Forside

Carsten Andersen, Bellahøj Skole oktober 2002

Emne: Energi på Eksperimentariet.

Forberedelse til 8. x´ besøg på Eksperimentariet:

1. Solenergi  2. Håndgenerator 3. Effekt  4. Trappeløb

5. Pendulet  6. Energi og fart    Eksperimentariet

Hent en printbar Wordversion af
"Energi på Eksperimentariet".

1. Solenergi.

Vi tager en kasse med solceller med ud på græsplænen. Hvert hold forbinder solcellen med et voltmeter og eksperimenterer med at lave den højeste spænding. Hvordan skal solcellen rettes? Hvad sker, hvis nogen går ind og skygger? Under udførelsen gik en sky for solen et øjeblik, og det havde en klar virkning.

Der måltes en spænding på ca. 0.25 volt. Det var for lidt til at vores motorer kunne trækkes rundt.

Holdene fik nu flere solceller og forbandt dem parallelt. Hver solcelle havde sit eget kredsløb med voltmeteret. Der kom ikke højere spænding end 0.25 volt. Nu fandt et hold på at sætte solcellerne i serieforbindelse på samme måde som batterierne i en lang stavlygte. Fire solceller gave nu en spænding på 1 volt. Man skal være omhyggelig med ikke at vende en solcelle modsat så den modvirker de andre.

Med 4 solceller lykkedes det at få motoren til at køre. Hurra ! Så stoppede motoren. "Nej lad nu være og stå og skyg!" Så var det en lille sky, der var gået for solen!

Samtale om hvor i verden solenergi giver mest. Hvorfor er en nordskråning koldere end en sydskråning.  Hvorfor falder temperaturen om aftenen ?  Hvordan får satellitter energi? Hvordan virker klokken i en butiksdør?

Ekstraforsøg: Tape aluminiumsfolie på en parabol eller i en tagrende. Mærk varmen i brændpunktet. Pas på ikke at blive blændet af solen.

Ekstraforsøg: Hold en solcelle foran en radiator eller et tændt strygejern. Der produceres ikke elektricitet fordi energipakkerne i varmestråling er for små til at rive elektroner løs i metallet i solfangeren. Men lyskvanter eller lyspakker har energi nok til at slå elektroner løs og skabe elektrisk spænding. Om du så skruer nok så meget op for radiatoren vil solcellen ikke reagere. Men en lille lygte kan sætte gang i solcellen.

Top

2. Håndgenerator

Nogle 6 volt, 1A elpærer sættes parallelt. Med en håndgenerator får man dem til at lyse, når man drejer håndtaget rundt? Pærerne skrues løs og skrues fast én efter én.

Hvordan føles det at dreje, når alle pærer er skruet løs? Når én pære er skruet fast, 2 pærer, 3 pærer.  Kan du få mange pærer til at lyse lidt? Kan du få mange pærer til at lyse meget? Hvordan føles det?

Hvor i dit forsøg produceres energi? Hvor forbruges energi? Hvordan tror du elektricitetsværket registrerer at mange mennesker begynder at lave mad på én gang, og hvad skal man så gøre på elektricitetsværket.

Sæt 2 håndgeneratorer sammen og drej den ene rundt. Hvad sker? Prøv så at dreje den anden rundt. Hvad sker? Hvilken håndgenerator er producent og hvilken er forbruger?

Producenten hedder en generator eller en dynamo. Forbrugeren er en motor.

Holder forbrugeren helt trit med producenten? Hvad kan det skyldes?

Top

3. Effekt.

En strømforsyning får en pære til at lyse. Hvis der ikke er indikator for spænding og strømstyrke indsættes et voltmeter parallelt og et amperemeter i serie. Mål nu samhørende værdier for spænding og strømstyrke til forskellige pærer og motorer.

Sæt spændingen til 6 volt og anvend 6 volts pærer. Hvis du ikke har en strømforsyning kan du bruge 4 gange 1,5 volts batterier i serie og sætte et amperemeter ind i kredsløbet.

Gang nu spænding med strømstyrke og find effekten. Spænding måles i Volt, Strømstyrke i Ampere, og effekt i Watt.

