.1 תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית ( . במידת הצורך התייחסו לשלבים שונים של הפעילות) .2 א . מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה? (למשל
Download ReportTranscript .1 תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית ( . במידת הצורך התייחסו לשלבים שונים של הפעילות) .2 א . מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה? (למשל
Slide 1
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 2
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 3
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 4
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 5
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 6
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 7
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 8
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 9
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 10
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 11
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 12
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 13
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 14
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 15
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 16
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 17
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 18
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 19
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 20
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 21
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 22
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 23
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 24
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 25
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 26
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 27
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 28
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 29
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 30
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 31
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 32
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 33
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 34
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 35
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 36
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 37
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 38
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 39
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 40
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 41
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 42
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 43
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 44
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 45
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 46
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 47
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 48
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 49
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 50
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 51
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 52
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 53
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 54
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 55
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 56
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 57
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 58
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 59
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 60
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 61
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 62
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 63
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 64
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 65
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 66
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 67
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 68
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 69
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 70
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 71
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 72
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 73
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 74
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 2
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 3
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 4
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 5
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 6
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 7
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 8
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 9
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 10
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 11
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 12
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 13
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 14
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 15
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 16
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 17
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 18
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 19
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 20
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 21
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 22
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 23
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 24
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 25
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 26
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 27
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 28
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 29
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 30
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 31
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 32
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 33
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 34
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 35
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 36
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 37
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 38
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 39
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 40
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 41
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 42
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 43
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 44
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 45
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 46
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 47
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 48
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 49
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 50
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 51
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 52
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 53
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 54
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 55
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 56
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 57
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 58
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 59
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 60
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 61
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 62
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 63
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 64
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 65
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 66
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 67
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 68
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 69
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 70
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 71
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 72
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 73
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.
Slide 74
.1תארו את התופעה שבחרתם בשפה חופשית( .במידת הצורך התייחסו לשלבים
שונים של הפעילות)
.2א .מהם רכיבי המערכת בה מתרחשת התופעה?
(למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור הרכיבים הם ילד ,כדור ,מגרש ,אויר)
ב .מהו המצב ההתחלתי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור
המצב ההתחלתי הוא כדור במנוחה ליד רגלו של הילד)
ג .מהו המצב הסופי של המערכת? (למשל -בתופעה של ילד בועט בכדור המצב
הסופי יכול להיות כדור בתנועה באוויר או כדור במנוחה בתוך השער)
ד .האם הבחנתם בשינוי כלשהו בין המצב ההתחלתי למצב הסופי מבחינת
הגורמים הבאים:
גובה ______________________________________________
מהירות ____________________________________________
צורה ______________________________________________
טמפרטורה __________________________________________
אחר _______________________________________________
ה .הסבירו מה גרם לשינויים שראיתם?
המשותף לכל התופעות היא תופעה שקדמה להן והעניקה להן את
היכולת להתרחש:
לנוע,להתחמם ,להשמיע קול ,להאיר וכדומה.
ליכולת הזאת נקרא מעכשיו אנרגיה.
האנרגיה יכולה להגיע ממקורות שונים.
האנרגיה היא זו שמאפשרת לנו לבצע את כל הפעולות בחיי היום יום.
ללא אנרגיה אין חיים ,אין תנועה ,ולא ניתן לבצע כלום.
אנרגיה מהווה את הגורם המניע לכל הדברים בעולם.
למרות זאת לא ניתן באמצעות החושים להבחין באנרגיה:
לא ניתן לראות אנרגיה.
לא ניתן לשמוע אנרגיה.
לא ניתן להריח אנרגיה.
לא ניתן לטעום אנרגיה.
לא ניתן לחוש אנרגיה במגע.
אנרגיה הוא מושג מדעי המתאר תופעות רבות ושונות
(מושג שהומצא על ידי בני אדם ,כמו מושגים אחרים ,מושגים אלו
עוזרים לנו לעשות סדר בעולם שיש בו הרבה תופעות הנראות
לעיתים מאוד שונות זו מזו).
"שפת האנרגיה" היא דרך לתאר תופעות בעזרת מונחים
המתארים תהליכים בהם אנרגיה של גופים מומרת מסוג
אחד לסוג אחר.
אנרגיה היא היכולת של גוף או מערכת פיסיקלית לבצע
עבודה :הזזה ,הרמה ,חימום ,הארה ועוד. ...
