9 Energia

energia

energian säilymislaki

joule

sidottu energia

vapaa energia

Energia

Energia voi muuntua toiseen lajiin tai siirtyä, mutta energian kokonaismäärä pysyy muuttumattomana.

Energia on kaikilla fysiikan aloilla esiintyvä suure.

Tunnus E (energy), yksikkö J (joule)

Erilaisissa ilmiöissä energiaa siirtyy ja muuntuu lajista toiseen.

Energian säilymislaki

Esimerkki Suuruus
Täyden koululaukun nostoon lattialta pöydälle vaadittava energia 1 J
Täyden koululaukun nostoon lattialta pöydälle vaadittava energia 50 J
Lenkillä olevan henkilön liikkeeseen sitoutunut energia 1 kJ
Täyteen kännykän akkuun sitoutunut energia 50 kJ
Suklaapatukan energiasisältö 1 MJ
Täyteen lastatun rekka-auton liike-energia maantieajossa 10 MJ
Suuren ydinreaktorin tuottama sähköenergia sekunnissa1 GJ

Tärkeimpiä energialajeja

Liike-energia

Potentiaalienergia

Kemiallinen energia

Ydinenergia

Lämpöenergia

Säteilyenergia

Liikkuvissa kappaleissa

Kappaleen asemaan liittyvä energialaji.

Varastoituneena kemiallisiin sidoksiin.

Varastoituneena atomiytimiin.

Aineen rakenneosasten liike-energiaa

Valo, lämpösäteily, radioaallot, ....

Missä esiintyy?

Huomattavaa

Esim. painon potentiaalienergia.

Vapautuu esim. polttamalla.

Vapautuu ydinreaktioissa.

Lämpöenergian kasvu näkyy
lämpötilan nousuna.

Siirtää energiaa, ei tarvitse väliainetta.

Vapaa energia: esimerkiksi liike-, lämpö ja säteilyenergia

Sidottu energia: esimerkiksi potentiaali-, kemiallinen ja ydinenergia.

Esimerkki

Kevätaurinko paistaa talon katolle, jossa on lunta. Räystäältä tippuu vettä.

Analysoi tilanteessa esiintyviä energiamuotoja ja niiden muuntumista.

Ratkaisu:

  • Auringon ydinenergia muuntuu säteilyenergiaksi, joka muuntuu lumen lämpöenergiaksi.
  • Veden potentiaalienergia muuntuu veden liike-energiaksi.

1. Lumi lämpenee ja sulaa vedeksi.

2. Sulanut vesi valuu katolta alas.

Ohjeita

  • Käsitteet
  • Vastaa tiiviisti
  • Syy-seuraussuhteet
  • Miksi? 

Polttoaineen lämpöarvo \( H \) ilmaisee täydellisessä palamisessa vapautuvan energian massayksikköä kohden.

\[ E=Hm\]

Lämpöarvo

Lämpöarvon yksikkö on esimerkiksi MJ/kg.

Esimerkki 1: Takka

Poltat kuivaa puuta 11 kg takassa.

Kuinka paljon polttoprosessissa vapautuu energiaa?

Taulukkokirjasta löydetään, että puun lämpöarvo on noin 12 MJ/kg (riippuu kuivuudesta ja lajikkeesta).

Lasketaan kuinka paljon energiaa vapautuu:

E=H\cdot m
=12 \dfrac{\text{ MJ}}{\text{kg}} \cdot 11 \text{ kg}=132 \text{ MJ} \approx 130 \text{ MJ}

Ratkaisu:

Yhteenveto

  • Energia on suure, jonka tunnus on \( E\)  ja yksikkö joule (J).
  • Energia voi siirtyä ja muuntua lajista toiseen, mutta energian kokonaismäärä säilyy.
  • Energialajeja ovat esimerkiksi liike-, potentiaali-, kemiallinen, ydin-, lämpö- ja säteilyenergia.
  • Polttoaineen lämpöarvo \(H \) kertoo massayksikköä kohti vapautuvan energian: \( E=Hm\)