ELEVBO G/
WEB
Jens Hviid Peter Norrild Martin Krabbe Sillasen
FYSIK/KEMI
9
Energi nu og i fremtiden Kapitel 1 – Energiforsyningen i Danmark · 7 Kapitel 2 – Vedvarende energi · 23 Kapitel 3 – Energi, miljø og klima · 37
TEMA 2
Stråling og radioaktivitet Kapitel 4 – Solen som kraftværk · 49 Kapitel 5 – Stråling og isotoper · 59 Kapitel 6 – Stråling og sundhed · 67 Kapitel 7 – Atomkraft · 75
TEMA 3
Født til plast Kapitel 8 – Plast kemisk set · 89 Kapitel 9 – Plast i dagligdagen · 97
TEMA 4
Alkohol Kapitel 10 – Alkohol – kemisk set · 107 Kapitel 11 – Alkohol som nydelses- og rusmiddel · 115
TEMA 5
En renere fremtid Kapitel 12 – Vand som ressource · 123 Kapitel 13 – Affald og genbrug · 133
TEMA 6
Din egen energibalance Kapitel 14 – Mad og energi · 143 Kapitel 15 – Sund livsstil · 155 12 vigtige regler · 164 Grundstoffernes Periodesystem · 166 Stikord · 168 Billedfortegnelse/fotos · 170
INDHOLD
TEMA 1
TEMA 1 TEMA 2 TEMA 3 TEMA 4 TEMA 5 TEMA 6 4
■
Hvordan laver man strøm?
■
Hvor kommer fjernvarmen fra?
■
Hvad gør vi, når gas og olie slipper op?
■
Hvad er vedvarende energi?
■
Kan vedvarende energi dække vores energibehov?
■
Hvad gør I hjemme for at spare på energien?
Energi nu og i fremtiden Danskerne er et af de folk, som bruger mest energi pr. indbygger i hele verden. Hidtil har vi mest skaffet os energi til strøm, varme og transport ved afbrænding af de fossile brændsler, kul, olie og naturgas. Kuldioxid herfra truer nu Jordens klima. Måske kan vi blive det land i Verden, der går forrest i forsøget på begrænse brugen af fossile brændsler. Regeringen og Folketinget har i hvert fald en målsætning herom. Omstillingen af samfundet til vedvarende energi kræver ikke bare, at ganske almindelige mennesker forstår nødvendigheden og indretter sig lidt anderledes. Den betyder også, at danske teknikere og ingeniører skal være blandt de dygtigste og mest kreative til at finde smarte løsninger på, hvordan vi bedst og mest effektivt udnytter den vedvarende energi. I et land, der er fattigt på råstoffer, er viden om energiteknologi en meget vigtig eksportvare.
5
ENERGI NU OG I FREMTIDEN
6
Rundt i Danm ark ligg for en er man betyde ge stor lig del e kraft af sam va fundet s el- og rmeværker, d er varmep roduktio står n.
Vores moderne samfund er indtil videre helt afhængigt af de store kraftværker, der både laver strøm og varme. Strøm bruger vi alle sammen, og varme i form af fjernvarme er blevet almindelig til opvarmning af husene i de fleste større byer. By og land præges på godt og ondt af større og mindre kraftværker med enorme skorstene og af store master med højspændingsledninger, der sender elektriciteten på langfart.
KAPITEL
Energiforsyningen i Danmark
1
I DETTE KAPITEL SKAL DU LÆRE MERE OM
Besøg på kraftværket Fjernvarme Kraftværket laver vekselstrøm Fra kraftværk til forbruger Elforbrug i hjemmet Ensretning af vekselstrøm
h
Hvordan fremstilles en stor del af samfundets el- og varmeenergi? Hvordan transporteres energien ud til forbrugerne?
7
Besøg på kraftværket
ENERGI NU OG I FREMTIDEN
Kraftværker laver i dag både elkraft og fjernvarme. Derfor kalder vi dem også for kraftvarmeværker. På afstand af kraftværket lægger man mest mærke til de store skorstene, der rager i vejret. Kraftværkernes brændsel er enten kul eller naturgas, der afbrændes i store siloer, som kaldes kedler. Forbrændingsprodukterne herfra ledes ud gennem en eller flere skorstene. Forbrændingen afgiver store mængder af kuldioxid. Denne luftart indgår i naturens kredsløb, men de store mængder gør, at atmosfærens indhold af kuldioxid stiger. Kuldioxid er en drivhusgas, som gør Jordens klima varmere. Naturgas er et rent brændsel, men den høje temperatur ved forbrændingen bevirker, at luftens nitrogen og oxygen reagerer med hinanden og danner gassen nitrogenoxid (NO). Kul er et mindre rent brændsel, som også efterlader andre skadelige stoffer som aske og gassen svovldioxid (SO2). En effektiv rensning af røgen ved de kulfyrede kraftværker gør dog, at de danske kraftværker er blandt de mindst forurenende i verden.
