ENERGI - MikroVerkstedet
ENERGI - MikroVerkstedet
ENERGI - MikroVerkstedet
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Et LEGO ® inspirasjonsmateriale<br />
<strong>ENERGI</strong>
TAKK TIL<br />
LEGO Educational Division takker<br />
følgende for deres bidrag:<br />
Forfatter og opplæringskonsulent:<br />
George Snape<br />
Stockport, England<br />
Redaktører:<br />
Deborah Sirulnik<br />
White Knuckle Advertising<br />
Longmeadow, Massachusetts USA<br />
Diana McMeeking<br />
Simsbury, Connecticut USA<br />
Grafisk design:<br />
Timothy Hiltabiddle<br />
Hiltabiddle Design<br />
Newburyport, Massachusetts USA<br />
Bilder:<br />
Museum of Science and Industry<br />
Manchester, UK<br />
NEG Micon<br />
Randers, Danmark<br />
www.LEGO.com/education<br />
EN VERDEN MED<br />
<strong>ENERGI</strong><br />
Et LEGO ® inspirasjonsmateriale<br />
I dette materiale finner du:<br />
E NERGIEN O MKRING O SS<br />
Se med den. Hør med den. Beveg deg med den<br />
E LEKTRISK E NERGI<br />
Se i spenning på dens mange bruksområder!<br />
P RODUKSJON AV E LEKTRISITET<br />
Fra vind, vann og sol<br />
L AGRING AV E NERGI<br />
Gjem energien til seinere bruk<br />
OVERFØRING AV E NERGI<br />
Det kreves energi for å flytte energi<br />
VARIG E NERGI<br />
En umulig drøm?<br />
3
<strong>ENERGI</strong>EN OMKRING OSS<br />
Se med den.<br />
Hør med den.<br />
Beveg deg med den<br />
En<br />
soldrevet<br />
vifte.<br />
Energi finnes overalt. Vi har den på toppen av<br />
en bakke og omdanner den til bevegelsesenergi<br />
mens vi går nedover. Energien i maten vi spiser<br />
er det brennstoffet som gjør at vi kan bevege<br />
musklene våre og holde oss varme. Lydenergi<br />
kommer inn gjennom øret så vi kan høre,<br />
lysenergi gjør det mulig for oss å se. Energi<br />
eksisterer alltid og er nyttig for oss når den går<br />
fra én form til en annen. Vi utnytter energien<br />
i brennstoff når vi brenner det. Vi utnytter den<br />
også i bilmotoren for å få biler til å kjøre.<br />
Et eneste lyn<br />
inneholder nok<br />
elektrisk energi<br />
til å forsyne en<br />
by i en uke.<br />
Det tar mindre tid<br />
å fjerne snøen hvis<br />
det tilføres mer<br />
energi.<br />
"Arbeid er den mest<br />
betydningsfulle ting<br />
i verden; derfor bør vi alltid<br />
gjemme noe til i morgen."<br />
Energi: ukontrollert effekt<br />
Noen ganger utløser vi energi raskt. Krutt og dynamitt<br />
inneholder mye energi. En eksplosjon er ukontrollert og<br />
kan forårsake store ødeleggelser.<br />
Lyn er en ukontrollert utløsning av energi. Stigende og<br />
fallende luftstrømmer i skysystemer får den elektriske<br />
spenningen til å stige. Ladningen<br />
i skyene vokser seg større og større J AMES J OULE VAR<br />
inntil en enorm elektrisk gnist utløses.<br />
OVERBEVIST OM AT<br />
Det er dette vi ser som et lyn.<br />
BEVEGELSES<strong>ENERGI</strong><br />
Solen er en kjernereaktor som gir<br />
oss energi som varme, lys og annen<br />
stråling. Kjerneenergi frigis når det skjer<br />
endringer i atomkjernene. Solen mister<br />
energi tilsvarende 4.000.000 tonn per<br />
sekund. Heldigvis vil det ta flere<br />
milliarder år før solen er oppbrent.<br />
KAN OMSETTES TIL<br />
VARME<strong>ENERGI</strong>.<br />
D ERFOR TILBRAKTE<br />
HAN SINE<br />
HVETEBRØDSDAGER<br />
MED Å VISE AT<br />
VANNTEMPERATUREN<br />
Arbeid og energi<br />
ER HØYERE VED<br />
BUNNEN AV ET<br />
Det er hardt arbeid å løfte tunge ting.<br />
Prøv å løfte et lite eple (på ca. 100 VANNFALL ENN PÅ<br />
gram) til en meters høyde. Du har<br />
TOPPEN!<br />
nettopp tilført eplet en joule energi!<br />
Enheten for energi er oppkalt etter James P. Joule.<br />
Effekt er et mål for hvor hurtig du overfører energi. Du kan<br />
løfte eplet langsomt opp og bruke liten effekt. Hvis du løfter<br />
eplet svært raskt, er effekten større. Effekt måles i watt.<br />
DON HEROLD<br />
4 5<br />
En vinsj<br />
gjør det<br />
letter å<br />
løfte ting.