אנרגיה -מושג מדעי המתאר
תופעות רבות ושונות
מקור אנרגיה – גוף או חומר שאצורה בו אנרגיה שאפשר
להפיק אותה ולהעביר אותה.
שני סוגים של מקורות אנרגיה:
מקורות מתחדשים -הניצול לא מפחית את
הכמות בטבע ,אינם מזהמים (ירוקים):
שמש,רוח,מפל מים.
מקורות מתכלים –הניצול מפחית את
הכמות בטבע ,לרוב מזהמים :נפט ,פחם,
גז..
איך אפשר עוד למיין את מקורות האנרגיה?
•מקורות אנרגיה מזהמים (נפט ומוצריו) המשפיעים לרעה על
הסביבה
ומקורות אנרגיה לא מזהמים ("ירוקים ,),שאינם פוגעים בסביבה
(אור השמש ,מפל מים)...
בשנים האחרונות עלתה המודעות לשימוש במקורות אנרגיה
ירוקים (למרות מחירם היקר יותר).
השמש מקור אנרגיה
השמש היא הכוכב החשוב לנו ביותר .השמש היא כדור גזים לוהט ,המפזר את חומו
לכל עבר.
רק חלק קטן מן הכמות העצומה של אנרגיית השמש מגיע אל כדור הארץ ,אבל בלי
האנרגיה הזו לא ייתכנו חיים על פני כדור הארץ שלנו.
לפעמים משתמשים אנו באנרגיית השמש ישירות ולפעמים בגלגולים שלה .את
האנרגיה של השמש ניתן להמיר ,לגלגל מצורה אחת של אנרגיה לצורה אחרת.
כמעט כל צורות האנרגיה מקורן באנרגיית השמש.
כמות אנרגיית השמש המגיעה לכדור הארץ במשך עשר דקות מספיקה להפעיל את
כל המכוניות המכונות והמכשירים המצויים בכדור הארץ במשך שלושה חודשים.
בעייתם של המדענים היא כיצד לנצל את הכמות העצומה של אנרגיית השמש
המגיעה אלינו.
אחת הדרכים היא שימוש בתא השמש שבאמצעותו מפיקים מאנרגיית השמש אנרגיה
חשמלית .שימוש אחר ,נפוץ ביותר ,הוא השימוש באנרגיית השמש לחימום מים :דודי
שמש.
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
השמש מקור אנרגיה
כל המכשירים והמתקנים שנבנו עד כה לניצול אנרגיית השמש מנצלים רק כמות
קטנה מאוד מאנרגיית השמש הפוגעת בהם.
אבל ,מכיוון שהכמות של אנרגית השמש המגיעה אלינו גדולה מאוד אין לכך חשיבות
רבה.
לפי כל התחזיות תמשיך השמש לזרוח ותשלח אלינו את האנרגיה שלה גם בעתיד,
במשך כמה מליארדי שנים נוספות.
מכיוון שאנו מקבלים אותה בחינם וללא תלות בבעיות פוליטיות סביר להניח שזו
תהיה אחת מצורות האנרגיה העיקריות שנשתמש בה בעתיד.
אנרגיית השמש משפיעה על כל תחומי החיים שלנו ,מחממת אותנו ,קובעת את מזג
האוויר ומספקת לנו אנרגיה .השמש היא מקור החיים על פני כדור הארץ.
התוכלו לשער מה יקרה אם נקום בוקר אחד והשמש לא תזרח?
חומרי דלק הם מקורות אנרגיה
כדי לבשל ,להאיר ,לחמם ,להפעיל מכונית או להפיק חשמל יש צורך באנרגיה.
חומרי דלק בוערים מספקים אנרגיה.
לחומרי דלק קוראים גם מקורות אנרגיה.
נתבונן סביבנו – מכוניות ורכבות ,מטוסים ואוניות מפעלי תעשייה ,תחנות כוח
שמפיקים בהן חשמל :כל אלה תורמים לנוחיות שלנו ,אך הם לא יכולים לפעול ללא
חומרי דלק.
בנזין ,סולר ,מזוט ,קרוסין ,גז בישול ופחם המפעילים מכונות ,כלי תחבורה ותחנות
כוח הם חומרי הדלק החשובים ביותר בימינו.
מה קורה לחומרי הדלק בתהליך הבערה?