Skærbækværket Kraftværket i Skærbæk mellem Kolding og Fredericia fyrer ikke med kul. Det bruger i stedet naturgas som brændsel. Gassen kommer fra gasfelterne i Nordsøen og bliver ført til kraftværket gennem et stort stålrør. Der forbruges op til 76.800 m3 gas pr. time. Det svarer til rumfanget af 8-10 store idrætshaller. I røret er gassen under et højt tryk. Det gør, at den ikke fylder så meget under transporten.
8
KAPITEL 1
Skærbækværket ligger mellem Kolding og Fredericia ved Kolding Fjord. Det er ét af de store gasfyrede kraftvarmeværker med en el-produktion på max. 392 MW og en varmeproduktion på 441 MJ/s.
ENERGIFORSYNING I DANMARK
Enheder for tryk Ved Jordens overflade er luftens tryk 1 atm (atmosfære). I de store nedgravede gasrør af stål, der transporterer naturgas hen over landet, er gastrykket 80 atm, altså 80 gange så højt. Når 1 liter naturgas
ved trykket 80 atm kommer ud af røret ved 1 atm, vil gassen komme til at fylde 80 liter, altså 80 gange så meget.
Gasfyret kraftværk
Skorsten
3. I rørene opvarmes vand til damp med højt tryk og temperatur
4. I dampturbinen bliver dampens energi 5. til bevægelse I generatoren bliver bevægelsen til vekselstrøm
Transformer Letolie Luft
KEDEL Jord
Brænder Fødevandspumpe
Naturgas
1. Trykket nedsættes fra 80 til 4 atm.
2. Naturgas blandes med luft og brændes af i kedlen
6. Varmeveksler, som opvarmer fjernvarmevand
Kølevand 7. Kondensator, hvor dampen nedkøles med havvand og fortættes til vand
8. Isoleret vandtank, hvor overskydende varmeenergi gemmes
Denne forenklede tegning af kraftværket viser de processer, der sker, når der produceres el- og varmeenergi.
Kedlen Gassen pumpes ud gennem dyser inde i kedlen sammen med luft. Herved opstår nogle flere meter lange flammer. Kedlen er en slags høj, kasseformet tank, hvor hele indersiden er beklædt med tykke metalrør. I rørene løber der vand, som omdannes til damp pga. varmen. Da dampen er spærret inde, bliver både tryk og temperatur enormt høje. Damptrykket ligger på ca. 290 atm, og damptemperaturen er på 580 °C.
ENERGIFORSYNING I DANMARK
KAPITEL 1
9
Turbinen
ENERGI NU OG I FREMTIDEN
Dampturbinen er pakket ind i et metalhus og tyk isolering. Vanddampen, der sendes ud fra kedlen med høj temperatur og meget højt tryk, ledes via nogle tykke rør til turbinen. Her rammer dampen ind i turbinebladene. De ligner små tætsiddende vinger og sidder på en aksel. Dampen får turbinen til at rotere med en fart på 3.000 omdrejninger pr. minut. Når dampen afkøles og mister energi, sendes den retur til kedlen for at blive varmet op igen. I turbinens forskellige dele falder dampens tryk fra 290 til 20 atm. Model af dampturbine i fysiklaboratoriet
Damp med højt tryk
Stillestående ledeskovle
Turbine
Turbineblade “løberen”
Damp med højt tryk får akslen med turbinebladene til at rotere hurtig
Damp med lavere tryk
10
KAPITEL 1
ENERGIFORSYNING I DANMARK
Generatoren Generatoren omdanner bevægelsesenergien fra turbinen til elektrisk energi. Det er den samme aksel, der går gennem både turbine og generator. El-produktionen på et stort kraftværk er på ca. 400 MW. Dette svarer til produktionen fra 100 af de største vindmøller på 150 m højde.
