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