Energien som<br />
frigjøres i et<br />
forbrenningsanlegg<br />
kan brukes til elproduksjon.<br />
6<br />
Energi: gjenbruk<br />
Vi kan ikke skape eller ødelegge energi. Vi kan<br />
omdanne den kjemiske energi i brensel til varmeenergi.<br />
Men mange av våre energiressurser er<br />
begrensede. Det vi nå kjenner til av olje- og gassressurser<br />
- som det tok millioner av år å lage - vil være oppbrukt om<br />
mindre enn 50 år. Hvis energilagrene skal holde langt inn<br />
i fremtiden, må fornybare energikilder som sol, vind og vann<br />
utnyttes i større grad.<br />
Søppel – en mulig formue<br />
Mange avfallsprodukter kan forbrennes i små energiverk. Et<br />
energiverk i Storbritannia utvikler 12,5 millioner watt ved å<br />
forbrenne hønselort! Ovnstemperaturen er meget høy: 850 ˚C<br />
for å utrydde bakterier og fjerne lukt.<br />
I områder hvor det dyrkes korn, forbrennes halm så det<br />
produseres elektrisk energi. Vi kan plante trær for senere<br />
å lage papir av dem. Hvis vi så samler inn og forbrenner<br />
papiret for å lage elektrisk energi, bruker vi energiressursen<br />
en gang til. Vi gjenbruker papiret og energien.<br />
En del av det avfallet som stammer fra husholdninger,<br />
kommer til en søppelfylling. Det nedbrytes og det dannes<br />
metangass. Gassen kan samles inn og føres i rør til små<br />
energiverk, hvor den forbrennes for å danne damp til<br />
turbinene som driver generatorene.<br />
En gjenbruksmaskin<br />
for<br />
metall.<br />
Ikke-fornybare<br />
energikilder<br />
Fornybare<br />
energikilder<br />
"Vinden og bølgene er<br />
alltid på den dyktige<br />
styrmannens side."<br />
EDWARD GIBBON<br />
Vindmøllen<br />
produserer<br />
energi til<br />
gatebelysningen.<br />
Vi planter så hurtig vi kan<br />
Hvis vi forbrenner en hurtigvoksende plante,<br />
kan vi – forutsatt at vi planter like mange som<br />
vi forbrenner – fortsette å benytte den som en<br />
energiressurs. Hurtigvoksende trær som pil og<br />
poppel er ideelle, fordi de etter nedskjæring vil<br />
vokse opp igjen fra samme rot. En slik metode<br />
krever tre skogteiger slik at trærne i hver teig<br />
kan skjæres ned hvert tredje år . Et kraftverk<br />
i Cornwall, England, planlegger å benytte<br />
elefantgress på denne måten. Det vil levere<br />
elektrisitet til 5.000 husstander.<br />
Det kommer i bølger<br />
Soldrevet bil.<br />
Tidlige forsøk på å utnytte energien i bølger<br />
undervurderte kraftig den nærmest fryktinngytende energien<br />
som bølgene inneholdt. Mange av de tidlige forsøk ble ødelagt<br />
av bølgenes enorme energi.<br />
En nylig undersøkelse av dette arbeidet viser at det i dag er<br />
planlagt minst 15 bølgeenergiverk. Ni av dem vil bli plassert<br />
i Europa. Undersøkelsen konkluderer med at bølgeenergi vil<br />
kunne oppfylle 10 % av verdens energibehov.<br />
En vannmølle driver samlebåndet.<br />
7
Elektrisk drevet karusell.<br />
8<br />
ELEKTRISK <strong>ENERGI</strong><br />
Se i spenning på dens<br />
mange bruksområder!<br />
Uvær fylt av lyn og lynnedslag har<br />
rast siden jorda fikk en atmosfære<br />
for noen tusen millioner år siden.<br />
Små elektriske pulser fra<br />
hjernen styrer alle våre<br />
muskelbevegelser.<br />
F OKUS P Å: D EN E LEKTRISKE M OTOR<br />
DEN HAR EN TILTREKKENDE PERSONLIGHET<br />
Det hele begynte i København i 1820, da H. C. Ørsted<br />
holdt et foredrag om overføring av elektrisk energi til<br />
varmeenergi. Han hadde et kompass nær inntil en<br />
metalltråd. Da han tilsluttet strøm, oppdaget han at<br />
kompassnålen, som jo er en magnet, svingte vekk fra<br />
sin vanlige nord-syd-stilling. Elektrisk strøm skapte et<br />
magnetisk felt! En rekke oppfinnelser fulgte:<br />
elektromagneten, den elektriske klokke, el-motoren og<br />
den telegrafiske mottaker – for bare å nevne noen få.<br />
En el-motor har en spole som leder en elektrisk strøm.<br />
Spolen er montert på en aksel og montert i et sterkt<br />
magnetfelt. Når elektrisitet går gjennom spolen, dreier<br />
spolen om sin akse.<br />
Seinere, i 1831, oppdaget Michael Faraday at en magnet<br />
som beveger seg inn og ut av en spole, induserer<br />
elektrisitet i spolen. En dynamo (eller generator) er<br />
en omvendt motor. Drei aksen, og spolen produserer<br />
elektrisitet.<br />
Når generatoren<br />
dreies, vil<br />
lampene lyse.<br />