השימוש במקורות האנרגיה השונים
השימוש במקורות האנרגיה השונים בעולם
פחם
נפט
24%
15%
6%
גז טבעי
4%
אנרגיה גרעינית
אנרגיה הידרו אלקטרית
17%
34%
חומרים הבאים מצמחים
ומבעלי חיים
מהם מקורות האנרגיה הנפוצים והשימושיים ביותר כיום?
האם מקורות אלו הם מקורות מתכלים או מתחדשים?
סדרו בסדר גודל עולה את מקורות האנרגיה השימושיים השונים.
מה יקרה לדעתכם ביום שבו יתכלו מקורות האנרגיה מן העולם?
מקורות אנרגיה מתכלה ומקורות אנרגיה מתחדשת
האם האנרגיה המוצגת תצלומים היא מקור לאנרגיה מתכלה או מתחדשת ?
טורבינות רוח
תחנת הכוח רוטנברג בנהריים
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
קולטי שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
תחנת הכוח בחדרה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
בתי הזיקוק בחיפה
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
ברכת שמש
מקור אנרגיה מתכלה /מתחדש
סוגי (צורות) האנרגיה הם מופעים שונים של אותה מהות.
סוגי האנרגיה כוללים:
אנרגיית תנועה ,אנרגיית גובה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית קרינה (אור),
אנרגיית קול ,אנרגיית חום ,אנרגיה כימית ,אנרגיה גרעינית.
לכל סוג אנרגיה יש גורמים (מאפיינים) המשפיעים על גודלו
(למשל גורם המהירות משפיע /קובע את גודל אנרגיית התנועה).
סוגים שונים של אנרגיה
(אור ,תנועה ,חשמלית ,קול)
משמשים לתיאור של
תהליכים שונים המתרחשים
בטבע
שפת האנרגיה :מהם "סוגי" אנרגיה?
מפאת נוחיות הדיבור נהוג לקרוא
לשינויי אנרגיה
בשמות שונים לפי התהליך שאותו הם מתארים.
הכרת סוגי אנרגיה מאפשרת לנו לתאר ולהבין אירועים
ותהליכים שונים המתרחשים סביבנו כל הזמן.
אנרגיה שיש לגוף המוגבה מעל פני הקרקע.
למשל למטוס המרחף מעל פני הקרקע.
גוף הנמצא מעל מישור הייחוס שלו ,הוא בעל אנרגית גובה.
גוף יכול ליפול כמו תפוח מהעץ או לא ליפול כמו מנורה
בתקרה -לשניהם יש אנרגית גובה.
שינוי באנרגיית גובה
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהגובה
של גוף משתנה.
1גו'ל הוא כמות האנרגיה המשתחררת מנפילת 1ניוטון מגובה של 1מטר.
אנרגיית חום=אנרגיה תרמית .נקראת גם אנרגיה
פנימית של החומר .היא נובעת מאנרגית התנועה של
חלקיקי החומר .אנרגית חום עוברת מגוף לגוף בדרכים
שונות :הולכה ,הסעה וקרינה.
אנרגיה עוברת מגוף בעל טמפרטורה גבוהה יותר לגוף בעל
טמפרטורה נמוכה יותר .באופן כזה ,טמפרטורת הגוף אליו
עוברת אנרגית החום גדלה ואילו זו של הגוף ממנו עברה
אנרגית החום קטנה.
שינוי באנרגיית חום
(האנרגיה הקינטית הפנימית של חומר))
מתייחס לשינוי הנמדד בעת שהטמפרטורה
של גוף משתנה
טמפרטורה של גוף היא מדד לאנרגיה קינטית הממוצעת של החלקיקים ,שמהם הוא עשוי
קרינה
חומרים קולטים ופולטים קרינה .קרינה
הנקלטת בחומר תגרום להוספת
אנרגיה לחלקיקיו ותגרום לעליית
הטמפ' של הגוף..
הסעת חום
מעבר חום בגזים ובנוזלים חלקיקי גז או
נוזל עוברים בעצמם ממקום אחד
למקום אחר ואת מקומם תופס גז או
נוזל קר.
הולכת חום
מעבר חום מגוף לגוף או מעבר אנרגיה של
החלקיקים בתוך החומר (הגוף) מתרחשת
בגופים מוצקים.
0C20
0C60
לחצו על התמונה
חלקיקי האוויר
זורמים למרחק
אנרגית התנועה
בלבד עוברת
אנרגיה שמקורה בקשרים הכימיים שבין האטומים של חומר.
האנרגיה משתחררת כאשר חומרים אלה מתפרקים או נשרפים.
