búrfellsvirkjun http://www.fsu.is/~ornosk/liffraedi/erlend/jo ha/burfel.htm 65 Helstu virkjanakostir jarðhita á Íslandi 66 Upprifjun úr 3-7 bls. 79. 1. Með því að láta vír hreyfast í segulsviði eða með því að breyta segulsviði sem umlykur vír. 2. Stöðu- og hreyfiorka → vélræn orka → raforka. 67 Fjölvalsspurningar bls. 82. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. C D D B A A B C C B 68 Eyðufyllingar bls.82. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. Róteind StöðuRafstraumur Jákvætt Afl 0,5 Straumrás Sjálfvör Segulskaut Rafsegull 69 Rétt eða rangt bls.83. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. Rangt (hrinda/dragast saman) Rétt Rétt Rangt (rafspenna) Rétt Rétt Rangt (spenna deilt með viðnámi) Rangt (hliðtengdri) Rétt Rétt 70