Generator eller motor?<br />
En motors evne til å fungere som<br />
en generator og lage elektrisk<br />
energi kan være med på å holde<br />
energiomkostningene nede.<br />
Da jernbanen mellom Manchester<br />
og Sheffield ble elektrifisert, ble<br />
togtidene tilpasset så de tunge kullfyrte lokomotivene som<br />
kom nedover bakken produserte nok elektrisitet til å drive<br />
passasjertoget opp bakken.<br />
Noen hydroelektriske energiverk oppbevarer vann i et høytliggende<br />
basseng så det kan renne ned i et lavereliggende<br />
basseng, og derved produsere elektrisk energi i perioder med<br />
stor belastning. Så snart strømforsyningen igjen er tilstrekkelig<br />
fra det ordinære energiverket, blir elektrisitet herfra brukt<br />
til å drive en motor og pumpe vannet tilbake igjen.<br />
Når elektrisiteten snakker<br />
En telefon omformer lydenergi til elektrisk eneergi og<br />
omvendt. Telefonens oppfinner, Alexander Graham Bell,<br />
ble født i Edinburgh, Skottland, i 1847. Han begynte å<br />
forske i talende maskiner. Hans familie flyttet til Nord-<br />
Amerika i 1870, hvor han utviklet høyttaleren. Den benyttet<br />
en magnet som passet inn i en spole. Magneten var fastgjort<br />
til en membran som vibrerte inn og ut når strømmen gikk<br />
gjennom spolen.<br />
Ved en tilfeldighet oppdaget han at<br />
høyttaleren kunne arbeide motsatt, det<br />
vil si omdanne lyd til skiftende elektriske<br />
strømmer. Dette var oppfinnelsen av<br />
mikrofonen.<br />
9
10<br />
Energi i felter<br />
Vi lever alle i et tyngdefelt. Tyngdekraften tiltrekker alt<br />
på jorden. Enhver ting som faller, omdanner energi til<br />
bevegelsesenergi (kinetisk energi).<br />
Det er også to andre typer felter: magnetiske felter og<br />
elektriske felter. En magnet holdt i et magnetisk felt har<br />
magnetisk potensiell energi og vil oppnå kinetisk energi<br />
når den slippes. På samme måte vil en elektrisk ladning holdt<br />
i et elektrisk felt, ha elektrisk potensiell energi.<br />
Et magnetisk<br />
tog svever<br />
over sporet.<br />
Elektromagnetiske<br />
felt i spor i gulvet<br />
styrer denne<br />
roboten i LEGOs<br />
produksjonslokaler.<br />
F OKUS P Å: H ØYHASTIGHETSTOG<br />
DE FLYTER PÅ ET MAGNETISK FELT<br />
Teknologien for å få tog til å kjøre ved hjelp av<br />
magnetfelter har eksistert i over 30 år. Tyskerne<br />
har utviklet et system som får et tog til å sveve<br />
ved magnetisk tiltrekning; japanerne har utviklet<br />
et tog som svever ved magnetisk frastøtning.<br />
Det er bygget prøvespor der prototyper er blitt testet<br />
ved rekordhastigheter, men til nå har ingen kommet<br />
i gang med ordinær togdrift. Mest lovende er det<br />
japanske system med magneter som inneholder en<br />
superleder på flytende helium som har meget lav<br />
temperatur. Disse magnetene får et tog til å sveve<br />
ca. 10 cm over skinnene. I det tyske system svever<br />
toget kun ca. 8 – 9 mm over skinnene og krever<br />
meget nøyaktig skinneføring. Ikke desto mindre<br />
har man planer om togspor på 285 km mellom<br />
Hamburg og Berlin til en pris på nær 40 milliarder<br />
kroner. Hastigheten kan komme opp i over 430 km/h.<br />
Passasjerene vil nok ha opplevelsen av at de flyr.<br />
Magnetiske vogner frastøter hverandre.<br />
E LEKTRONER<br />
I ETTV-BILDERØR<br />
KAN FÅ HASTIGHETER<br />
PÅ 1/10 AV LYSETS<br />
HASTIGHET. VED DENNE<br />
HASTIGHET BEGYNNER<br />
ELEKTRONENE Å BLI<br />
TYNGRE.<br />
En tjenelig skrivebordsmagnet.<br />
Magnetisk<br />
romskipsutskyting<br />
NASA har gitt 1.000.000 britiske pund til universitetet i Sussex<br />
for å utvikle et nytt system til utskyting av raketter basert på<br />
magnetisk løftning. Systemet vil benytte elektromagneter til å<br />
løfte og drive raketten ved høy hastighet langs en skrå skinne.<br />
Ideen er at den vil bli skutt ut fra enden av utskytningsrampen<br />
og ut i banen. Hvis det lykkes, vil forskningen skjære ned<br />
omkostningene drastisk i forbindelse med utskytninger.<br />
Normalt benyttes store mengder dyrt brennstoff.<br />
Man blir helt elektrisk!<br />
Gni en ballong mot ullgenseren din for å gi den elektrisk<br />
ladning. Hold den tett inntil håret, som vil løfte seg i det<br />
elektriske felt. Håret vil stritte ut til siden. Du kan se en<br />
tilsvarende virkning på en TV-skjerm. Det elektriske feltet<br />