Højspændingsnettet Vekselspændingen fra generatoren er på 19.000 V, men inden den sendes ud på højspændingsnettet, skal den transformeres op (dvs. omformes) til 400.000 V. Det sker på en transformator, der står ved siden af generatorbygningen. Elektriciteten sendes nu videre gennem kablerne i højspændingsmasterne, som kan kaldes ”elektricitetens motorvej”.
j
ENERGIFORSYNING I DANMARK
1.1 Kraftvarmeværket
KAPITEL 1
11
ENERGI NU OG I FREMTIDEN
Fjernvarme Når den varme damp kommer ud af kraftværkets turbine, udnyttes restvarmen i dampen til fjernvarme. Hvis naturgassen kun blev anvendt til at lave el-energi, ville man udnytte mindre end halvdelen af energien i brændslet. Derfor laver alle kraftværker i dag også fjernvarme. El-produktionen varierer meget i løbet af en dag, da det skal følge forbruget af el helt præcis. El-energi kan ikke gemmes, men skal fremstilles præcis samtidig med forbruget. Varmebehovet derimod er mere konstant. Om natten, når elforbruget er lavt, skal vore huse stadig opvarmes. For at udligne denne forskel i forbruget af el og varme hen over døgnet er der ved kraftværket bygget en kæmpestor isoleret varmetank, der rummer 25.000 m3 varmt vand. Den kaldes en akkumulatortank, da den opbevarer (akkumulerer) det varme vand ved en temperatur på op til 120 °C. Vandet i tanken har en varmemængde, der svarer til, hvad værkets fjernvarmekunder bruger på 8 timer en kold vinterdag.
Kombineret el- og varme produktion
Ren el-produktion
45 % el-energi
100 % energi i gas
Tabet er på 8 %
Høj nyttevirkning = lavt energitab.
KAPITEL 1
Tabet er på 51,5 %
Lav nyttevirkning = stort energitab.
Tank der kan gemme store mængder af varmt vand.
Varmen fra dampen overføres til fjernvarmenettet i en såkaldt varmeveksler. Her løber rør med den varme damp gennem en tank med vand fra fjernvarmenettet, som herved varmes op. Fjernvarmevandet sendes ud til forbrugerne gennem tykke varmeisolerede rør. Vandet pumpes gennem rørene, og når det efter et par timer undervejs kommer frem til fx Vejle, 30 km væk, har det kun tabt 2 grader i temperatur.
12
48,5 % el-energi
47 % Varme-energi
Varmeveksler på kraftværket
Når man får varme i huset, kommer den ofte fra et kraftvarmeværk.
100 % energi i gas
Fjernvarmenettet fra Skærbækværket går ud til byerne i området, blandt andet Kolding, Fredericia, Middelfart og Vejle.
Vejle
Brejning Børkop
Fredericia Taulov Erritsø Bramdrupdam Skærbæk Middelfart Kolding ENERGIFORSYNING I DANMARK
Varmebehovet i løbet af året er meget forskelligt. Derfor vil de store kraftvarmeværker ofte være standset i sommerperioden, hvis el-energi og varme kan leveres fra andre energikilder, fx vindmøller og affaldsforbrænding.
Typisk fordeling af varmeforbrug over året. 16 % 14 % 12 % 10 % 8%
j
6% 1.2 Forsøg med varmeveksler 1.3 Forsøg med isolering
Kraftværket laver vekselstrøm I 7. klasse lærte du, hvordan strømmen i et elektrisk kredsløb med et batteri løber fra pluspolen til minuspolen. I et kredsløb, der er tilsluttet en strømkilde med vekselspænding, skifter strømmen hele tiden retning.
+
_
_ +
+ _
4% 2% 0%
jan feb mar apr maj jun
jul aug sep okt nov dec
Induktion Hvis man forbinder en spole med et meget følsomt amperemeter (et milliamperemeter) og fører en stangmagnet ned i spolen, kan man samtidig måle et lille strømstød. Når magneten trækkes op, kommer der et lille strømstød igen. Derimod opstår der ingen strøm, så længe magne-
ten står stille nede i spolen. Fænomenet kaldes induktion. Strømmen har forskellig retning i kredsløbet alt efter, om man nærmer magneten til spolen, eller man fjerner den. Det er kun, når magnetfeltet ændres, at der opstår en strøm i spolen.
Induktionsforsøg i laboratoriet. ENERGIFORSYNING I DANMARK
KAPITEL 1
13
ENERGI NU OG I FREMTIDEN
Vekselstrømsgeneratoren I vekselstrømsgeneratoren skaber man induktion med en roterende magnet i stedet for med en stangmagnet, der føres ind og ud af en spole. Det gør, at man på kraftværket kan føre den roterende aksel fra dampturbinen direkte ind i elgeneratoren. I vekselstrømsgeneratoren er magneten rund, men den har på samme måde som stangmagneten både en nord- og en sydpol. Magneten kan drejes med hånden eller ved hjælp af en lille motor, der får den til at dreje med konstant fart. Man kan nu måle på den spænding, som den lille model af vekselstrømsgeneratoren leverer. Ved at ændre på forhold som hastighed, antal vindinger på spolen (vindingstallet) og magnetens styrke kan man studere, hvilke virkninger ændringerne får. FASELEDNING
En lille håndgenerator kan vise, hvordan el-energien fremstilles.
