Dane INFORMACYJNE Nazwa szkoły: Zespół Szkół w Ludomach, Publiczne Gimnazjum w Człopie ID grup: 98_33_MF_G2_98/7_MF_G1 Kompetencja: Fizyczno- matematyczna Temat projektowy międzygrupowy: Energia Semestr III /rok szkolny: 2010/11

Zasada zachowania energii Definicja energii Energia to zdolność do wykonania pracy. Zasada zachowania energii Energia nie powstaje z niczego ani nie znika, może tylko zmieniać postać.

Istnieją różne rodzaje energii. Oto niektóre z nich: Różne formy energii Istnieją różne rodzaje energii. Oto niektóre z nich: Energia kinetyczna Energia potencjalna ciężkości Energia potencjalna sprężystości Energia wewnętrzna Energia chemiczna Energia elektryczna Energia jądrowa Energia promieniowania

2.Energia potencjalna ciężkości 1.Energia kinetyczna Związana jest z ruchem. Im szybciej ciało się porusza, tym większą ma energię kinetyczną. 2.Energia potencjalna ciężkości Kiedy podnosimy jakiś przedmiot na pewną wysokość, to zwiększamy jego energię potencjalną. Jest tym większa, im wyżej znajduje się ciało.

3.Energia potencjalna sprężystości Napięta sprężyna ma pewną energię, dzięki temu może np. napędzić zegar mechaniczny lub samochodzik na sprężynę. 4.Energia wewnętrzna Energia cząsteczek ciała związana z jego temperaturą i stanem skupienia. Gdy podgrzewamy ciało, zwiększamy jego energię wewnętrzną.

5.Energia chemiczna 6.Energia elektryczna Spalając benzynę czy węgiel, wyzwalamy zawartą w nich energię. Jest to główne źródło energii dla ludzkości. Każdy z nas może żyć tylko dzięki energii chemicznej zawartej w pożywieniu. 6.Energia elektryczna To postać energii najłatwiejsza do przesyłania i zamiany na inne rodzaje. Dlatego większość urządzeń, z których korzystamy, zasilana jest właśnie tą energią.

8.Energia promieniowania 7.Energia jądrowa Korzystamy z niej w elektrowniach jądrowych. Ale nie tylko tam: także Słońce świeci dzięki przemianom jądrowym zachodzącym w jego wnętrzu. 8.Energia promieniowania Światło, ultrafiolet powodujący opalanie, promienie rentgenowskie używane do prześwietleń, mikrofale w kuchence mikrofalowej, fale radiowe – wszystkie niosą pewną energię.

Jednostki energii Inne jednostki to np.: kilogramometr (kGm) Jednostka energii w układzie SI to dżul (1J). Inne jednostki to np.: kilogramometr (kGm) kilowatogodzina (kWh) kaloria (cal) elektronowolt (eV)

ENERGIA KINETYCZNA

Energia kinetyczna jest to energia jaką posiada ciało poruszające się względem pewnego punktu odniesienia. Zwyczajowo energię kinetyczną oznacza się symbolem EK. Energia kinetyczna jaką posiada ciało może zostać zamieniona na inne formy energii, lub też może zostać przekazana innemu ciału (np. na skutek zderzenia z nim). Energia kinetyczna może zostać zużyta na wykonanie pewnej pracy, np. na wprawienie w ruch innego ciała, lub pokonanie tarcia. Aby ciało nabyło pewnej energii kinetycznej, należy wykonać pracę na tym ciele równą co do wartości tej energii: EK = W

Zamiana energii kinetycznej na potencjalną Gdy rzucamy piłką do kosza w górę pionowo to energia kinetyczna zamienia się w potencjalną.

Zamiana energii kinetycznej na energie cieplną. Hamowanie samochodu - energia kinetyczna samochodu zamieniana jest na energię cieplną w wyniku wystąpienia intensywnego tarcia między tarczami hamulcowymi bądź bębnami a klockami i okładzinami hamulcowymi. Energia cieplna odprowadzana jest do otoczenia.

Zadanie 1 Samochód o masie 1200 kg jedzie z prędkością 90km/h. Jaka jest jego energia kinetyczna? Dane: Szukane: m=1200kg Ek=? v=90km/h Jednostkę prędkości musimy zmienić na metry na sekundę: v=90km/h=90000m/3600s=25m/s Teraz obliczamy energię: Ek=1/2mv2=1/2*1200kg*(25m/s)2 = 375 000 J= 375 kJ Odpowiedź: Energia kinetyczna tego samochodu wynosi 375 kJ.

Zadanie 2 Samochód o masie 1000 kg ruszył I na dystansie 75 m rozpędził się do prędkości 15 m/s. Jaka działała na niego siła wypadkowa? Zakładamy, że siła ta była stała. Dane: Szukane: m=1000kg F=? - siła wypadkowa s=75m v=15m/s Ek=1/2m*v2=1/2*1000kg*(15m/s)2=112 500 J. Uzyskana energia równa jest pracy wykonanej przy rozpędzeniu pojazdu. A więc praca także wynosi: W=112 500 J. Ta praca wykonana została na drodze s=75m. Gdyby na drodze działać siłą 1N, wykonana praca byłaby równa 75N. W omawianym przypadku praca jest 1500 razy większa (112 500:75=1500), a więc siła była 1500 razy większa niż 1N. Odpowiedź: Na samochód działała siła wypadkowa równa 1500N.