F.eks. 6 V x 1 A = 6 W og 6 V x 0,5  A = 3 W

Beregn motorens effekt. Prøv at give den lille motor lidt modstand ved at presse din finger ind mod rotoren. Hvad sker der med strømstyrken og hvad bliver effekten nu ? Hvorfor er forbruget større, når motoren kommer på arbejde .

735 W kaldes en hestekraft = 1 HK. 1000 W kaldes en kilowatt = 1 kW

Et strygejern bruger en effekt på 1000 W eller 1 kW. Hvis strygejernet er tændt i 1 time bruges energien 1kWh = l kilowatt-time eller 1000 Wh.(h=hour) Energien er effekten gange tiden, for man skal jo betale for al den tid strygejernet er tændt.

Effekten er energien pr. tid. Hvis en el-koger har effekten 2000 W eller 2kW betyder det at den bruger dobbelt så meget energi som strygejernet. På 1 time bruger el-kogeren derfor 2kWh, og på 2 timer bruger den 4 kWh, hvis den varmer vand hele tiden.

Hjemmeopgave: Aflæs på forskellige apparater hvor stor effekt de bruger (hvor mange watt de bruger).

I hjemmekundskab bruges energienheden kilojoule = kJ

1 kWh er det samme som 3.600 kJ. Et menneske skal dagligt spise ca. 10.000 kJ i døgnet. Det svarer vel til ca. 3 kWh. Da en kWh koster godt 1,30 kr. ville det være billigere hvis mennesker levede af vekselspænding men også meget kedeligere.

Et menneskes effekt er ca. 100 W, når det er i hvile. Men i robåden i eksperimentariet kan mange yde 300 W i kort tid. En hest kan vel yde en hestekraft eller 735 W.

Top

4. Måling af effekt ved løb på trappe.

Når man går op af en trappe giver man sig selv beliggenhedsenergi. Man skal gange sin vægt i kg med 10 og gange med den lodrette højde målt i meter. Så har man beregnet forøgelsen af beliggenhedsenergi målt i joule. Hvis man nu dividerer med tiden det har taget at komme op, så får man effekten i watt.

 Vejer man f.eks. 50 kg og forøger sin lodrette højde med 10 m, så forøger man sin beliggenhedsenergi med 5.000 J. Kan man klare turen på 10 sekunder har man ydet 500 W.

 En hestekraft er 735 Watt, så man må næste have arbejdet som en hest. Skal man bruge hele 20 sekunder har man kun ydet 250 Watt. Hvis man kun vejer det halve har man kun forøget sin beliggenhedsenergi med det halve.

Hvis man falder ned anvendes energien til at man slår sig. Dog producerer man mere energi end beregnet, for der bruges også energi til at bevæge benene hurtigt frem og tilbage.

Formel:10 gange din vægt i kg x højdeforøgelse i m, divider med tiden i sek. = effekt i W

Mål højden på trappen. Vælg en starter og en tidtager. Løb op af trappen uden at tale eller råbe.

Top

5. Pendulet.

Hæng et lod op i en snor og lad det gynge. Mål med sekundviseren tiden for 10 svingninger (1 svingning er frem og tilbage). Del med 10 og du har svingningstiden.

Mål svingningstiden for en gynge med små udsving og for samme gynge med store udsving. Diskutèr i gruppen om i forventer kortere svingningstid for de korte små udsving eller ej. Mål så. Hvad blev resultatet? Kan det forklares?

Prøv så at sætte et tungere lod på den samme gynge. Forventer I længere svingningstid, samme - eller kortere svingningstid? Mål så. Kan I forklare resultatet?

Lav gyngen længere. Hvilken virkning tror I det får for svingningstiden. Samme tid, kortere - eller længere tid for en svingning? Mål så.

