Overview
Denne lektion handler om mekanisk energi, herunder hvordan energi omdannes mellem forskellige former, og hvordan effektivitet spiller en rolle i disse processer.
Energi og energiformer
- Energi findes i mange former, fx strålingsenergi, kemisk energi, termisk energi og mekanisk energi.
- Når energi bevæger sig gennem systemer, omdannes den ofte mellem forskellige former (fx kemisk til elektrisk energi).
- Et kraftværk omdanner kemisk energi til termisk, derefter mekanisk og til sidst elektrisk energi.
Mekanisk energi
- Mekanisk energi består af potentiel energi og kinetisk energi: ( E_{mek} = E_{pot} + E_{kin} ).
- Formel for potentiel energi: ( E_{pot} = m \times g \times h ), hvor m er masse, g er tyngdeacceleration (9,82 N/kg), og h er højde.
- Formel for kinetisk energi: ( E_{kin} = \frac{1}{2} m v^2 ), hvor v er hastighed.
- Mekanisk energi kan analyseres gennem arbejdets definition: arbejde = kraft × strækning.
Arbejde og energioverførsel
- Arbejde udført af tyngdekraften er ( A = F_{tyngde} \times h ), hvor ( F_{tyngde} = m \times g ).
- Når et objekt falder, omdannes potentiel energi til kinetisk energi, hvis vi ser bort fra luftmodstand.
- Når objektet rammer jorden, er al energi omdannet til termisk energi.
Effektivitet i energiomdannelse
- Effektivitet (( \eta )) = nyttig energi / tilført energi.
- Glødepærer har lav effektivitet (~2 %), mens energisparepærer har højere effektivitet (~20 %).
- Ved omdannelse fra kemisk til mekanisk energi i kraftværker opnås ofte omkring 50 % effektivitet.
- Restenergien udnyttes ofte som fjernvarme i Danmark.
Eksempler på energiomdannelse
- Ved faldskærmsudspring omdannes potentiel energi til kinetisk energi og derefter til termisk energi gennem luftmodstand.
- Når faldskærmen udløses, øges luftmodstand, og meget kinetisk energi omdannes hurtigt til termisk energi.
- Til sidst er al energi omdannet til termisk form, når man lander.
Key Terms & Definitions
- Mekanisk energi — Summen af potentiel og kinetisk energi i et system.
- Potentiel energi — Energi lagret pga. et objekts position i et kraftfelt, fx højde over jorden.
- Kinetisk energi — Energi forbundet med bevægelse.
- Effektivitet — Hvor stor en del af tilført energi, der udnyttes som nyttig energi.
- Arbejdsbetragtning — Metode til at analysere energiændringer ved at se på udført arbejde.
Action Items / Next Steps
- Læs mere om forskellige energiformer og omregning mellem dem.
- Øv regning med formlerne for potentiel og kinetisk energi.
- Undersøg effektivitetsberegninger for husholdningsapparater.