אנרגיה זו ,חשובה ביותר לקיומם של כל האורגניזמים .מקורה של
האנרגיה הכימית ליצורים החיים היא במזון אותו הם צורכים .יש
חומרים בעלי אנרגיה כימית רבה (חומרי דלק ,שמנים וסוכרים),
אותם מנצלים לצרכים שונים :מכוניות ,תחנת כוח....
שינוי באנרגיה כימית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים בהרכב הכימי של חומרים
האנרגיה הכימית ,האצורה בסוללות ,הופכת לאנרגיית אור ,כאשר אנו
מדליקים את הפנס!
אנרגיה שיש לגוף מסוים עקב תנועתו.
כל גוף בעל מסה שנמצא בתנועה הוא בעל אנרגית תנועה.
גודלה של האנרגיה ומהירותה קשורה למסת הגוף
(למכונית נוסעת,לאדם הולך ,למטוס טס יש אנרגיה זו)
שינוי באנרגית תנועה :מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שמהירות התנועה של גוף משתנה
אנרגיה של גלי קול – (=אנרגיה אקוסטית) –
אנרגיית תנועה של חלקיקי החומר המתנודדים כתוצאה מגל קול
הפוגע בהם.
(למוזיקה מהרדיו ,לצפירה וכו') ...
אנרגיה הקשורה לתהליכי בליעה או פליטה של אור
(שמש) .לכל קרינה ,אורך גל ייחודי.
דוגמות :קרינה שאינה נראית לעין -קרינת רנטגן ,קרינת
רדיו ,קרני ,Xקרינה על סגולה.
אנרגיה של קרינה הנראת לעין -מופיעה כצבעים
(כחול,אדום) נר דולק ,נורה מאירה ,שמש.
בליעה -בתהליך הפוטוסינתזה ע"י צמחים ירוקים.
פליטה -קרני אור ע"י השמש וגופים מאירים (פנס,נר,נורה).
שינוי
באנרגיה של
אור
מתייחס
לשינוי הנמדד
בעת שאור
נבלע או נוצר.
אנרגיה האגורה בגוף /חומר בעל יכולת לשנוי צורה ע"י הפעלת
כוח .כאשר הוא חוזר לצורתו הקודמת ,משתחררת אנרגיה.
דוגמאות :גומיה ,קפיץ ,כדור .
שימושים:
אבזרי ספורט ( חדר כושר) תעשייה ( קפיצים ) ,מזרונים ועוד....
אנרגיה היכולה "לעבור" הן בחלל והן בעזרת כבלים
מוליכי חשמל .אנרגיה זו מופקת בעיקר בתחנות הכוח
והיא מועברת לכל דורש באמצעות כבלי מתכת.
שימושים:
הפעלת מכשירים חשמליים ,תחבורה.....
"אנרגיה חשמלית" -משמשת לתיאור תופעות בהן נוצר זרם
חשמלי (בתחנת כוח למשל) או שהזרם החשמלי מפעיל מכשירי
חשמל שונים.
שינוי באנרגיה חשמלית מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שחלים שינויים הקשורים במטענים חשמליים
הפקת חשמל בתחנת כוח
אנרגיה גרעינית -אנרגיה שמקורה בכוחות פנימיים שבין החלקיקים,
המרכיבים את גרעין האטום .אנרגיה זו משתחררת לרוב מביקוע של
אטומים של חומרים רדיואקטיביים כגון אורניום וכן מאיחוי גרעינים.
כתוצאה מהביקוע משתחרר חום רב וקרינה.
שימושים:
תחנות כוח לייצור אנרגיה חשמלית ,ברפואה (קרינת רנטגן ו)C.T -
וייצור פצצות אטום.
שינוי באנרגיה גרעינית
מתייחס לשינוי הנמדד בעת
שגרעינים של אטומים משתנים
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מה מתואר בכל תמונה?
• איזה סוג /סוגי אנרגיה אתה מזהה בכל תמונה?
• מזהים אנרגיית תנועה באמצעות תנועה של גוף.
• מזהים אנרגיית גובה על ידי שינוי בגובה של גוף מעל
נקודת ייחוס.
• מזהים אנרגייה אלסטית על ידי מתיחה (או כיווץ או שינוי
צורה
אחר) של גוף.
• מזהים אנרגיית חום על ידי שינוי טמפרטורה של גוף.
• מזהים אנרגיה כימית על ידי שינוי בחומר.
