Eðlis- og stjörnufræði I

30-31 / 83

30 31
Námsgagnastofnum 2015 – 07011 EÐLIS- OG STJÖRNUFRÆÐI
Orka er eitt af mikilvægustu viðfangsefnum eðlisfræðinnar. Mest af þeirri orku
sem mannkynið notar er með einum eða öðrum hætti komið frá sólinni. Orkan
flæðir frá sólu til jarðar og veldur því að gróður vex, líf dafnar og hún knýr áfram
veðrakerfi, bæði vinda og úrkomu. Miklum fjármunum er varið í að kaupa orku,
hvort sem um er að ræða einstaklinga eða fyrirtæki. Matur er lífsnauðsynlegur
orkugjafi fyrir líkamann, bensín og olía eru orkugjafar fyrir bíla, skip og flugvélar.
Víðast hvar á Íslandi fáum við nú á dögum orku til að hita hús frá heitu vatni
úr jörðinni. Í gamla daga fékkst sú orka oft með því að brenna mó en það eru
samanpressaðar jurtaleifar. Í dag er einnig unnin orka úr vatnsföllum og henni
breytt í raforku, flutt langar leiðir með háspennulínum og notuð til að lýsa upp
húsnæði og knýja hin ýmsu raftæki. Hér á landi er mestur hluti raforkunnar
notaður í orkufrekum iðnaði svo sem til að breyta súráli í ál. Orka skiptir svona
miklu máli í mannlegu samfélagi vegna þess að allt sem gert er krefst orku. Jafnvel
það að hugsa krefst orku en heilinn notar álíka mikla orku og dæmigerð ljósapera.
2.2
Farið yfir venjulegan dag
í huganum og veltið því
fyrir ykkur hvað af því sem
þið gerið krefst lítillar eða
engrar orku.
umræðuefni
Orka og mismunandi orkuform
Af upptalningunni hér að framan sést að orka getur birst í mjög ólíkum
formum við mismunandi aðstæður. Maður getur raunar velt fyrir sér af hverju
það er skynsamlegt að nota hugtakið orka í tengslum við allar þessar ólíku
aðstæður. Ástæðan fyrir því er sú að hægt er að breyta formi orkunnar og að
orka á einu formi getur oft komið í stað orku á einhverju öðru formi. Við
skulum skoða nokkur dæmi. Fyrst skulum við hugsa um kerti sem kveikt er á.
Við vitum að kertið minnkar en í staðinn kemur ljós, hiti og ýmsar lofttegundir
sem ekki sjást. Í ljósinu frá kertinu er orka og enn meiri orka í hitanum en hana
köllum við varmaorku. Þessi orka kemur úr efnaorku í kertinu en hún minnkar
við brunann. Annað dæmi um umbreytingu orku er að nota má raforku til að
framleiða vetni úr vatni. Vetni má síðan nota sem eldsneyti á bíla. Þriðja dæmið
snýst um það hvernig orka sem er í heitu vatni getur að vissu marki komið í
staðinn fyrir orkuna sem við fáum úr mat. Sú orka fer að stórum hluta í að
halda líkamanum heitum. Þess vegna þarf fólk í mjög köldu umhverfi að borða
meiri og orkuríkari mat en það fólk sem dvelst í hlýrra umhverfi.
Mismunandi orkuform
Orka hlutar getur tekið á sig mörg mismunandi form og nú skulum við skoða
þessi form.
Hreyfiorka: Hlutur sem hreyfist hefur í sér orku vegna
hreyfingarinnar. Dæmi um þetta er að hamar sem lendir á nagla.
Hann hefur orku til að ýta naglanum inn í spýtuna vegna þess að
hamarinn var á hreyfingu þegar hann lenti á naglanum. Hreyfiorka
hlutar er því meiri sem hraði og massi hlutarins er meiri. Það er til
formúla til að reikna hreyfiorku hlutar; hún er svona: Ehr = ½ m∙v2.
Hér táknar m massa hlutarins og v hraða hans.
Varmaorka: Hlutir hafa í sér varmaorku og hún er því
meiri sem hitastig hlutarins er hærra. Dæmi um varmaorku
er orkan sem kemur frá heitum ofni. Varmaorka er í raun
hreyfiorka sameindanna sem hluturinn er samsettur úr.