Zadanie 3 Samochód o masie 1000 kg, jadąc z prędkością 36km/h, zaczął hamować. Siła hamująca ma wartość 5000 N. Ile wynosi droga hamowania tego samochodu? Ile wynosiłaby droga hamowania samochodu, gdyby zaczął hamować, jadąc z prędkością 72km/h? Dane: Szukane: s1=? s2=? m=1000kg F=5000N v1=36km/h v2=72km/h Jednostkę prędkości musimy zamienić na metry na sekundę. v1=36km/h=36000m/3600s=10m/s Energia kinetyczna wynosi: Ek=1/2m*v2=1/2*1000kg*(10m/s)2=50 000 J Ta energia jest równa pracy wykonanej przeciwko sile hamowania F=5000N Możemy więc obliczyć drogę, na jakiej praca zostanie wykonana. W=F*s, więc s=W/F, w omawianym przypadku: s1=50 000J/5000N=10J/N=10 N*m/N=10m. Gdyby prędkość wynosiła v2=72km/h=20 m/s, trzeba by wykonać te same działania, podstawiając inne liczby: Ek2=1/2m*v2=1/2*1000kg*(20m/s)2= 200 000J s2=200 000J/5000N=40m.

Doświadczenie Potrzebne będą: -pudełko zapałek -samochodzik Na stole połóż pudełko po zapałkach. Puść swobodnie mały samochodzik, tak aby uderzył w pudełko i popchnął je.

Energia potencjalna Energia potencjalna - jest ściśle związana z oddziaływaniami grawitacyjnymi. Energię potencjalną ciężkości uzyskujemy podnosząc przedmioty nad powierzchnię np. Ziemi. Następuje wówczas zmiana odległości pomiędzy ciałem a Ziemią. Tak się dzieje, gdy np. pracownik sklepu podnosi towary z podłogi, by ustawić je na półce. Gdy ciało posiada energię potencjalną to może wykonać pracę. Stąd też słowo potencjalna tzn. możliwa. Energia potencjalna zawsze musi być rozpatrywana względem konkretnego poziomu odniesienia.

Ep = m · g · h Ep - energia potencjalna (J) m - masa (kg) g - przyspieszenie ziemskie - 10 h – wysokość (m)

Przemiany energii potencjalnej  Na pracę mechaniczną: - sprężynka w długopisie - aby kukułka zegara kukała, trzeba podciągać ciężarek napędzający mechanizm.

Gdzie wykorzystuje się energie potencjalną ciężkości ? Od czego zależy energia potencjalna ciężkości ? Energia potencjalna ciężkości zależy od położenia ciała na Ziemi (wartość g zależy od szerokości geograficznej) ,wysokości na której znajduje się ciało a także masy.   Gdzie wykorzystuje się energie potencjalną ciężkości ? Energia potencjalna ciężkości jest wykorzystywana np. w elektrowni wodnej, młynie wodnym.

Elektrownia wodna to „pułapka”, w którą chwyta się część energii uwalnianej przez spływającą wodę. Posłuszna grawitacji, zawsze próbuje spłynąć niżej - fizyk powiedziałby, że ma energię potencjalną. Jeśli na drodze płynącej wody postawi się turbinę, można przechwycić część tej energii. Poruszana przez wodę turbina napędza wówczas generator, a ten wytwarza elektryczność.

- podczas ruchu huśtawki Na energię kinetyczną: - spadek swobodny - podczas ruchu huśtawki

Zadania 1. Piłka o masie 20 dag spadła z wysokości 5m. Jaka energię potencjalną miała piłka na tej wysokości ? Ep = m * g * h Ep = 0,2*9,81*5=9,81 J6 2. Energia potencjalna turysty o masie 70 kg po wejściu na wzniesienie wynosiła 280 kJ . Jaka wysokość pokonał turysta? Ep = m · g · h 280000J = 70kg * 10 m/s ² * h 280000J = 700 * h h = 400m

3. Na jaką wysokość wzniosło się ciało o masie 245 kg, jeżeli przyrost energii potencjalnej grawitacji tego ciała wynosi 94700J? Ep = m * g * h 94700 J = 245 kg * 10 m/s ² * h 94700 J = 2450 h = 38.65m 39 m 4. Oblicz na jaką wysokość podniesiono ciało o masie 3kg, jeśli zyskało ono energię potencjalną 30 J. h = ? h= Ep/mg Ep = 30J h = 30J : 3 kg * 10 m/s² m = 3kg h = 30J : 30N = 1m Odp.: Ciało podniesiono na wysokość 1m.

5. Blat stołu znajduje się 75 cm nad podłogą 5. Blat stołu znajduje się 75 cm nad podłogą. Ciało o masie 2 kg ma względem blatu stołu energię 20 J. Jaka jest jego energia potencjalna względem podłogi? Dane: h = 75 cm = 0,75 m Ep = m * g * h h2 = 0 cm = 0 m Ep = 2 kg * 10 m/s² * 0,75 m = 35 J m = 2 kg Ep1 = 20 J Odp.: Energia potencjalna ciała względem podłogi wynosi 35 J. 6. Oblicz jaką energię potencjalną uzyska turysta o masie 80 kg wchodzący na szczyt góry znajdującej się na wysokości 1200 m na poziomem , z którego wyruszył. Ep = m * g * h Ep =   80 kg * 10 m/s² * 1200 m = 960000 J = 960 kJ

Odp.: Energia potencjalna bociana wynosi 1,5 kJ. 7. Ile wynosi energia potencjalna bociana o masie 10 kg lecącego na wysokości 15 m? Dane : Ep = ? Ep = 10 kg * 10 m/s² * 15 m m = 10 kg Ep = 100 * 15 m = 1500 J = 1,5 kJ h = 15 m Odp.: Energia potencjalna bociana wynosi 1,5 kJ. 8. Oblicz energię potencjalną jabłka o masie 15 dag wiszącego na gałęzi na wysokości 2 m nad ziemią. Dane: Ep = ? Ep = 0,15 kg * 10 m/s² * 2 m m = 15 dag = 0,15 kg Ep = 3 J h = 2 m Odp.: Energia potencjalna jabłka wynosi 3 J.