Når en gynge svinger, skifter energien mellem beliggenhedsenergi og bevægelsesenergi. Når gyngen er oppe har den beliggenhedsenergi. Det omdannes til bevægelsesenergi når gyngen får fart. Når gyngen er nede vil den være hurtigst og have størst bevægelsesenergi og mindst beliggenhedsenergi. Derefter stiger gyngen og mister fart  ( bevægelsesenergi ). Men med stigningen får den jo i stedet beliggenhedsenergi. Sådan svinger energien mellem beliggenhedsenergi og bevægelsesenergi.

Hvis der ingen modstand var, ville gyngen svinge evigt. Men luftmodstand med mere stopper gradvist gyngen, og energien omdannes til varme. Alle ure er svingende systemer, hvor man udnytter at svingningstiden er konstant, så uret går præcist.

I pendulure som bornholmerure og kukure svinger et pendul. En fjeder trækkes op for at holde det i gang. Har I lavet forsøg, der viser at pendulure er anvendelige? I gammeldags armbåndsure svinger en fjeder. Uret skal også trækkes op. I et kvarts-ur er der elektriske svingninger i et krystal. Et batteri holder det i gang.

Prøv at lave en dal med bakker på begge sider. Hvis du får en kugle, kan du så lave et svingende system? Kan du lave et svingende system af et lod og en fjeder?

Solen og Jorden er også et svingende system. I januar er jorden faldet lidt tættere på solen og får derfor lidt større hastighed. I juli er jorden kommet lidt længere fra solen og har derfor tabt lidt af sin fart. Hvorfor har Danmark så sommer i juli?

Top

6. Energi og fart. Er det sandt at farten dræber?

Når hastigheden bliver større bliver bevægelses-energien meget større. Kører man dobbelt så hurtigt har man 4 gange så stor energi og kan lave 4 gange større ulykker og en fire gange så lang bremsestribe.

Sætter man farten ned til det halve bliver bremselængden kun en fjerdedel, og man kan lettere undgå at køre ind i nogen. Også fordi man ikke kører så langt fra man ser forhindringen indtil men træder på bremsen. Går det alligevel galt, så rammer man kun med en fjerdedel bevægelsesenergi, når man kører med den halve hastighed.

Kører man 3 gange hurtigere bliver bevægelses-energien og bremselængden 9 gange større Hvis man kører 4 gange hurtigere bliver bevægelses-energien ____ gange større. Skriv selv - fortsæt gerne.

  En matematikbog fortæller at bremselængden er 5 m, når du kører 30 km/t i en bil. Hvor stor er bremselængden så når du kører med 60 km/t? 90 km/t? I virkeligheden afhænger bremselængden både af vejbanen, føret, bremserne og dækket. Gå ind på internettet og lav forsøg med bremselængden: www.doctordriver.dk/ddf/diving/f_mizz/beregnbrems.htm

Prøv med forskelligt føre. Undersøg om en fordobling af hastigheden firedobler bremselængden osv.

Vindens bevægelsesenergi kan lave ulykker men også trække en vindmølle.

Meteorer kan ramme jorden med over 100.000 km/t.

I en turbine på et elektricitetsværk trækker dampens bevægelsesenergi turbinen rundt, så generatoren laver elektricitet. Dampen kommer fra en kogende lukket kedel, der får varme fra afbrænding af kul, affald, fuelolie, naturgas eller atomkraft.

 Kan du finde en bog om hvordan kraftværker virker?

Top

Opgaver til 8. x i Eksperimentariet

Læs først vejledningen og lav så forsøget.

Nr. 89 Soldreven pumpe.( over indgangen ): Hvordan kommer springvandet til at springe ? Hvordan får I det til at springe bedre?  Hvorfor?

Nr. 2420 Sparelampen. ( I vor utrolige klode). I en 40 W glødepære bruges kun 7 % af energien til at give lys, resten bruges til varme I en 7 W sparepære bruges 25 % af energien til at give lys. Hvilken pære er lettest at trække med håndsvinget?

Nr. 2430 Lav selv lys. Hvordan føles det at trække henholdsvis 0, én, to, tre eller fire pærer? Hvorfor?

