6 : Alternativ energi Mål for opplæringen er at eleven skal kunne gjøre forsøk med solceller, solfangere og varmepumper forklare hovedtrekk i virkemåten og gjøre enkle beregninger av virkningsgraden

Noen spørsmål: Hvordan kan jord, luft eller vann med lav temperatur brukes til oppvarming? Hvordan kan sollys bli til elektrisk energi? Hva er alternative energikilder, og lønner det seg for vanlige mennesker å ta dem i bruk?

Energioverføring Energi kan overføres fra ett sted til et annet ved varme eller ved arbeid. Varme er energi som blir overført som følge av temperaturforskjell. Enhet: J Arbeid er energioverføring som følge av at krefter virker på en gjenstand som beveger seg. Enhet: J

Temperatur og temperaturskalaer Temperatur er et mål på bevegelses- energien til atomene/molekylene i en gjenstand. Jo mer atomene beveger seg, desto høyere blir temperaturen. Celsiusskalaen har nullpunkt ved den temperaturen der vann fryser til is, og hundrepunktet er satt ved temperaturen der vann koker (ved 1 atm trykk). Enheten er celsius, ºC. Kelvinskalaen starter i det absolutte nullpunkt (–273,15 ºC og ingen partikkelbevegelse) og har bare plussgrader. Enheten er kelvin, K.

Tilstandsformer

Tilstands-endringer Platåene definerer Smeltepunkt og kokepunkt. I en tilstandsovergang blir det overført energi uten at temperaturen endrer seg. Overgang fra fast stoff til væske eller fra væske til gass krever energi. Størkning og kondensering avgir energi.

Fordamping og koking - fører begge til tilstandsovergang fra væske til gass. Fordamping foregår ved alle temperaturer, men skjer bare fra overflaten av væsken. Kokning foregår når temperaturen i væsken når kokepunktet, og skjer også inne i væsken.

Indre energi Den indre energien er summen av bevegelsesenergien og stillingsenergien til atomene/molekylene som gjenstanden er bygd opp av. Hvor er det mest indre energi? I en kopp kaffe med temperatur 80 oC eller i vannet i et svømmebasseng med temperatur 21 oC?

Hvor er det mest indre energi – i lufta ute (med temperatur 0 oC) eller i lufta inne i stua i huset (19 oC)?

Varmepumper En varmepumpe overfører indre energi fra omgivelsene til en bolig slik at inne- temperaturen i boligen stiger, mens ute- temperaturen faller (et omvendt kjøleskap). Varmepumpa må bruke litt elektrisk energi til å pumpe kjølemiddelet rundt, og til å drive kompressoren.

Transportkretsen – 4 hoveddeler I rørsystemet er det en spesiell kjølevæske med lavt kokepunkt.

Noen viktige «fysikklover» Når en væske fordamper tar den energi fra omgivelsene. Energien lagres i gassen. Gass kondenserer når temperaturen blir lavere enn kokepunktet. Når en gass kondenserer, avgir den varme (fordampningsvarmen som er lagret i gassen) til omgivelsene. Når en gass eller væske trykkes sammen øker temperaturen, og kokepunktet øker. Når en gass eller væske utvider seg raskt uten å få tilført energi utenfra, synker både trykket, koke- punktet og temperaturen i gassen/væsken.

Transportkretsen i detalj 1 Fordamper Væsken fordamper. Energi til fordampingen tas fra omgivelsene. Energien blir lagret i gassen. 2 Kompressor Dampen komprimeres, og temperatur og kokepunkt stiger (til f.eks 40 oC) . 3 Kondensator Varme avgis fordi det er høyere temperatur i gassen enn i rommet (ca. 20 oC). Gassen kondenserer når temperaturen blir lavere enn kokepunktet. Når gassen kondenserer avgir den varme til omgivelsene (fordampningsvarmen som er lagret i gassen). Kjølevæske. Lavt trykk, lavt kokepunkt og lav temperatur (f.eks -5 oC) 4 Ventil Trykket i væsken reduseres raskt, og temperatur og kokepunkt synker (til f.eks. -5 oC).

Oppsummering 1 Fordamper: Kjølemiddelet fordamper utendørs og tar opp varme. 2 Kompressor: Trykker gassen sammen, slik at temperaturen stiger (både trykk, temperatur og kokepunkt stiger) 3 Kondensator: Kjølemiddelet kondenserer innendørs og avgir varme. 4 Ventil: Reduserer trykket, slik at temperaturen faller (trykk, temperatur og kokepunkt faller)

Varmefaktor

Solfangere Solfangere ta opp energi i solstråling og bruker den til oppvarming av vann. Vannet føres til et energilager og kan brukes til varmtvann eller til oppvarming av boliger. Solfangere kan være en del av takkonstruksjonen i et hus eller et stort fjernvarmeanlegg. Solfangere er god økonomi, men tar plass (1 m2 solfanger per person).

Solfangeranlegg

Solcelleanlegg I solceller blir solenergi omgjort direkte til elektrisk energi. I Norge bruker vi solceller mest i hytteområder som ligger langt fra eksisterende elektrisitetsnett. Solcellene er i dag så effektive at de også kan levere elektrisk energi til bolighus og kontorbygg.

Solceller er laget av halvledermaterialer: To plater silisium Si

Serie- og parallellkobling Spenning (U ) = 17 V Spenning (U ) = 17 V + 17 V + 17 V = 51 V Effekt: Når vi kobler flere solceller sammen, øker effekten. Det gjelder både ved seriekobling og ved parallellkobling. .