Energia potencjalna sprężystości

Co to jest energia potencjalna sprężystości * Co to jest energia potencjalna sprężystości? Energię można gromadzić w ciałach za pomocą oddziaływań sprężystych np. sprężyna, guma. W swoim życiu na pewno nie raz już się spotkałeś z takimi oddziaływaniami. Dla przykładu podam, że energia potencjalna sprężystości jest wykorzystywana w długopisach z sprężynkami - gdy włączamy długopis ściskamy sprężynkę, w której gromadzi się energia potencjalna sprężystości, natomiast, gdy wyłączamy długopis energia ta jest uwalniana i wkład długopisu 'chowa się' do środka. Wartość energii potencjalnej sprężystości jest zależna od wydłużenia x oraz współczynnika sprężystości k, który zależy od rodzaju materiału oraz rozmiarów ciała.

*Wzór na energię potencjalną sprężystości : *Podstawową jednostką energii potencjalnej sprężystości jest 1 dżul [J]

*Energia sprężystości zgromadzona w rozciągniętej sprężynie zależy od: -wielkości rozciągnięcia (czyli przesunięcia końca sprężyny) – x -stałej sprężystości sprężyny – k, (czyli wielkości określającej jak dużej siły potrzeba, aby rozciągnąć sprężynę) *Sprężyna trudna do rozciągnięcia gromadzi z każdego centymetra rozciągnięcia większą energię, niż sprężyna "słaba". I oczywiście większe rozciągnięcie wymaga większej energii rozciągania.

* Zadanie: Jaką energię potencjalną sprężystości ma sprężyna, której wydłużenie wynosi 1m, a współczynnik sprężystości 10N/m? Dane: * x = 1m k = 10N/ Odp.: Sprężyna ta ma energię potencjalną sprężystości równą 5 J.

*Zadanie 2 : *W czasie obrony zamku przedmioty rozpędzano kosztem różnych rodzajów energii : chemicznej, położenia, sprężystości .Uzupełnij zdania , wpisując odpowiedni rodzaj energii. a) Kamienie rozpędzano kosztem energii położenia . b) Strzały rozpędzano kosztem energii sprężystości . c) Kule armatnie rozpędzano kosztem energii chemicznej .

Zadanie 3 : *Dopasuj sytuacje do opisu przemian energii : 1.Łucznik wypuszcza strzałę z łuku A. energia położenia w energię ruchu B. energia chemiczna w energię położenia C. energia sprężystości w energię 2.Szyszka spada z drzewa ruchu D. energia ruchu w energię wewnętrzną 3.samochód hamuje 4.Jurek wchodzi na górę 1.C 2.A 3.D 4.B

*Przyrządy i materiały: Doświadczenie: *Przyrządy i materiały: Samochód zabawka napędzany sprężyną, klocek drewniany. *Eksperyment: Połóż klocek na poziomej, gładkiej powierzchni. W pewnej odległości od klocka ustaw samochodzik. Nakręć sprężynę samochodu i puść w stronę klocka. Powtórz doświadczenie nakręcając sprężynę mocniej albo słabiej. Obserwuj odległość jaką przebył uderzony klocek. *Komentarz: Można zauważyć zależność drogi przebytej przez klocek od naciągnięcia sprężyny, co świadczy o zależności energii kinetycznej samochodu od jego energii potencjalnej sprężystości.

Doświadczenie.2 *Potrzebne będą : -Sprężyna umocowana na jednym końcu. -Piłeczka ( do ping - ponga) *Sprężynę ściskamy i unieruchamiamy za pomocą zaczepu. (a) *Zwalniamy sprężynę. (b)

* Co się dzieje po zwolnieniu sprężyny ? *Sprężyna wraca do swej pierwotnej postaci wyrzucając piłeczkę. Co to oznacza? Nieruchoma początkowo piłeczka porusza się z pewną prędkością czyli posiada energię kinetyczną. Oznacza to, że sprężyna wykonała pewną pracę. Skoro tak, to znaczy, że poprzednio była w niej zmagazynowana pewna energia. Jaka to była energia? Ponieważ energia ta ma niewątpliwie coś wspólnego z położeniem a nie ruchem sprężyny, powiemy, że była to energia potencjalna. Jednakże jest to nieco inny rodzaj energii potencjalnej niż w przypadku ciała uniesionego na pewną wysokość. Dlatego nazywamy ją energią potencjalną sprężystości.

Doświadczenie.3 *Wygięty pręt wprawia w ruch kulkę wykonując pewną pracę. *Pręt wracając do pierwotnego kształtu wprawił w ruch kulkę zawieszoną na nitce. Kulka uzyskała energię kinetyczną kosztem energii potencjalnej sprężystości pręta. Widzimy więc, że i ten rodzaj energii podlega przemianom w inne formy.