• מזהים אנרגיה חשמלית על ידי זרם חשמלי.
שמיעתב"קול.
באמצעות
מזהים
אחד •
שפת האנרגיה"
בעזרת שימוש
קולהיום יום
אנרגיית מחיי
התאור אירועים
היתרונות
(מושגים מעולם האנרגיה) הוא היכולת להסביר את השינויים שעוברים
• מזהים אנרגיית אור באמצעות ראיית אור.
על גוף מסוים על ידי נתוח סוג האנרגיה המאפיינת אותו בכל מצב.
המרות (גלגול) אנרגיה – מעבר אנרגיה מגוף לגוף או מעבר בין סוג אחד
של אנרגיה לסוג אחר של אנרגיה ,או מעבר משולב גם מגוף לגוף וגם
מסוג לסוג.במערכת סגורה המרות האנרגיה מקיימות את עקרון שימור
האנרגיה ,שמשמעותו סך הכל של האנרגיה נשאר גודל קבוע במערכת,
כלומר כל גוף "שמאבד" אנרגיה ,האנרגיה עוברת לגוף אחר "שקולט"
אותה.
גלגולי אנרגיה /המרות אנרגיה -אנרגיה מסוימת עוברת לסוג אנרגיה אחר או,
כאשר אנרגיה מסוימת באובייקט מסוים עוברת (לאותו סוג אנרגיה) באובייקט
אחר.
ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר
וממערכת אחת למערכת אחרת.
שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
סימון גלגולי /המרות אנרגיה
גלגולי אנרגיה מסמנים באמצעות תרשים חצים ,ואת האנרגיה כותבים בציון
גם האובייקט שעליו מופעלת האנרגיה.
לדוגמא ,תרשים גלגול האנרגיה בנורה המחוברת לרשת החשמל הוא:
אנרגיה חשמלית
חברת החשמל ,חוטים
אנרגית קרינה (אור)
הנורה.
כל מכשיר זקוק לאנרגיה כדי לפעול.
בכל מכשיר נעשית המרה של אנרגיה אחת לאנרגיה אחרת
לצורך אנושי מסוים יכולים להימצא כמה פתרונות טכנולוגיים
המנצלים צורות אנרגיה שונות .למשל :להאיר
אנרגי
ה
חשמל
ית
המרת
אנרגיה
אנרגיי
ת אור
אנרגי
ה
כימית
המרת
אנרגיה
אנרגית
אור
המרות אנרגיה
כאשר בועטים בכדור -יש מגע בין הרגל הבועטת
לבין הכדור המונח על הקרקע ,בעקבות המגע
הכדור החל לנוע והרגל נעצרת.
אנרגית התנועה
של הרגל
לאנרגית התנועה
של הכדור
המרות אנרגיה
תפוח נופל מהעץ :כאשר התפוח היה מחובר לעץ,
הייתה לו אנרגית גובה ,וכשהוא נופל מהעץ,
האנרגיה הופכת לאנרגית תנועה (נפילה = תנועה).
אנרגית גובה
לאנרגית תנועה
המרות אנרגיה
קרני האור פגעים ונבלעים בקולטי דוד השמש השחורים ,בתוך
הקולטים השחורים מצויים צינורות מתכת ובתוכם זורמים מים
קרים ,הצבע השחור של הקולטים בולע את האור שגורם לעליה
בטמפרטורה כך המים מתחממים,
אנרגית אור
לאנרגית חום של
הקולטים
לאנרגית של
המים
התבוננו בהקפצת הכדור שבסרטון הבא:
כדור קופץ ,או כדור קופץ 2
? תארו מה ראיתם?
! רישמו את תאור התופעה ב" שפת האנרגיה"
לכדור הייתה אנרגית גובה ביחס לרצפה .במהלך הנפילה כלפי מטה
הייתה לכדור פחות אנרגית גובה ויותר אנרגית תנועה -אנרגיית הגובה
הומרה לאנרגיית תנועה.
בעת הפגיעה ברצפה אנרגית התנועה הומרה לאנרגיה אלסטית
שהומרה בחזרה לאנרגיית תנועה ,במהלך התנועה כלפי מעלה אנרגיית
תנועה הומרה לאנרגיית גובה .בנקודת השיא הייתה לכדור רק אנרגיית
גובה.
עקרון שימור האנרגיה-
אנרגיה אינה הולכת לאיבוד ואינה נוצרת יש מאין.
האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשארת קבועה,על אף
שהיא משנה צורה או עוברת לגוף אחר.
חוק שימור האנרגיה הוא חוק פיזיקלי בסיסי ,לפיו כמות
האנרגיה בעולם קבועה.
דוד השמש מורכב משני חלקים עיקריים :מיכל המים וקולטי
השמש.
בתוך המיכל ,ישנם מים קרים המגיעים ממקורות.
באמצעות צינור ,הם עוברים לקולטים (השחורים) ובתוך
הקולטים מתפתלים ויוצאים מהם חזרה אל החלק העליון
של המיכל .מהחלק העליון של המיכל ,מגיעים המים לבית.
קולטי השמש השחורים מכיוון שהצבע השחור (שממקום
מאחורי הצינורות בקולט) בולע את האור וכך האור מחמם
את המים בצינורות שבתוך הקולטים וכך יש מים חמים.
גלגולי האנרגיה :אנרגית קרינה של השמש ,אנרגית חום
של הקולטים ,אנרגית חום של המים.
מקור האנרגיה של היצורים החיים –הוא במזון (גלוקוז)
פירוק המזון מתבצע במערכת העיכול באמצעות אנזימים.
תוצרי העיכול :מולקולות אורגניות קטנות היכולות להיכנס
לתאים משמשות כחומר מוצא לתהליך הפקת אנרגיה
ולבנייה .וכך למעשה הופכת האנרגיה שבמזון שאנו אוכלים
מומרת לתנועת השרירים שבגופנו
האנרגיה לפעולות התאים מופקת מחומרים אורגניים.
יצורים חיים זקוקים
לאנרגיה כדי
להתקיים ולפעול
בסביבה.
שפת האנרגיה -שפת השינויים
תופעה מעניינת:
תהליכי שינוי אף פעם לא מתרחשים לבד!
תמיד כאשר חל שינוי כלשהו נלווה אליו שינוי נוסף או מספר
שינויים נוספים.
אם מגמת שינוי (או שינויים) מסוים היא מגמה של גידול הרי
שהמגמה של שינויים אחרים תהיה הפוכה.
אפשר לתאר תופעה זו בפשטות בציון העובדה שכאשר
אנרגיה "מסוג" מסוים גדלה אנרגיה (או אנרגיות) מסוג
אחר קטנה
שפת האנרגיה -שפת האנרגיה :מהן "המרות" אנרגיה?
דרך הדיבור שהשתרשה היא של "המרה" :נוהגים
לומר כי סוג האנרגיה שקטן "מומר" לסוג האנרגיה
שגדל:
אנרגיית הגובה מומרת ("הופכת ל") אנרגיית
תנועה
שגרת דיבור זו יכולה ליצור את הרושם שחל שינוי
במהות האנרגיה למרות שאין לה מהויות שונות.
שפת האנרגיה :מהו שימור אנרגיה?
אם מודדים באופן מדויק* את כל שינויי האנרגיה המיוחסים
לתהליכי השינוי השונים ,מגלים ש"זה שעולה" מתקזז באופן מלא
עם "זה שיורד".
בשפת המדע מכנים גודל שאינו משתנה בתהליכים מסוימים
כגודל "נשמר".
שפת האנרגיה :דוגמאות לשינויי אנרגיה
– דוגמאות:
• כאשר גוף נופל אנרגיית הגובה קטנה ובה בעת
אנרגיית התנועה גדלה
• כאשר נר בוער השעווה שלו מתכלה (וגם החמצן החופשי
סביבו) ובה בעת הנר והאוויר שסביבו מתחממים
• כאשר אור נבלע בקולט השמש הוא נעלם
ובאותה עת המים שבקולט מתחממים
• במכונית המתחילה לנסוע המהירות ,ההרכב הכימי
של הדלק (והאוויר) והטמפרטורה של המנוע כולם משתנים
יחדיו
משימה:
לפניכם כמה תופעות שונות.
בחרו לתאר 2תופעות לפחות ורשמו
בתרשים זרימה את המרות האנרגיה
עבור כל תופעה
מילים ומונחים
כיצד משתמשים?