får skjermen til å trekke til seg en masse støv.<br />
MRI (magnetic resonance imaging<br />
– magnetisk resonans skanning)<br />
omgir pasienten med et magnetisk<br />
felt som er 10.000 til 30.000 ganger<br />
kraftigere enn jordens magnetfelt.<br />
Pasienten kjenner ingen smerte ved<br />
denne metoden.<br />
Elektriske felter styrer bildet i bilderøret i en TV. Bilderøret<br />
er lufttomt og inneholder en elektronkanon som skyter ut<br />
elektroner. Andre deler av kanonen danner elektriske felter<br />
som styrer elektronstrålen. Når elektroner utløses fra kanonen,<br />
vil det elektriske felt akselerere<br />
disse opp i en meget høy<br />
hastighet. Når elektronene<br />
treffer det kjemiske belegget<br />
på skjermen, endres deres<br />
kinetiske energi til et lysglimt.<br />
11
Vindenergi får lampen<br />
ved hoveddøra til å lyse.<br />
12<br />
PRODUKSJON AV ELEKTRISITET<br />
Fra vind,<br />
vann og sol<br />
Moro med vind!<br />
I tusener av år benyttet<br />
seilskuter vindens<br />
energi. I dag er bruken<br />
av seil en fritidsaktivitet<br />
for mennesker over<br />
store deler av verden .<br />
Vi setter stor pris på<br />
den befriende følelsen<br />
det er å seile en seilbåt<br />
eller et seilbrett.<br />
F OKUS P Å: V INDGENERATOREN<br />
Vindmøllens generator.<br />
THE ANSWER IS BLOWING IN THE WIND<br />
Omkring år 700 ble vindmøllen brukt til å male korn<br />
til mel. De hadde vannrette seil som var fastgjort til<br />
møllesteinene. Etter hvert som bruken av vindmøller<br />
spredte seg gjennom Europa, ble de utformet<br />
annerledes; de fleste ble endret til et loddrette seil<br />
som var forbundet med møllesteinene via et drev.<br />
I dag bruker vi vindmøller til å produsere elektrisitet.<br />
Moderne rotorer har store vinger for å fange vindenergi<br />
effektivt. Vindmøllene står ofte samlet i en<br />
vindmøllepark.<br />
I toppen av tårnet plasseres generatoren og girene<br />
(drevene) som øker rotasjonshastigheten på aksen til<br />
en effektiv generatorhastighet. Her finner vi også en<br />
mekanisme for å vende rotorene opp mot vinden og<br />
endre vinkelen og stigningen på vingene. Vindgeneratorer<br />
er effektive og omdanner ca. 30 % av vindens<br />
energi til elektrisk energi.<br />
"Jeg selger det hele<br />
verden ønsker:<br />
energi."<br />
MATTHEW BOULTON<br />
1711-1780<br />
En vinddrevet seilbil.<br />
Fremstilling av elektrisitet<br />
fra rennende vann<br />
Vannmøller (skovlehjul) ble brukt til å vanne<br />
dyrket mark helt tilbake til 600 år f.Kr.<br />
Omkring 100 f.Kr. ble de benyttet til å male<br />
korn til mel. Etter hvert som industrialiseringen<br />
vant fram, ble vannenergi viktigere for å drive<br />
mange andre former for maskiner, fra<br />
papirmøller til tekstilindustri.<br />
Vannmøller inndeles vanligvis i to typer:<br />
underfalls- og overfallshjul. Underfallshjulet<br />
har blader som går ned i vannet og dreies av<br />
vannstrømmen. Overfallshjulet benyttes derimot<br />
i bakket landskap hvor vannet rant ned på et<br />
hjul ovenfra. De var utstyrt med trauliknende<br />
skovler. Vannets stillingsenergi gir energien<br />
som skal til for å dreie hjulet.<br />
Møllehjul - som nå kalles turbiner - benyttes<br />
i vannenergiverk. Vannet samles i en demning.<br />
Når slusen i demningen lukkes opp, fosser<br />
vannet ut og driver turbinene rundt i stor<br />
hastighet. Dette genererer store mengder<br />
elektrisitet. Vannenergiverk forsyner Norge<br />
med 99% av den elektrisiteten vi bruker. På verdensbasis<br />
er vannenergien den viktigste energikilde etter fossile<br />
brennstoffer.<br />
Tiden beveger seg langsomt<br />
Eierne av Park Green Silk Mill i Macclesfield i Storbritannia ville<br />
ikke godta å betale arbeiderne samme lønn om sommeren når<br />
vannet til mølla strømmet langsomt, som om vinteren og våren<br />
med stor vannføring i elva. Uret på mølla hadde to urskiver: én<br />
viste den riktige tiden, den andre ’mølle-tid’! Mølle-tidsuret,<br />
som befant seg i maskinhuset, var forbundet til møllehjulet.<br />
Om sommeren strømmet vannet langsomt og derfor gikk uret<br />
langsomt. Arbeiderne visste ikke at de måtte arbeide flere<br />
timer for samme lønn om sommeren enn i resten av året.<br />
Et vasshjul på<br />
en vannmølle.<br />
13
En RCX<br />
solcelle<br />
skanner<br />
omgivelsene<br />
for mest<br />