Doświadczenie.4 *Do sprężyny zawieszonej na statywie mocujemy kulkę lub ciężarek. Rozciągamy nieco sprężynę i puszczamy obserwując zachowanie się ciężarka.

energia potencjalna ciężkości kulki energia kinetyczna kulki *Na Rysunku A sprężyna jest maksymalnie rozciągnięta, na Rysunku C- maksymalnie ściśnięta, na Rysunku B mamy ciężarek w położeniu środkowym. Co powiemy o energii: potencjalnej ciężkości ciężarka, sprężystości sprężyny, kinetycznej ciężarka w każdym z tych trzech punktów? energia potencjalna ciężkości kulki energia kinetyczna kulki energia potencjalna sprężystości sprężyny A h = min Þ Ep=min v = 0 Þ Ek = 0 Ep= max B h Þ Ep v = max Þ Ek=max Ep = 0 = min C h = max Þ Ep=max v = 0 Þ Ek = 0

*Widzimy więc, że kolejno: energia potencjalna sprężystości zamienia się w energie kinetyczną, ta z kolei w energię potencjalną ciężkości i sprężystości, te w energię kinetyczną itd. Zdolność pewnych ciał do magazynowania energii w postaci energii potencjalnej sprężystości wykorzystujemy praktycznie w różnych urządzeniach jak: zegary i zegarki mechaniczne, zabawki, resory pojazdów mechanicznych itp. *Na koniec jeszcze jedna uwaga: wiele pomiarów wskazuje na to, że energia potencjalna sprężystości jest wprost proporcjonalna do kwadratu odkształcenia ciała, np. dla sprężyny jak w powyższym przykładzie mielibyśmy zależność: Ep = C x2, gdzie x oznacza długość, o jaką sprężyna została ściśnięta lub rozciągnięta w porównaniu z długością normalną czyli, gdy sprężyna nie jest obciążona, natomiast C oznacza pewną stałą charakterystyczną dla danej sprężyny. Podobnie jest w przypadku wygiętego pręta lub podobnego odkształcenia. Tak więc, o ile energia kinetyczna jest związana z prędkością ruchu ciała, energia potencjalna ciężkości - z położeniem ciała, to energia potencjalna sprężystości - z jego kształtem.

Energia Wewnętrzna

E n e r g i a w e w n ę t r z n a t o : Energia cząsteczek ciała związana z jego temperaturą i stanem skupienia. Gdy podgrzewamy ciało, zwiększamy jego energię wewnętrzną. Jest oznaczana zwykle jako U lub Ew w termodynamice - całkowita energia układu będącą sumą energii oddziaływań międzycząsteczkowych i wewnątrz cząsteczkowych układu.

D e f i n i c j a e n e r g i w e w n ę t r z n e j : Energia wewnętrzna ciała to energia kinetyczna wszystkich jego cząsteczek oraz energia oddziaływań między nimi.

Z m i a n y e n e r g i w e w n ę t r z n e j : Proces przekazywania energii, w którym energia wewnętrzna jednego ciała zwiększa się kosztem energii wewnętrznej drugiego ciała, nazywamy: „przepływem ciepła”. Ciepło Q Energia wewnętrzna U Praca W

P r z y r o s t e n e r g i w e w n ę t r z n e j Przyrost energii wewnętrznej ciała jest równy sumie pracy wykonanej nad ciałem i energii przekazanej mu w postaci ciepła. Ciepło Q Energia wewnętrzna U Praca W

Zadania

Zadanie 1: Czy wiedząc, że ciało A ma wyższą temperaturę niż ciało B, można stwierdzić, że ciało A ma większą energię wewnętrzną niż ciało B? a) Nie. b) Tak.

Zadanie 2: Czy, aby zapobiec pęknięciu szklanki, przed nalaniem do niej gorącej wody dobrze jest włożyć metalową łyżkę? Tak, ponieważ metalowa łyżeczka pobierze część ciepła. b) Nie, ponieważ to nic nie pomoże szklanka i tak pęknie. c) Nie da się tego określić.

Zadanie 3: Dwa ciała o różnych temperaturach zetknęły się powierzchniami. Czy w układzie tym wystąpią przemiany energii wewnętrznej? Odp.: Tak. Energia wewnętrzna przechodzi z ciała o wyższej temperaturze do ciała o temperaturze niższej. 90°C 10°C

Doświadczenie

W czajniku o mocy 2200 wat umieszczamy 0,5 kg wody o temperaturze którą zmierzymy. włączamy czajnik na 60s co powoduje zwiększenie energii wewnętrznej wody Dane: E = 2200W m = 0,5kg Wzór: E

POMIAR I II III IV Temperatura przed 24 21 26 25 Temperatura po 86 81 91 88 Δt 62 60 65 63

Obliczenia: Δt - 62+60+65+63=250÷4=62,5 Δt =62,5 Δt= ±1°C 132000 E= 2200W×60s=132000J Δt - 62+60+65+63=250÷4=62,5 Δt =62,5 Δt= ±1°C 132000 c= =4224 0,5×62,5

Energia chemiczna Energia zmagazynowana w substancji, której skutkiem jest wzajemne oddziaływanie atomów (jonów) w cząsteczce, tzw. energia wiązania, np. w węglowodanach, białkach, tłuszczach. Uwalniana jest przez organizmy w procesie oddychania komórkowego, a następnie jest gromadzona w wysokoenergetycznych wiązaniach ATP (adenozynotrifosforan), z których jest czerpana do różnych procesów życiowych. Energia chemiczna może być wyzwalana w różnych reakcjach chemicznych i przekształcana w inną postać energii, np. podczas spalania wydziela się w postaci ciepła.

Energia chemiczna Przykłady spalań I wyzwalania energii chemicznej: 1. Pieczenie steku 2. Spalanie benzyny 3. Spalanie węgla

Jak działa silnik rakietowy? Przemiana energii chemicznej na kinetyczną. Silnik rakietowy wykorzystuje trzecią zasadę dynamiki Newtona: akcja równa się reakcja. Działanie silnika rakietowego polega na przetwarzaniu energii chemicznej paliwa na energię kinetyczną strumienia gazów, w wyniku czego - na zasadzie odrzutu - powstaje ciąg potrzebny do ruchu rakiety.Proces przemiany energii w silniku rakietowym odbywa się w dwóch etapach. Pierwszy etap polega na spalaniu paliwa – utlenianiu substancji chemicznych. W komorze spalania powstaje wysokie ciśnienie. Spowodowane jest to nagromadzeniem się gazów.