סוגי אנרגיה
אנרגיית גובה ,אנרגיית
תנועה ,אנרגיה אלסטית ,אנרגיית חום אנרגיה
חשמלית ,אנרגיית אור,
אנרגיית קול
המרות אנרגיה
" אנרגיית הגובה של הכדור הומרה לאנרגיית תנועה"
"אנרגיה חשמלית הומרה לאנרגיית חום"
"לגוף נע יש אנרגיית תנועה"
"במעגל חשמלי בנורה יש המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיית אור ואנרגיית
חום"
"מערכת סטריאו ממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיית קול"
שימור אנרגיה
גודלה של האנרגיה הכוללת במערכת סגורה נשאר קבוע
אנרגיה איננה הולכת לאיבוד
לא ניתן ליצור אנרגיה יש מאין.
הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת
נשמרת.
הכרת ייצוג גרפי לתיאור
תופעות מנקודת המבט של אנרגיה
שימוש בייצוג גרפי לתיאור המרות אנרגיה
במערכת סגורה (בה האנרגיה הכוללת קבועה)
נשתמש בייצוג בצורת דיאגראמת פאי המתאר את השינויים
בגודל היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת.
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
משימה:
תארו את המרות
האנרגיה במצבים
השונים של הכדור-
הציגו בעזרת תרשימי
זרימה.
דיון בתופעה של כדור קופץ מנקודת
מבט של אנרגיה
• נתייחס למערכת ולסוגי האנרגיה.
• מהם מרכיבי המערכת?
– כדור ,רצפה ,אויר( ,כדור הארץ)
• מהם סוגי האנרגיה המעורבים?
• אנרגית גובה (פוטנציאלית),אנרגית תנועה ,אנרגיה
אלסטית ואנרגיית חום
• כיצד מזהים את המרות האנרגיה?
– אנרגית תנועה :מתייחסת לשינויים בתנועתו של הגוף
(שינויים בגודל המהירות)
– אנרגית גובה :מתייחסת לשינויים בגובה הגוף יחסית
לנקודת ייחוס
תופעה :כדור קופץ
•האיור מתאר את מסלול
תנועת הכדור
•כל עיגול מציין נקודה
מסוימת בזמן לאורך
המסלול
•נתייחס למערכת של:
כדור (ביחס לרצפה) +
רצפה
איך ייראה
הייצוג בכל
נקודה?
מישור הייחוס
דיאגראמת העוגה מייצגת את השינויים בגודל
היחסי של סוגי האנרגיה השונים במערכת
(כדור+רצפה+אויר)
מסקנה :יש שימור אנרגיה
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
תיאור מדויק יותר של התופעה
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/Sports%20Equipment/baske
tball_bounce.wmv
http://www.engr.colostate.edu/~dga/high_speed_video/#Sports_Equipment
?אילו סוגי אנרגיה יש עכשיו במערכת
התייחסות לאנרגיה אלסטית
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
מדוע הכדור אינו
חוזר לאותו גובה?
לאן נעלמה
האנרגיה?
התייחסות לאנרגיות נוספות
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
אנרגיה אלסטית
אנרגיה תרמית
מסקנה האנרגיה
הומרה לסוגים
אחרים (חום ,קול)
ועברה למערכת
אחרת
התייחסות למעברי האנרגיה במערכת
הכדור ניתר לגובה נמוך יותר יחסית לנקודת
ההתחלה כיוון ש:
• חלק מאנרגית המערכת הומר לאנרגיה תרמית
(הכדור והרצפה התחממו)
ולא ניתן להמיר אנרגיה זו לאנרגיה קינטית/גובה של
הכדור
ניתוח התופעה בשפת האנרגיה
•
•
•
•
זיהוי מרכיבי התופעה והגדרת מערכת
זיהוי סוגי האנרגיה המרכזיים
תאור התהליך כמעבר בין סוגי אנרגיה
תאור השוואתי (דירוגי) של השינויים באנרגיה (ייצוג בטבלה)
הוספת שימור אנרגיה באמצעות ייצוג חזותי (תרשימי פאי*)
•
שימוש באנלוגיה להמרת כסף
מטוטלת
1
3
2
אנרגיית גובה
ניסויים עם מטוטלות- מטוטלות
http://il.youtube.com/watch?v=ehUrsIAb
Yjk&feature=channel
ניסוי מפתח תיאור השוואתי
פחית נופלת על כדור פלסטלינה ומועכת אותו" .מידת המעיכה" משמשת כמדד
לאנרגיית הפחית הפוגעת בכדור
1
2
3
4
5
מטרות הניסוי:
הדגמת הקשר בין מאפיינים של גוף לסוג האנרגיה
אנרגיית תנועה תלויה במהירות ובמסה
אנרגיית גובה תלויה בגובה ובמסה
תאור השוואתי (דירוגי) של האנרגיה במערכת
תלות האנרגיה במאפיינים
שלבי הניסוי
א .מעיכת הפלסטלינה כמדד לשינויי אנרגיה
מעיכה "איטית" של כדור פלסטלינה באמצעות היד .ככל
שהמעיכה גדולה יותר השינוי באנרגיית כדור הפלסטלינה
גדול יותר (אנאלוגיה לקפיץ) .
