Kapitel 11 og 12

1. Kapitel 11 og 12 • Elektrisitet og magnetisme • Produksjon av elekrisk energi

2. Elektrisk energi • Elektrisk energi får vi på forskjellige måter. • Vannkraftverk; der bevegelsesenergi i vann/damp overføres til elektrisk energi • Solceller; der fotoner (lysstråler) gir elektrisk energi • Batterier; der kjemisk energi går over til elektrisk energi

3. Vannkretsløpet

4. Vannkraftverk

5. Vannkraftverk • A= Vannmagasin • B= Kraftstasjon • C= Turbin • D= Generator • E= Inntaksregulator • F= Vanntunnel/rør • G= Transformatorstasjon • H= tunnel eller vassdrag Vann/damp gir bevegelse i turbinen pga rotorbladene.

6. Turbin og generator • Turbin: Energi fra damp eller vann får turbinen til å gå rundt. • Generator: Drives av turbinakselen som er i midten av turbinen. Magneter er festet i andre enden. Utenfor magneten er det spoler. Bevegelse i magnetene gir elektrisk spenning. Elektrisk generator = maskin som omdanner bevegelsesenergi til elektrisk energi

7. Energikjede • Fra vann til strøm bevegelses- Energi Fra vann/damp Rotasjonsenergi i turbin Rotasjons energi Fra bevegelse i magneter Elektrisk energi

8. SolcellerI en fotocelle river sollyset løs elektroner . Solceller bygger på prinsippet om fotoelektrisk effekt. I solcellen blir elektroner som midlertidig er kommet i en høyere energitilstand etter å ha blitt truffet av et foton (såkalte "frie" elektroner) tvunget ut i en ytre elektrisk krets hvor denne energien avgis. Men for at de frie elektronene skal tvinges ut i den ytre elektriske kretsen må det finnes en p/n-overgang. Frie elektroner blir nå flyttet mot kontaktene på overflaten .Elektronvandringen lager en elektrisk strømkrets. sollys e n-type Si +++++++++++++++++++++++++++++++++ barriere - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - p-type Si e

9. Si - atomet • Si = silisium. • Er en halvleder. • Er i gruppe 4 = har 4 elektroner i ytterste skall. • Doping av Si – krystaller: Doper dem med aluminium, Al og fosfor, P Si = n-type Overskudd av frie e. Si=p-type Underskudd av frie e. ”Huller” ee e Al Si e e P e e e e e e e e

10. Batterier • Et elektrisk batteri er en komponent som har en lagret energi i kjemisk form, og som kan avgi den i elektrisk form. • Begrepet batteri betyr en enkelt galvanisk celle. Strengt tatt er de fleste batteriene vi omtaler (AA, AAA, C og D) elementer eller celler, og ikke batterier. (Eksempler på ekte batterier er 4,5-volts-batterier (som består av tre runde celler under papiret), og såkalte 9V-blokker. På bilbatteriet kan en se de enkelte cellene.) • For å lage mest mulig energi, er det gunstig å bruke to stoffer som står lengst mulig unna hverandre i en såkalt spenningsrekke.

11. Spenningsrekken • I den galvaniske spenningsrekken er det de uedle metallene (lengst til venstre: natrium, magnesium, aluminium), som lettest gir og tar imot elektroner, mens edelmetallene (til høyre: gull, sølv) er motsatt. • Denne rekkefølgen er avhengig av omgivelsene (temperatur, elektrolytt), i motsetning til den elektrokjemiske spenningsrekken, som defineres i forhold til en standardtilstand. • En spenningsrekke kan se slik ut: Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H2, Cu, OH-/H2O, Ag, Au, Pt

12. Batteridrevet biler gunstigere enn bensin pga: • Høy virkningsgrad for framdrift(ca 80% mot bensin: 15%) • muligheten å lade batteriene med energi fra fornybare energikilder . • Den slipper ikke ut partikler, og kan derfor gi bidrag til løsning av et helseproblem i dagens trafikkmiljø. • Passer godt i tett trafikk i trange bygater. • På grunn av begrenset rekkevidde, passer elbilen i dag best i situasjoner hvor man forflytter seg korte avstander om gangen.

13. Elektrisitet og magnetismeto sider av samme sak • Elektrisitet = produksjon av elektrisk energi. • Magnetisme =der materiale utøver en tiltrekkende eller frastøtende kraft på andre materialer. Dette materialet kalles gjerne en magnet. Permanentmagnet = stavmagnet. Like poler fraskyver hverandre, ulike tiltrekker. • Rundt en elektrisk strøm er det et magnetfelt. • Magnetfelt dannes også rundt en spole det sendes strøm gjennom. En jernbit inni spolen gir oss en elektromagnet. • Spolene kan beveges vha magneter. (f.eks i bilmotor)

14. Faraday’s eksperiment • http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/faraday/index.html • Sjekk denne og se hva som skjer

15. Induksjon • Inductio (lat) = Innføring. • Gir spenning ved å variere magnetfelt; dvs endre magnetfelt eller bevege kretsen i et magnetfelt • Økes ved å: endre magnetfeltet raskere, styrke magnetfeltet gjennom spolene eller øke antall vindinger i spolen • Brukes til å lage vekselstrøm vha roterende magneter. Hos oss: skifter strømretning 50g/s. • Enkel illustrasjon:

16. Transformator • Brukes til å endre elektrisk spenning. • Transformerer ned og opp til ønsket spenning.

17. Fornybare energkilder • Definisjon:”Tømmesikke” innen overskuelig framtid. Får energien direkte eller indirekte fra sola;sier de er lagret solenergi. De viktigste er: • Solenergi fra solceller • Termisk energi fra havet vha varmepumper • Parabolspeil • Energi fra vind og hav • Tidehavsenergi, pga gravitasjonskrefter. • Bioenergi: utvinnes fra biologisk materiale. Energi fra sola bindes i planter som kjemisk energi vha fotosyntesen. • Geotermisk energi – fra prosesser i jordens indre (Island: 90% av husene er varmet opp vha geotermisk energi)

18. Ikke-fornybare energikilder • Kilder som etter hvert vil gå tom. Energien lagret som kjemisk energi eller energi i atomkjerner. • Fossile energikilder : olje, kull og gass. Dannet fra solenergi som er opptatt i biologisk materiale som kjemisk energi vha fotosyntesen. Kull: 200-300 år. Olje og gass: noen tiår.

19. I kjernereaksjoner går masse over til energi • Kjerneenergi avgir energi ved fisjon og fusjon • Fisjon=atomkjernen deles i mindre kjerner. Uran brukes i kjernekraftverk. Begrenset mengde uran.) • Fusjon= atomkjerner går sammen og danner nye og større kjerner.Foreløpig: hydrogenbomber. H-kjerner går sammen og danner He. Ikke mangel på H. • I kjernereaksjoner går masse over til energi. Teori utviklet av Albert Einstein i 1905: E = mc²Der c = 3oo ooo km/s

20. Elektrisk energi fra fornybare og ikke-fornybare energikilder • Turbiner i energiverk kan drives av vind og damp. • Gassenergiverk kan drives med gassturbin og eller dampturbin • Solenergi kan brukes • i kraftverk.