Energia chemiczna - to energia zgromadzona w ciele i zamieniana w inne formy energii w czasie reakcji chemicznej (np. podczas spalania węgla lub w reakcjach chemicznych w komórkach organizmów)

Schemat reakcji chemicznych

Kinetyczną Wewnętrzną Jądrową Mechaniczną Poprawna odpowiedź : A,D W procesie oddychania powstaje energia chemiczna na jakie inne rodzaje energii jest przekształcana na : Kinetyczną Wewnętrzną Jądrową Mechaniczną Poprawna odpowiedź : A,D

Podaj przykład przemiany: Energia chemiczna -------> Energia potencjalna -samochód jadący pod górę (wjeżdżający, NIE wtaczający się z rozpędu) - startujący helikopter

Jak dokonuje się zmiany energii elektrycznej na energię chemiczną? Energia elektryczna wymusza zajście reakcji chemicznej i zostaje zamieniona na energię chemiczną produktów tej reakcji. Przykładami są reakcje elektrolizy np.: roztworów wodnych soli lub stopionych soli.

ENERGIA ELEKTRYCZNA

Energia prądu elektrycznego Energia elektryczna prądu elektrycznego to energia, jaką prąd elektryczny przekazuje odbiornikowi wykonującemu pracę lub zmieniającemu ją na inną formę energii. Energię elektryczną przepływającą lub pobieraną przez urządzenie określa iloczyn natężenia prądu płynącego przez odbiornik, napięcia na odbiorniku i czasu przepływu prądu przez odbiornik

Właściwości energii elektrycznej Najważniejsze własności energii elektrycznej: łatwość transportu, rozdziału i regulacji – przekształcania do parametrów niezbędnych do wykorzystania; Nie zanieczyszczanie środowiska – skoncentrowany w dużych elektrowniach proces wytwarzania energii elektrycznej, głównie z energii cieplnej, zapewnia wysoką wydajność i minimalizację odpadów chemicznych i cieplnych wysoka sprawność przetwarzania w inne formy energii użytecznej.

Przykład 1. cz. 1 Drut aluminiowy o oporze R = 100Ω podłączono do napięcia U = 4,5 V. Masa drutu wynosi m = 1 g. O ile stopni ogrzeje się ten drut w ciągu minuty? Pomiń straty ciepła. Dane: Szukane: U = 4,5 V ∆t = ? – przyrost temperatury R =100 Ω m = 1 g = 0,001 kg t = 1 min = 60 s c = 903 ___ J ___ - ciepło właściwe aluminium kg * ◦ C Obliczamy najpierw natężenie prądu płynącego przez drut. I = _ U _ R I __4,5 V __ = 0,045 A 100Ω

Przykład 1. cz. 2 Obliczamy, ile energii elektrycznej zamieniło się w energii wewnętrzną. E = U * I * t E = 4,5 V * 0,45 A * 60 s = 12 J Ze wzoru : E = m * c * ∆t Otrzymujemy: ∆t = _ E _ m * c ∆t = _________12 J __________ 0,001 kg * 903 J/ kg * ˚ C = 13 ˚ C Odp.: Drut ogrzeje się o mniej więcej 13˚ C.

Przykład 2. Silnik dźwigu (na napięcie 230 V) zamienia 60 % energii elektrycznej na użyteczną pracę. Podnosi on ciało o masie 100 kg z prędkością 0,54 m/s. Jakie jest natężenie prądu płynącego przez ten silnik? W ciągu sekundy ciało podnosi się o 0,54 m. Jego energia potencjalna zwiększa się o: ∆Ep = m * g * h ∆Ep = 100 kg * 101 N/kg * 0,5 = 500 J Użyteczna moc wynosi więc P u = 500 W Ale ta moc stanowi tylko 60% mocy silnika P. P u = 0,6 P P = P u/ 0,6 ≈ 833 W Ze wzoru na moc prądu elektrycznego P = U * I otrzymujemy : I = P/U, czyli: I = 833 W/ 230 V ≈ 3,6 A Odp.: Przez silnik płynie prąd o natężeniu 3,6 A.

Doświadczenie : Opis doświadczenia: Potrzebne materiały: Bateria 1,5 V Folia aluminiowa Nożyczki Linijka Zegarek z sekundnikiem Opis sposobu wykonania: Z filii aluminiowej wycinamy prostokąt o wymiarach 30 cm x 15 cm . Wielokrotnie składamy prostokąt wzdłuż dłuższego boku . Otrzymujemy w miarę cienki pasek folii. Końce folii przykładamy do biegunów baterii i przytrzymujemy ok. 10s. Doświadczenie powtarzamy dla różnych czasów i różnych długości paska folii. Porównujemy stopień nagrzania folii. A więc to tak… Podczas przepływu prądu elektrycznego przez folię aluminiową, folia nagrzewa się. Efekt nagrzewania się przewodnika jest efektem ubocznym przepływy ładunków elektrycznych przez przewodnik i wynika z oporu elektrycznego przewodnika. W tym przypadku ciepło folii aluminiowej reprezentuje straty energii elektrycznej powstające podczas przepływu elektronów swobodnych przez przewodzącą prąd folię.

ENERGIA JĄDROWA

Co to energia jądrowa? Energia jądrowa to energia wydzielana podczas przemian jądrowych. Uwalnianie się energii podczas tych przemian związane jest z różnicami w energii wiązania poszczególnych jąder atomowych.