mulig lys.<br />
14<br />
Solenergi omdannes til elektrisitet.<br />
Noen solpaneler omdanner solenergi direkte til<br />
elektrisitet. De er fremstilt av ekstremt ren silisium, og<br />
så behandlet med andre halv-ledende lag. Når sollyset<br />
faller på solcella, genereres det ca. 0,5 volt mellom de<br />
to lagene. Et typisk 10 cm panel produserer en effekt på<br />
ca. 0,75 W.<br />
Små solceller benyttes ofte i lommeregnere.<br />
Hvis flere celler koples sammen,<br />
øker effekten. I avsidesliggende eller øde<br />
områder eller i uland benyttes de til å<br />
produsere energi i liten målestokk, for<br />
eksempel til telefonforbindelser.<br />
Andre eksempler på bruksområder er<br />
oppladning av batterier på skilter langs<br />
motorveier, eller – tro det eller ei - maskiner<br />
til å skrive ut parkeringsbøter.<br />
F OKUS P Å: SOLBILEN<br />
Lyset treffer<br />
solcellene og<br />
driver bilens<br />
motor.<br />
FORURENSNINGSFRI TRANSPORT<br />
Å få en bil til å kjøre på gratis energi fra solen…<br />
er det en drøm om en forurensningsfri bytransport<br />
eller en uoppnåelig drøm?<br />
Solbilen fra Honda ble bygget til Verdensmesterskapet<br />
i solbilrace tvers over Australia, drøyt 3.000 km<br />
mellom Darwin og Adelaide. De benyttet de siste<br />
teknologiske nyvinninger, og bygget et karosseri<br />
med en form og av et materiale som minsker<br />
luftmotstand og vekt. Bakhjulene inneholder en<br />
spesialmotor designet for høy effektivitet ved lave<br />
omdreiningstall.<br />
Honda-teamet arbeidet tett sammen med en<br />
amerikansk solenergi-ekspert og benyttet høyeffektive<br />
solceller. En elektronisk styreenhet regulerte strømmen<br />
av energi mellom cellene, batteri og motor. Motoren<br />
kunne fungere som en generator, til produksjon av<br />
energi som ble lagret i batteriet når bilen kjørte ned<br />
bakker eller minsket farten.<br />
På en skyfri dag kjørte bilen i gjennomsnitt 75 km/h<br />
med en topphastighet på over 130 km/h. Den vant<br />
mesterskapet med en samlet tid på 35 timer 28<br />
minutter.<br />
Elektrisitet fra<br />
solpanelet lader<br />
et batteri som<br />
så benyttes<br />
i gatelamper,<br />
fyrtårn og til og<br />
med parkometre.<br />
I hjemmet<br />
Noen hus er utstyrt med solpanel.<br />
Panelene inneholder en væske<br />
som tar vare på varmeenergien.<br />
Den varme væsken føres videre<br />
til en varmeveksler for å varme<br />
opp vann til et badebasseng eller<br />
forvarme vann til bruk inne<br />
i huset. I Norge er mange hytter og fritidshus utstyrt<br />
med solpaneler også til belysning.<br />
Naturlige solceller<br />
Alle grønne planter tar opp energi fra sola. De fanger opp<br />
lysenergien i "solceller" som vi kaller blader og omdanner den<br />
til kjemisk energi. Denne prosessen som vi kaller fotosyntese,<br />
foregår ved hjelp av de grønne klorofyllkornene som<br />
omdanner energien i lyset til sukkeret glukose og oksygen.<br />
Fang et par stråler<br />
Solbading er spesielt viktig for padder eller krypdyr. Disse<br />
virvelløse dyrene er vekselvarme. Hvis du er utstyrt med svært<br />
liten kroppsisolasjon til å holde på varmeenergien, trenger du<br />
all den varme du kan få fra sola for at kroppen skal fungere<br />
ordentlig. For å kunne ta opp mest mulig varme, utvider noen<br />
vekselvarme dyr kroppsoverflaten sin, slik at de får størst mulig<br />
areal vendt mot sola. Andre kan gjøre huden mørkere om dagen<br />
og lysere om natten. Mørke farger fanger opp mer varme enn<br />
lyse farger.<br />
Dette 14-motors soldrevne flyet lander<br />
etter en suksessfylt testtur. Med et<br />
vingespenn på ca 70 meter fløy den<br />
i 2 timer i en høyde på 30 km.<br />
Heldigvis er den fjernstyrt fra jorden<br />
og behøver derfor ikke pilot.<br />
15
LAGRING AV <strong>ENERGI</strong><br />
Overskuddsenergi<br />
fra vind, vann og<br />
sol oppbevares<br />
i elektriske<br />
kondensatorer.<br />
Gjem energien til<br />
seinere bruk<br />
F OKUS P Å: K ONDENSATOREN<br />
LAD DEN OPP!<br />
Mange elektriske apparater har bruk for å kunne lagre<br />
litt energi. De benytter en kondensator. Det er en meget<br />
enkel anordning laget av to metallplater atskilt av et<br />
tynt lag med isolasjonsmateriale. På en måte likner den<br />
et smørbrød bestående av to lag brød (metall) med<br />
syltetøy (isolasjonsmateriale) imellom. En stor kondensator<br />