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה)
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה)
1
2
אנרגיית גובה
אנרגיית תנועה
3
4
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה
שלב
בתהליך
2 1
2
3
3
4
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
תיאור שינויים יחסיים באנרגיה עד הפגיעה
בפלסטלינה
שלב
בתהליך
2 1
שינויים במאפייני הפחית
מסה
גובה
מהירות
שפת האנרגיה
א' גובה א' תנועה תיאור
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
2
3
קבועה
קטן
גדלה
קטנה
גדלה
אנרגיית גובה
הומרה
לאנרגיית
תנועה
3
4
קבועה
מתאפס
(מישור
ייחוס)
גדלה
והגיעה
לערך
מקסימלי
קטנה
גדלה
בנקודה זו כל
אנרגיית הגובה
(יחסית למישור
הייחוס) הומרה
לאנרגיית תנועה
תוצאות הניסוי
המדד :השוואה של מידת המעיכה של הפלסטלינה
ב .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית גובה
.1תלות בגובה (נפילה של אותה פחית מגבהים שונים) :גובה
התחלתי גדול יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :מסה
גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
ג .זיהוי המאפיינים המשפיעים על אנרגיית תנועה
.1תלות במהירות (נפילה לעומת זריקה כלפי מטה מאותו גובה):
מהירות התחלתית גדולה יותר => מעיכה גדולה יותר
.2תלות במסה (נפילה של פחיות שונות מאותו גובה) :כמו ניסוי
ב2
מסקנות
ב .תלות אנרגיית גובה במאפיינים מסה ושינוי גובה
.1למסה נתונה ,ככל שהשינוי בגובה גדול יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
.2לשינוי גובה נתון ,ככל שהמסה גדולה יותר השינוי
באנרגיית הגובה גדול יותר
ג .תלות אנרגיית תנועה במסה ובשינוי מהירות נתון
.1למסה נתונה ,ככל ששינוי המהירות גדול יותר השינוי
באנרגיית התנועה גדול יותר
.2למהירות נתונה ,ככל שהמסה גדולה יותר אנרגיית
התנועה גדולה יותר
רעיונות מרכזיים
•
•
•
•
ניתן לתאר תופעות ותהליכים באמצעות "שפת האנרגיה"
בשפת האנרגיה תופעות ותהליכים מתוארים באמצעות
סוגי אנרגיה והמרות מסוג אחד לסוג אחר
במערכת סגורה הסכום של ערכי האנרגיה מסוגים שונים
נשאר קבוע ,כלומר האנרגיה הכוללת נשמרת (חוק
שימור האנרגיה)
מקורות אנרגיה מתחדשים בקצב שונה :איטי (המקורות
מכונים "מתכלים") ומהיר (המקורות מכונים
"מתחדשים")
• התרחשותם של תהליכים ותופעות בטבע מבטאים צורות אנרגיה שונות (חשמלית ,קול,
אלסטית,תנועה) .שינוי באנרגיה" משמש לתיאור ההתרחשות של תופעות ותהליכים בטבע.
• ניתן לתאר תופעות ותהליכים על ידי "מעברי אנרגיה" מסוג אחד לסוג אחר ומגוף אחד לגוף אחר.
• כדי לקבל אנרגיה הרצויה לנו אנו משתמשים בגלגול אנרגיה.
• כדי לגלגל אנרגיה מסוג אחד הרצויה לנו אנו משתמשים במכונות ומכשירים.
מנוע מכונית הוא מכשיר ההופך אנרגיה כימית של הדלק לאנרגית תנועה.
• אנרגיית החום נוצרת בכל אחד משלבי הגלגולים.
• יצורים חיים זקוקים לאנרגיה כדי להתקיים ולפעול בסביבה(צחמים -אור ,בע"ח – מזון).
• בני האדם מנצלים משאבי טבע שונים ("מקורות אנרגיה") לשם חימום או יצירת זרם חשמלי.