Do czego wykorzystujemy energię jądrową? Reakcja rozszczepienia ciężkich jąder może być kontrolowana i jest wykorzystywana w energetyce w elektrowniach jądrowych. Napęd atomowy ( stosowany w okrętach podwodnych ,lotniskowcach ) Bomby atomowe są na uzbrojeniu wielu państw.

Co daje nam energia atomowa? 15.7% energii elektrycznej całej ludzkości pochodzi z elektrowni atomowych. Liczba % energii produkowanej w elektrowniach Stany Zjednoczone – 20% Francja – 80% Niemcy – 75% Rosja - 70%

Jakie korzyści i zagrożenia występują stosując energie jądrową ? Ponieważ zużycie paliwa jest bardzo małe można zaoszczędzić zasoby naturalne. Prawidłowo działający reaktor nie wydziela substancji szkodliwych do środowiska. Zagraża nam wyciek substancji szkodliwych(produkty reakcji łańcuchowej) dla człowieka w wyniku mechanicznych usterek. Nikt dotąd nie dokonał bezpiecznej utylizacji paliwa jąder

Awarie reaktorów jądrowych Z pewnością każdy z nas wie o katastrofie elektrowni jądrowej w Czarnobylu . Była to największa katastrofa w historii energetyki jądrowej i jedna z największych katastrof przemysłowych XX wieku. Jest to jednocześnie jedyny incydent w dziejach, który został zakwalifikowany do siódmego, najwyższego stopnia w skali INES. Przez błędy konstrukcyjne doszło do wybuchu reaktora (na zdjęciu), do atmosfery dostał się radioaktywny pył. Radioaktywne cząstki wyrzucone do atmosfery wybuchem, jak i te emitowane nadal w wyniku trwającego pożaru grafitu, tworzyły pióropusz radioaktywnych drobin o wysokości 1030 m, który następnie przemieścił się w stronę miasta Prypeć.

Po katastrofie wyznaczono zamkniętą strefę buforową mierzącą 2,5 tysiąca km² i wysiedlono z niej wszystkich mieszkańców (choć jak wynika z aktualnych badań silnie skażony obszar w okolicach elektrowni ma powierzchnię 0,5 km²). W promieniu 10 km od elektrowni utworzono strefę "szczególnego zagrożenia", a w promieniu 30 km strefę "o najwyższym stopniu skażenia". Zlikwidowano 20 pobliskich kołchozów i wyłączono z uprawy rolnej 100 000 hektarów ziemi rolnej. Ewakuowano także całą ludność miasta Prypeć, liczącą wówczas 50 000 mieszkańców. Najbardziej skutki katastrofy dotknęły terytorium Ukrainy, gdzie skażeniu uległo 9% obszaru tego kraju

Jak wygląda reaktor jądrowy?

Elektrownia w Japonii

Polski reaktor doświadczalny

Polski reaktor doświadczalny

Jak działają bomby atomowe? Broń jądrowa jest to rodzaj broni masowego rażenia , wykorzystującej wewnątrzjądrową energię wydzielaną podczas łańcuchowej reakcji rozszczepienia jąder ciężkich pierwiastków (uranu i plutonu - broń atomowa) lub reakcji termojądrowej syntezy lekkich pierwiastków z wodoru - bomba wodorowa – o sile wybuchu znacznie większej od broni atomowej. Dzięki istnieniu tej broni powstało przekonanie o możliwości pokonania przeciwnika bez użycia ogromnych armii, do zadania dużych zniszczeń na obszarze przeciwnika wystarczy samolot bombowy, pocisk artyleryjski lub rakieta przenosząca atomowe głowice bojowe.

Jakie są czynniki rażenia? fala uderzeniowa, promieniowanie przenikliwe, promieniowanie cieplne (świetlne), impuls elektromagnetyczny, skażenie promieniotwórcze.

Jakie są skutki wybuchu? Zapewne wiecie o atomowym ataku Stanów Zjednoczonych , na Japońskie miasta Hiroszimę i Nagasaki Obraz zniszczeń przedstawia całą niszczycielską moc bomby jądrowej

Jak wygląda bomba atomowa? Bomba atomowa czerpie swoją energię z reakcji rozszczepienia ciężkich jąder atomowych (np. uranu lub plutonu) na lżejsze pod wpływem bombardowania neutronami. Rozpadające się jądra emitują kolejne neutrony, które bombardują inne jądra, wywołując reakcję łańcuchową To jest bomba ''Fat man'' zrzucona na Nagasaki

Synteza termojądrowa

Synteza jądrowa Reakcja syntezy jądrowej jest to rekcja łączenia się jąder lekkich w cięższe z wydzieleniem ogromnej ilości energii. Synteza jądrowa jest źródłem energii gwiazd. Reakcja jądrowa deuteru i trytu 11-4-10

Synteza termojądrowa Synteza termojądrowa jest to synteza jądrowa zachodząca dla makroskopowej porcji materii. Reakcja fuzji termojądrowej, jądra deuter i tryt łączą się, powstaje jądro helu, neutron i wydzielana jest energia. 11-4-10

Synteza termojądrowa we wnętrzu Słońca 11-4-10

Synteza jądrowa dokonywana w słońcu i w gwiazdach 91919191 Synteza jądrowa dokonywana w słońcu i w gwiazdach We wnętrzu Słońca zachodzi reakcja syntezy termojądrowej - rozpędzone w temperaturze 15 milionów stopni jądra wodoru pokonują odpychanie elektrostatyczne, zderzają się i pod wpływem sił jądrowych łączą się w jądro helu. W procesie tym, mierzona wzorem Einsteina E=mc2, utrata masy przez Słońce wynosi 4 miliony ton na sekundę. Na razie umiemy powtórzyć ten proces jedynie wybuchowo - w bombach wodorowych. Równomierna, długotrwała synteza termojądrowa to wyzwanie technologiczne, ale i fantastyczne źródło energii. 11-4-10

cykl protonowo-protonowy(pp.) cykl reakcji jądrowych, w których z czterech jąder wodoru powstaje stabilne jądro helu. Ponadto podczas przemian uwalniana jest energia jądrowa, która jest głównych źródłem energii Słońca i innych niezbyt masywnych gwiazd. 11-4-10