skal ha et stort areal med metallplater. Ofte er de<br />
rullet sammen som en rull med tørkepapir.<br />
Kondensatoren lagrer elektrisk ladning, en + ladning<br />
på den ene plate og en – ladning på den andre.<br />
En kondensator kan lades og utlades mange ganger,<br />
akkurat som et ladbart batteri. Men her ender likheten.<br />
Kondensatoren lagrer den elektriske ladningen bare<br />
på platene. Batteriet benytter kjemikalier som gjør det<br />
mulig å lagre mer energi.<br />
Vannet i demningen (potensiell energi)<br />
vil bli omdannet til elektrisk energi når<br />
det slippes gjennom turbinene.<br />
Elektrisk energi lagres i kondensatoren<br />
(energiklossen) i denne bilen.<br />
Legg lokk på<br />
Noen ganger har vi bruk for mer energi enn vi<br />
umiddelbart kan omdanne fra andre kilder. Det<br />
ville derfor være en fordel hvis vi kan lage et lett<br />
tilgjengelig lager. Måten vi lagrer energi på avhenger<br />
av den formen energien har når den lagres.<br />
Full av spenning<br />
Spenn en spiral eller strekk en strikk: Energien vil være<br />
lagret helt til du slipper. I årevis har vi benyttet dette<br />
prinsippet til å skaffe energi til opptrekksklokker.<br />
Nylig bygget Trevor Bayliss, en oppfinner fra England,<br />
en mekanisk radio kalt en Baygen. Den inneholder en<br />
mekanisk motor og en generator. Når den er trukket helt opp,<br />
vil fjæra gi nok elektrisitet til å gi omkring 40 minutters<br />
lyttetid.<br />
Det er også mulig å ha mekaniske computere. En liten<br />
computer kunne ha en fjær som, når den blir trukket opp,<br />
gir den nok elektrisitet til å drive en computer i en times tid.<br />
Legg så til et batteri som er oppladbart via den mekaniske<br />
motoren, og du har et backup-system for å unngå tap av<br />
data.<br />
Trekkraft<br />
Energien lagret<br />
i gummistrikken<br />
frigjøres til å<br />
drive bilen<br />
frem.<br />
To tyske designere har funnet opp en mobiltelefon som drives<br />
med en trekksnor. Et trekk i snoren dreier generatoren, som<br />
lagrer elektrisitet i kondensatoren. De hevder at 15 trekk<br />
i snora vil generere nok energi til en fem minutters<br />
telefonsamtale.<br />
Hva har et gjøkur og en romsonde felles? De har begge bruk<br />
for tyngdekraften for å kunne utføre sitt arbeide. Loddene<br />
i gjøkuret synker mot gulvet og frambringer dermed den<br />
energi som skal til for å drive urverket. Romsonden benytter<br />
tyngdekraftens energifelt fra planetene til å trekke seg lenger<br />
og lenger vekk fra jorda.<br />
17
Svinghjulet<br />
Det er ikke lett å lagre kinetisk energi (bevegelsesenergi). Du<br />
skal overføre energien til lageret (svinghjulet), holde den i<br />
bevegelse og så kunne bruke den når du har behov for det.<br />
Friksjon (gnidningsmotstand) reduserer raskt den kinetiske<br />
energi til varmeenergi. Derfor kan du bare lagre kinetisk energi<br />
i kort tid.<br />
En snurrebass lagrer kinetisk<br />
energi som i et svinghjul.<br />
18<br />
Noen leketøysbiler har en svinghjulmekanisme.<br />
Du skyver bilene for å få fart<br />
i svinghjulet og slipper. Energien som er<br />
lagret i svinghjulet holder bilen i gang.<br />
Man kunne kalle det en kinetisk energikondensator.<br />
Store dampmaskiner ble benyttet i fabrikkene<br />
ved århundreskiftet. Den en-sylindrede dampmaskin hadde<br />
samme problem som denne sykkelpedalen: Den gav den største<br />
omdreiningskraft midt på i vannrett posisjon, og ikke noe kraft<br />
i loddrett posisjon. Det store tunge hjulet oppbevarte kinetisk<br />
energi, så når stemplet var nederst i slaget, brukte svinghjulet<br />
sin lagrede energi til å flytte stemplet tilbake i sylinderen. Det<br />
store tunge svinghjulet hjalp motoren til å kjøre jevnt.<br />
Alle bilmotorer har et svinghjul for å<br />
holde et jevnt omdreiningstall, men<br />
fordi moderne biler har fire eller flere<br />
sylindre, fører det til en mer jevn<br />
gange, og derfor behøver svinghjulet<br />
ikke å være særlig stort.<br />
Den en-sylindrede ’gode gamle’<br />
traktoren har et stort svinghjul. Det<br />
fungerte også som et drivsystem for<br />
gårdens maskiner, når de ble<br />
forbundet med en drivrem.<br />
Denne bilen lagrer kinetisk<br />
energi i svinghjulet.<br />
I motsetning til ladbare batterier<br />
kan kjemikaliene i vanlige<br />