Nr. 2460 Køleskabet. Læs hvordan køleskabet virker? Drej håndtaget rundt. Der bliver koldt der hvor fordampningen sker. Mærk hvor det er. Du bliver selv kold, hvis du er våd og der fordamper vand fra dig. Ved sammenpresningen af gassen bliver der varmt, som ventilen bliver når du pumper din cykel. Mærk hvor på køleskabet der bliver varmt? Hvorfor kan I få det til at virke med et håndsving?

Nr. 2510 Bilens energiforbrug. Hvad tror I bruger mest effekt? Vinduesvisker, varmeblæser, forlygte eller baglygte? Skriv først op hvad I tror og lav så forsøget. Sæt så skiftevis ledningerne til hvert apparat. Skru spændingen op til 12 V som en bil-akkumulator. Gang så 12 V med strømstyrken i hvert apparat? Derved beregner I forbruget af watt i hvert apparat? Var der nogen der gættede rigtigt?

Nr. 2520 Genbrug af bremseenergi. Hjulenes rotationsenergi presser trykluft sammen, når du bremser. Det er det samme, hvis du holder for en cykelpumpe når du presser. Hvis du slipper ryger pumpen tilbage. Prøv at bremse og starte igen. Hvad sker?

Nr. 2410 Spar El.

Nr. 2620 Miljøbutikken.

Nr. 2630 Tjek din miljøbelastning.

Nr. 2820 Vindmøller i Danmark.

Nr. 2850 Solenergi.  Undersøg produktion og forbrug af energi i sol-huset.

Nr. 2880 El-produktion on line.

2710 Muskelenergi 2720 Cykelenergi 2730 Kørestol energi 2740 Romaskineenergi. Kør om kap når der er plads. Hvad illustrerer saftevandet? Hvor mange Watt kan du yde?

Nr. 2070 Jordskælvssimulator. Prøv at opleve et jordskælv på 5,5 på Richter skalaen. Hvor kommer energien fra?

Nr. 2085 Ryst huse i stykker.

Nr. 2060 Kontinenterne i 750 millioner år.  Se kontinenternes vandring på skærmen. Diskutér hvor energien kommer fra til at flytte de store kontinenter!

Nr. 2020 Gejsere. Hvor kommer energien fra?

Nr. 2100 Vindtunnel. Diskutér: Hvor kommer energien i blæsten fra?

Nr. 3225 Se din indre varme. (Dig og mig - mennesket fra top til tå) Hvorfra på kroppen stråler du mest varme-energi ud til omgivelserne? Hvordan går det når du smøger ærmerne op. Hvordan føles det?

Hold din hånd foran dine læber. Hvad føler du? Hvorfor?

Undersøg i Børnenes Vandpyt: Nr. 255 Arkimedes´ Skrue Nr. 253 Det lille vandhjul Nr. 252 Det store vandhjul.Nr. 273 Gårdpumpen Nr. 254 Haveslangepumpen Nr. 260 Kuglekædepumpen Nr. 266 Trykspingvandet. Prøv dem. Hvordan virker de?

Hejseværket hvor man løfter sig selv. Tal først om hvor man skal bruge mindst kraft - med ét reb eller med mange reb i trisser og taljer. Dan din opfattelse og prøv først bagefter? Hvorfor var der forskel på løfte-kraften? Energiforbruget ved at løfte sig selv til en bestemt højde er den samme i alle tilfælde.

Nr. 32 Gyrohjul. Rotationsenergien holder hjulet i balance, så det er svært at dreje det. Hvorfor er det let at holde balancen når man cykler hurtigt, men svært når man cykler langsomt?

Nr. 167 Gyrokuffert. Prøv kufferten. Hvad tror du der er indeni?

Hvordan fik dinosaurerne energi? Undersøg det i udstillingen i stuen.

Hvad kan du opleve og lære i udstillingen om Mars?

Lav så mange forsøg som I kan nå i din gruppe. Hver af jer skal skrive en rapport om jeres forsøg på Bellahøj Skole og nogle af jeres forsøg på eksperimentariet. I skal aflevere rapporten til mig mandag den 11. november. I kan få hjælp på www.experimentarium.dk og af mig: ca.bel@ci.kk.dk

God fornøjelse. Carsten. Efteråret 2002.

Top