Kontrolowana synteza termojądrowa- Reaktor termojądrowy 1.Wysoka temperatura plazmy 2.Długi czas utrzymania 3.Duża koncentracja cząstek Schemat reaktora ITER 11-4-10

Kontrolowana synteza termojądrowa Reakcje termojądrowe, to typowe reakcje zachodzące w Słońcu i innych gwiazdach. Niezwykłe w nich wysokie temperatury i wysokie ciśnienia prowadzą do powstania szczególnego stanu materii całkowicie zjonizowanej - zwanego plazmą, utrzymywaną siłami grawitacyjnymi 11-4-10

Energia promieniowania

Energia promieniowania słonecznego Największym źródłem energii odnawialnej, a jednocześnie źródłem najtańszym i najbardziej dostępnym dla nas jest Słońce. Energia promieniowania słonecznego jest też energią, która z punktu widzenia ochrony środowisk jest najbardziej „czystą” postacią energii. Możemy ją pozyskać bez emisji jakichkolwiek zanieczyszczeń do środowiska naturalnego. Energia ta już od wieków wykorzystywana jest przez ludzi np. do suszenia płodów rolnych.

Promieniowanie elektromagnetyczne Promieniowanie elektromagnetyczne (fala elektromagnetyczna) – rozchodzące się w przestrzeni zaburzenie w postaci pola elektromagnetycznego Składowa elektryczna i magnetyczna fali indukują się wzajemnie – zmieniające się pole elektryczne wytwarza zmieniające się pole magnetyczne, a z kolei zmieniające się pole magnetyczne wytwarza zmienne pole elektryczne. Właściwości fal elektromagnetycznych mocno zależą od długości fali. Promieniowaniem elektromagnetycznym o różnej długości fali, są fale radiowe, mikrofale, podczerwień, światło, ultrafiolet, promieniowanie rentgenowskie i promieniowanie gamma.

Fale radiowe Fale radiowe znajdują bardzo szerokie zastosowanie w telekomunikacji, radiofonii, telewizji, radioastronomii i wielu innych dziedzinach nauki i techniki. W technice podstawowym źródłem fal radiowych są anteny zasilane prądem przemiennym o odpowiedniej częstotliwości. Wiele urządzeń generuje też zakłócenia będące falami radiowymi, wymienić tu można na przykład: zasilacze impulsowe, falowniki i regulatory tyrystorowe, piece indukcyjne, spawarki, zapłon iskrowy silników samochodowych, iskrzące styki urządzeń elektrycznych. Naturalne źródła fal radiowych to między innymi wyładowania atmosferyczne, zorze polarne, radiogalaktyki. Fale długie rozchodzą się na olbrzymie odległości po liniach prostych, a w miarę oddalania od nadajnika ulegają coraz większym zakłóceniom. Fale średnie mają zasięg do kilkuset kilometrów. Są używane do komunikacji radiotelegraficznej i w radiofonii. Fale krótkie są przeznaczone dla radioamatorów. Fale ultrakrótkie mogą przenosić skomplikowane sygnały, np. muzykę stereo, program telewizyjny a także rozmowy przez telefony komórkowe.

Mikrofale Mikrofale to rodzaj promieniowania elektromagnetycznego o długości fali pomiędzy podczerwienią i falami ultrakrótkimi, zaliczane są do fal radiowych. Podstawowe zastosowanie mikrofal to radary i łączność np. radary mikrofalowe, telefony komórkowe, kuchenki mikrofalowe.

Podczerwień Promieniowanie podczerwone jest nazywane również cieplnym, szczególnie gdy jego źródłem są nagrzane ciała. Każde ciało o temperaturze większej od zera bezwzględnego emituje takie promieniowanie, a ciała o temperaturze pokojowej najwięcej promieniowania emitują w zakresie długości fali rzędu 10 μm. Przedmioty o wyższej temperaturze emitują promieniowanie o większym natężeniu i mniejszej długości, co pozwala na zdalny pomiar ich temperatury i obserwację za pomocą urządzeń rejestrujących wysyłane promieniowanie. Technika rejestracji promieniowania podczerwonego emitowanego przez obiekty o temperaturach spotykanych w codziennych warunkach to Termowizja. Umożliwia ona zobrazowanie obiektów w ciemności oraz pomiar temperatury w poszczególnych punktach ich powierzchni. Jest wykorzystywana między innymi w zastosowaniach naukowych, pożarniczych, medycznych, wojskowych, w diagnostyce urządzeń mechanicznych i obwodów elektrycznych, oraz do oceny izolacji termicznej budynków.

Światło widzialne Światło widzialne to ta część widma promieniowania elektromagnetycznego na którą reaguje zmysł wzroku człowieka. Różne zwierzęta mogą widzieć w nieco różnych zakresach. Światło widzialne jest tylko w niewielkim stopniu absorbowane przez atmosferę ziemską i przez wodę. Ma to duże znaczenie dla organizmów żywych, zarówno wodnych, jak i lądowych. Znaczna część promieniowania słonecznego jest pochłaniana lub odbijana przez ziemską atmosferę. Ultrafiolet pochłaniany jest w dużej mierze przez tlen, zwłaszcza w postaci ozonu, podczerwień przez gazy cieplarniane (metan, podtlenek azotu, dwutlenek węgla, para wodna). W związku z tym atmosfera ziemska jest przezroczysta głównie dla światła widzialnego.