batterier ikke lades igjen når<br />
batteriet er flatt. De må kasseres.<br />
Svinghjuls-bussen<br />
Forestill deg at vi installerer et svinghjul i en buss. Når den<br />
kjører gjennom byen, stanser den for hver 500 meter for å ta<br />
passasjerer opp eller sette dem av. Når bussen stanser uten<br />
å bruke bremsene, blir dens kinetiske energi overført til<br />
svinghjulet. Energien som er oppbevart i svinghjulet, får<br />
bussen i gang igjen.<br />
Passasjerene har en behagelig tur, det er mindre forurensing<br />
for fotgjengere, og bussen bruker 25 % mindre drivstoff.<br />
Bremsene benyttes kun ved nødbremsing, og slitasje på<br />
bremsene blir derfor nærmest eliminert. Styrt av en computer<br />
gjenbruker denne teknologien 95% av energitapet og kan<br />
lett overføres til tog, trikk og andre transportmidler.<br />
Hvordan holde på varmeenergien<br />
uten å sløse med energi<br />
Varmeenergi produseres i mange energioverføringer.<br />
Hjemme forbrenner vi brensel for å holde oss varme. Jo mer<br />
brensel vi brenner, desto mer forurenser vi lufta og forbruker<br />
ressurser vi ikke kan erstatte. Vi kunne lagre varme fra solen<br />
for å forvarme vannet i varmtvannsbeholderen og dermed<br />
bruke mindre brensel for å få vannet helt varmt.<br />
Ladbare batterier<br />
Svinghjulet på<br />
denne dampmaskinen<br />
veier<br />
12 tonn.<br />
Vi kan ikke lagre vekselstrøm, men vi kan lagre likestrøm,<br />
som er den form for elektrisitet vi benytter i et element .<br />
Det er to typer elementer (to eller flere elementer utgjør<br />
et batteri): den ene kan lades, den andre kan ikke.<br />
I et ladbart batteri vil de kjemikalier som produserer elektrisitet<br />
bli endret. Når et batteri har brukt opp sitt lager av<br />
kjemikalier, kan du benytte en batterilader til å få kjemikaliene<br />
tilbake til sin opprinnelige form.<br />
19
20<br />
OVERFØRING AV <strong>ENERGI</strong><br />
Det kreves energi for å flytte energi<br />
Oljerørledninger, tankskip og lastebiler transporterer drivstoff fra raffineriet<br />
til bensinstasjoner over hele landet. Ledninger fører elektrisk energi fra<br />
energikraftverket til våre hjem.<br />
F OKUS P Å: L EDNINGSNETTET<br />
ALT HENGER SAMMEN<br />
Vi har bruk for å transportere energi fra energiverket<br />
til våre hjem og fabrikker. Alle energiverk er forbundet<br />
med hverandre og til alle forbrukere gjennom et<br />
nettverk av høyspentledninger. Dette kalles strømforsyningsnettet.<br />
Hvis et energiverk bryter sammen<br />
eller er lukket på grunn av reparasjoner og vedlikehold,<br />
vil forsyningen til forbrukerne komme fra andre<br />
energiverk i nettet.<br />
I kablene er det høyspenning fra 11.000 V til 132.000 V<br />
og enda høyere. Hvis du kommer for nær en ledning,<br />
kan en gnist gå gjennom lufta. Dette er livsfarlig!<br />
Energi er tilgjengelig fra enhver<br />
generator på ledningsnettet.<br />
Hvis én generator svikter, forblir<br />
lampene tente.<br />
Flyt med strømmen<br />
Energi har mange former. Noen ganger ønsker vi å flytte<br />
energien eller transportere den fra et sted til et annet – uten<br />
å endre den. Vi kan lade opp en kondensator og ta den med<br />
dit hvor vi skal bruke energien. Spesielle lastbiler transporterer<br />
fossile brennstoffer til forbrukerne. Problemet er bare at forsyningen<br />
ikke er konstant, og at lastbilene selv bruker energi.<br />
Vi kan sende gass og væsker gjennom en rørledning. Et nettverk<br />
av gassledninger transporterer gass fra Nordsjøen til land<br />
som Irland, Storbritannia, Danmark, Norge, Nederland og<br />
Tyskland - helt ut til hus og fabrikker. Hjemme transporterer vi<br />
varmeenergi fra sentralvarmeanlegget eller fra fjernvarmeinn-<br />
taket gjennom rør til radiatorer i hvert rom.<br />
Transport av mekanisk energi<br />
Lenge før elektrisiteten ble oppdaget,<br />
benyttet fabrikker en vannmølle eller en<br />
dampmaskin til å drive maskiner.<br />
Undertiden ble en enkelt dampmaskin<br />
brukt til å drive 600 vever og alt øvrig<br />
maskineri i verkstedene.<br />
Rattet overfører kraft<br />
fra føreren til hjulene.<br />
En lang akse plassert over hodehøyde ble brukt til å transportere<br />
energien rundt i fabrikken. Denne drivakse var forbundet<br />
til maskinen med et belte eller en drivreim. Aksen gikk gjennom<br />
alle deler av fabrikken. Hver vev var forbundet til aksen<br />
