3.4 – Energi

Når du løber, går, danser, eller tænker, bruger du energi for at arbejde. Enhver aktivitet, kræver energi. Faktiske, så er energi defineret som evnen til at udføre arbejde. Antag for eksempel, at du skal op af en stejl bakke, og du bliver for træt til at fortsætte. På det tidspunkt, har du ikke længere nok energi, til at udføre mere arbejde. Antag nu, at du sætter dig ned og spiser frokost. Om noget tid, vil du have optaget energien fra maden, og du vil være i stand til at udføre mere arbejde, og komme op på toppen af bakken.

Kinetisk og potentiel energi

Energi, kan klassificeres som kinetisk eller potentiel energi. Kinetisk energi, er bevægelsesenergi. Ethvert objekt der bevæger sig, har kinetisk energi. Potentiel energi, bestemmes af objektets beliggenhedsenergi, eller af den kemiske sammensætning af et stof. En klippeblok som ligger på toppen af et bjerg, har potentiel energi på grund af dens placering. Hvis klippeblokken ruller ned af bjerget, omdannes den potentielle energi til kinetisk energi. Vand i et reservoir bag en dæmning, har potentiel energi. Når vandet lukkes gennem dæmningen og strømmer ud på den anden side, bliver dets potentielle energi konverteret til kinetisk energi. Mad og fossile brændstoffer, har potentiel energi i molekylerne de består af. Når du fordøjer mad, eller forbrænder benzin i bilen, konverteres den potentielle energi, til kinetisk energi der udfører arbejde.

Konceptforståelse 3.4

Potentiel og kinetisk energi

Angiv hver af følgende, som et eksempel på potentiel energi eller kinetisk energi:

a. Benzin          b. Rulleskøjter          c. Slik

Svar

a. Benzin forbrændes for at give energi og varme; det indeholder potentiel energi i dets molekyler
b. En rulleskøjteløber bruger energi for at bevæge sig; rulleskøjteløb er kinetisk energi (bevægelsesenergi)
c. Slik har potentiel energi. Når det fordøjes, giver dets indhold energi til kroppen, så den kan udføre arbejde

Varme og energienheder

Varme, er associeret med partiklers bevægelse. En frossen pizza føles kold, fordi varme overføres fra din hånd, og ind i pizzaen. Jo hurtigere partikler bevæger sig, desto højere er varmeenergien eller den termiske energi for stoffet. I den frosne pizza, bevæger partiklerne sig meget langsomt. Som varme tilføres, og pizzaen bliver varmere, øges partiklernes bevægelse i pizzaen. Til sidst, har partiklerne energi nok til, at gøre pizzaen varm og klar til at spise.

Energienheder

SI enheden for energi og arbejde, er Joule (J). En joule, er en lille mængde energi, så videnskabsfolk anvender ofte kilojoule (kJ), 1.000 joule. Når du opvarmer vand til en kop te, bruger du omkring 75.000 J, eller 75 kJ varme. Tabel 3.7 viser en sammenligning af energi i joule, for flere energikilder.


Brug af energienheder

Du er måske mere bekendt med enheden kalorie (cal), der stammer fra det latinske caloric, som betyder ”varme”. En kalorie, blev oprindeligt defineret som den mængde energi (varme), der skulle bruges for at hæve 1 g vands temperatur med 1 ºC. I dag, er en kalorie defineret som nøjagtigt 4,184 J. Denne ligeværdi, kan også opskrives som en konverteringsfaktor:

1\; \textup{cal}=4,184\; \textup{J\; (eksakt)}

\frac{4,184\; \textup{J}}{1\; \textup{cal}}\; \; \textup{og}\; \; \frac{1\; \textup{cal}}{4,184\; \textup{J}}

En kilokalorie (kcal), er lig med 1.000 kalorier, og en kilojoule (kJ), er lig med 1.000 joule.

1 kcal = 1.000 cal
1 kJ = 1.000 J

Opgaveeksempel 3.5

Energienheder

Når 1,0 g diesel forbrændes i en dieselmotor, frigives der 40.000 J energi. Hvor mange kalorier er denne frigivne energi?

Løsning

Trin 1:
Angiv den oplyste og den ønskede mængde.

Trin 2:
Opstil en plan for konvertering af den oplyste enhed til den ønskede enhed.

Joules → kalorier

Trin 3:
Opstil ligeværdien og konverteringsfaktorerne.

1 cal = 4,184 J

\frac{4,184\; \textup{J}}{1\; \textup{cal}}\; \; \textup{og}\; \; \frac{1\; \textup{cal}}{4,184\; \textup{J}}

Trin 4:
Opstil opgaven til beregning af den ønskede mængde.

48.000\; \textup{{\color{Red} J}}\cdot \frac{1\; \textup{cal}}{4,184\; \textup{{\color{Red} J}}}=11.000=1,1\cdot 10^{4}\; \textup{cal}

Læringscheck 3.5

Forbrænding af 1,0 g kul, producere 8,4 kcal. Hvor mange kilojoule er det?

Svar

35 kJ

3.5 – Specifik varme →