Ultrafiolet Promieniowanie ultrafioletowe, jest zaliczane do promieniowania jonizującego, czyli ma zdolność odrywania elektronów od atomów i cząsteczek. W dużym stopniu określa to jego właściwości, szczególnie oddziaływanie z materią i na organizmy żywe. Słońce emituje ultrafiolet w szerokim zakresie spektralnym, ale górne warstwy atmosfery ziemskiej (warstwa ozonowa) pochłaniają większość promieniowania z krótkofalowej części spektrum. Obserwacje astronomiczne w ultrafiolecie rozwinęły się dopiero po wyniesieniu ponad atmosferę przyrządów astronomicznych. W technice ultrafiolet stosowany jest powszechnie. Powoduje świecenie (fluorescencję) wielu substancji chemicznych. W świetlówkach ultrafiolet wytworzony na skutek wyładowania jarzeniowego pobudza luminofor do świecenia w zakresie widzialnym. Zjawisko to wykorzystuje się również do zabezpieczania banknotów i w analizie chemicznej. Ultrafiolet o małej długości fali jest wykorzystywany do sterylizacji (wyjaławiania) pomieszczeń.

Promieniowanie rentgenowskie Promieniowanie rentgenowskie jest promieniowaniem jonizującym . Technicznie promieniowanie rentgenowskie uzyskuje się przeważnie poprzez wyhamowywanie rozpędzonych cząstek naładowanych. W lampach rentgenowskich są to rozpędzone za pomocą wysokiego napięcia elektrony hamowane na metalowych anodach. Źródłem wysokoenergetycznego promieniowania rentgenowskiego są również przyspieszane w akceleratorach cząstki naładowane. Promieniowanie rentgenowskie jest wykorzystywane do wykonywania zdjęć rentgenowskich do celów defektoskopii i diagnostyki medycznej.

Promieniowanie w kosmosie Astronomia rentgenowska zajmuje się rejestracją promieniowania rentgenowskiego pochodzącego z kosmosu. Ponieważ promieniowanie rentgenowskie jest pochłaniane w atmosferze Ziemi, to aby dokonać obserwacji w tym zakresie, urządzenia pomiarowe muszą być wyniesione poza nią. W przeszłości, używano do tego celu balonów; obecnie detektory rentgenowskie umieszczane są na pokładzie satelitów. Pierwsze kosmiczne źródło promieniowania rentgenowskiego, Sco X-1 znajdujące się w gwiazdozbiorze Skorpiona, zostało odkryte w roku 1962. Pomysłodawcą i pionierem tych obserwacji, które doprowadziły do rozwoju całej dziedziny astronomii rentgenowskiej, był Riccardo Giacconi, późniejszy laureat Nagrody Nobla z fizyki w roku 2002. Obecnie wiadomo, że źródłami rentgenowskimi są przede wszystkim obiekty zawierające gwiazdę zwartą: czarną dziurę, gwiazdę neutronową lub białego karła. Energia w tych obiektach jest wytwarzana przez olbrzymie pole grawitacyjne, a gaz, opadający na zwartą gwiazdę w procesie akrecji nagrzewa się do bardzo wysokich temperatur, rzędu setek milionów kelwinów. To właśnie ten opadający gaz emituje promieniowanie rentgenowskie. Oprócz tego, źródłami promieniowania X mogą być takie obiekty jak gromady galaktyk, pozostałości po supernowych, a także ciała Układu Słonecznego, na przykład Księżyc. Ponadto, wiele słabych, nierozdzielonych źródeł rentgenowskich tworzy tak zwane tło rentgenowskie.

Promieniowanie gamma Promieniowanie gamma wysokoenergetyczna forma promieniowania elektromagnetycznego. W wielu publikacjach rozróżnienie promieniowania gamma oraz promieniowania X opiera się na ich źródłach, a nie na długości fali. Promieniowanie gamma wytwarzane jest w wyniku przemian jądrowych albo zderzeń jąder lub cząstek subatomowych, a promieniowanie rentgenowskie - w wyniku zderzeń elektronów z atomami. Promienie gamma mogą służyć do sterylizacji sprzętu medycznego, jak również produktów spożywczych. W medycynie używa się ich w radioterapii do leczenia raka, oraz w diagnostyce. Ponadto promieniowanie gamma ma zastosowanie w przemyśle oraz nauce, np. pomiar grubości gorących blach stalowych, pomiar grubości papieru, wysokości ciekłego szkła w wannach hutniczych, w geologii otworowej (poszukiwania ropy i gazu ziemnego), w badaniach procesów przemysłowych ( np. przeróbki rudy miedzi). Promieniowanie γ ma zastosowanie w badaniach z dziedziny chemii radiacyjnej. Źródła promieniowania gamma : Reakcje jądrowe Nukleosynteza Anihilacja Rozpady cząstek elementarnych

Zadanie 1 Które fale spośród wymienionych są dłuższe od fal podczerwonych? a) mikrofale b) ultrafiolet c) światło widzialne d) gamma

Zadanie 2 Dlaczego przy uderzeniu pioruna najpierw widzimy błysk, a potem słyszymy grzmot? Odp.: Dlatego, że prędkość światła jest większa od prędkości dźwięku.

Zadanie 3 Która z poniższych możliwych zmian zachodzących w atmosferze jest przyczyną wzrostu zagrożenia promieniowaniem UV? a) zmniejszenie zawartości dwutlenku węgla b) zmniejszenie zawartości ozonu c) zwiększenie zawartości ozonu d) zwiększenie zawartości dwutlenku węgla