via et belte eller et system av trinser. Alle maskinene ble drevet<br />
samtidig.<br />
Disse maskinene endret folks liv, fordi de ikke lenger kunne<br />
spinne og veve hjemme eller til hvilken tid de selv ville.<br />
I stedet måtte de være ved sine maskiner samtidig og<br />
holde tritt med dampmaskinens nådeløse hastighet.<br />
Aksen transporterte energi rundt i fabrikken, men som ved<br />
rørledninger og ledningsnettet, vil noe energi alltid gå tapt<br />
når vi flytter energi fra ett sted til et annet.<br />
21
VARIG <strong>ENERGI</strong><br />
En umulig drøm?<br />
Ikke skape, bare omdanne<br />
For våre forfedre var ideen om en evighetsmaskin ikke så langt<br />
vekk som den kan forekomme å være i dag. Solen stod jo opp<br />
og gikk ned hver dag, tidevannet med dets flo og fjære kom<br />
to ganger om dagen og i elver og fosser strømmet vannet dag<br />
etter dag, år etter år.<br />
Energi kan ikke skapes eller ødelegges, men den kan endres<br />
fra en form til en annen. For eksempel benytter en plante<br />
fotosyntese til å omdanne sollys til glukose – et sukker med<br />
kjemisk energi. Energien er endret fra én form til en annen,<br />
men den samlede mengde energi er den samme før og etter<br />
prosessen.<br />
For ikke så lenge siden trodde forskere at de kunne produsere<br />
en masse energi fra hydrogen som finnes i havvann. Dette var<br />
begynnelsen til forskning på fusjonsenergi.<br />
F OKUS P Å: T OKAMAKEN<br />
EKSPERIMENTER MED FUSJON<br />
Fusjonsprosessen finner sted i en ’tokamak’. Den<br />
ringformede kjernen bruker magnetiske felter for å<br />
holde den varme plasmaen vekk fra sidene i ringen.<br />
"Vi vet at magneten elsker<br />
jernsteinen, men vi vet ikke<br />
om jernsteinen også elsker<br />
magneten eller om den blir<br />
tiltrukket av den mot sin vilje."<br />
ARABISK FYSIKER<br />
FRA DET 12. ÅRH.<br />
Illusjonen om fusjonsenergi<br />
Fusjonsprosesser som finner sted i solens indre, innebærer at<br />
to hydrogenkjerner går sammen og danner en heliumkjerne.<br />
På denne måten frigjøres enorme mengder energi. Hydrogenplasmaen<br />
skal oppvarmes til en temperatur på millioner av<br />
grader før fusjonen og frigjøring av energi finner sted.<br />
Problemet er at alle kjente materialer smelter før denne<br />
temperatur er nådd.<br />
I et annet forsøk på å skape fusjonsenergi brukes en partikkelakselerator<br />
en 100 trillion watts elektrisk impuls mot et lite mål<br />
av deuteriumgass. Gassen oppvarmes til millioner av grader,<br />
men bare i et par milliarddeler av et sekund – ikke nok til å<br />
starte en fusjonsreaksjon.<br />
Evighetsmaskiner<br />
En evighetsmaskin er en maskin som aldri går tom for energi<br />
og som går evig. Dette er umulig, fordi ingen maskin kan være<br />
fullkommen effektiv på grunn av energitap i form av varmeenergi.<br />
Oppdagelsen av de bemerkelsesverdige egenskaper ved<br />
jernsteinen, en naturlig forekommende magnet, førte raskt<br />
til at evighetsmaskin-entusiaster trykket den<br />
til sitt bryst. I 1269 foreslo Peter Peregrinus at<br />
man kunne bygge en evighetsmaskin basert<br />
på frastøtning og tiltrekning mellom jern og<br />
magneten. Men som vi vet forble det en illusjon.<br />
En brenselpille gjennomgår en<br />
fusjonsreaksjon mens den blir<br />
bombardert av lyset fra 24 lasere.<br />
22 23
<strong>MikroVerkstedet</strong> as<br />
Pb 224 Manglerud – 0612 Oslo<br />
Telefon 23 29 27 60 – Faks 23 29 27 66<br />
Besøksadresse: Teknologiparken, Akersveien 24c, 0177 Oslo<br />
firmapost@mikroverkstedet.no<br />
<strong>MikroVerkstedet</strong> i Norge<br />
er en del av et nordisk samarbeid for læremidler innen IKT og<br />
teknologi – fra småskolen til høyere utdanning. Vi er<br />
eneforhandler for skoleproduktene fra LEGO Educational<br />
Division i Skandinavia. Vi er også Nordens største<br />
programvareforlag når det gjelder pedagogisk programvare<br />
til grunnskolen. I tillegg forhandler vi skolelisenser til kjente<br />
standardprogrammer fra Microsoft, Adobe, Macromedia og<br />
Corel. Besøk oss gjerne på www.mikrov.com eller kontakt oss<br />
for mer informasjon.<br />
MER<br />
INFORMASJON<br />
OM<br />
<strong>ENERGI</strong>:<br />
www.LEGO.com/education<br />
www.mikrov.com<br />
LEGO and the LEGO logo are trademarks of the LEGO Group. © 2003 The LEGO Group. 4220819