Stålkappe
Jernkerne
Med denne opstilling vises vekselstrømsgeneratoren. FASELEDNING
NUL-LEDNING
Rotor (elektromagnet)
Vekselspændingskurven Ved at tilslutte en datalogger til vekselstrømsgeneratoren kan man få et ”billede” af vekselspændingen, og det viser et kurveformet mønster.
Vekselspændingskurven giver oplysninger om den inducerede vekselspænding.
+ – FASELEDNING
Slæberinge, som sætter rotorens bevikling i konstant forbindelse med + og – pol
Vekselsstrømsgenerator. Den kraf kraftige elektromagnet skaber vekselspænding, når den roterer mellem spolerne.
j 14
KAPITEL 1
1.4 Induktion 1.5 Vekselstrømsgeneratoren
ENERGIFORSYNING I DANMARK
Vigtige begreber ved vekselstrøm ■ Periode: svarer til én rotation af magneten. Dette giver to strømstød – ét til hver side. Grafen viser nøjagtig én periode.
0,5 0
0
30
60
90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
– 0,5 –1
■ Amplitude: Højden på vekselspændingskurven og dermed et udtryk for spændingens størrelse.
j
1
spænding (Volt)
■ Frekvens: Antal perioder pr. sekund. Frekvensen måles i hertz (Hz). Hvis magneten roterer 50 gange pr. sekund, er frekvensen 50 Hz.
Vekselspændingskurve
1,5
–1,5
magnet-rotation (grader)
1.6 Vekselspændingskurven
Michael Faraday opdager induktionen Den danske fysiker H.C. Ørsted opdagede i 1820, at der omkring en strømførende ledning dannes et magnetfelt, som kan påvirke en magnetnål. H.C. Ørsted opdagede med andre ord elektromagnetismen. Michael Faraday var ikke som Ørsted uddannet videnskabsmand. Faraday kom fra en helt almindelig familie og fik kun en kortvarig skolegang, før han kom i bogbinderlære som 14-årig. Mange af de bøger, han skulle indbinde, handlede om naturvidenskab. Dem læste han efter arbejdet. Hans store viden fra bøgerne gjorde det muligt for ham som ret ung at starte en videnskabelig karriere. Han blev bl.a. assistent for den berømte kemiker sir Humphrey Davy i London. Da han i et tidsskrift læste om H.C. Ørsteds opdagelse af elektromagnetismen, eksperimenterede han videre med sammenhængen mellem strøm og magnetisme. Det førte til, at han i 1831 opdagede, hvordan man ved at bevæge en magnet op og ned i en spole kan skabe en strøm.
Michael Faraday (1791-1867) var uddannet bogbinder, men blev en fremragende videnskabsmand. Han opdagede induktionen.
Faraday var en dygtig lærer og til jul holdt han nogle meget populære juleforedag med eksperimenter. Disse ”Christmas Lectures” afholdes stadig i The Royal Institution af dygtige forskere og transmitteres i britisk tv.
ENERGIFORSYNING I DANMARK
KAPITEL 1
15
ENERGI NU OG I FREMTIDEN
Fra kraftværk til forbruger Elektriciteten fra kraftværket skal sendes ud til forbrugerne. Det sker gennem et vidt forgrenet net af højspændingsledninger. Tidligere var næsten alle højspændingsledninger ophængt i master, men i dag er en stor del af dem gravet ned. Nedgravede kabler kan ikke blæse ned i stormvejr eller rives i stykker af knækkede træer. Nogle gange vælger man også at nedgrave kabler for ikke at ødelægge et naturskønt område med master.
Højspændingsledninger i landskabet.
Hvorfor store master? Elektriciteten sendes ud fra kraftværket med en meget høj spænding på 400.000 volt. Hvis ledningerne kommer for tæt på jord eller træer, vil der med denne spænding kunne dannes meterlange, livsfarlige gnister. Derfor er ledningerne ophængt i høje master og fastgjort til kraftige isolatorer af glas eller porcelæn.
Nærbillede af isolator på højspændingsmast.
16
KAPITEL 1
ENERGIFORSYNING I DANMARK
Hvorfor højspænding? Når man bruger en støvsuger, en brødrister eller andre el-artikler, der bruger meget strøm, kan man mærke, at strømmen gør ledningen varm. Det betyder, at noget af energien går tabt som varme i ledningen. Energitabet i ledningen afhænger ikke bare af den elektriske modstand i ledningen, men i endnu højere grad af strømmens styrke. Høje strømstyrker gør nemlig, at ledningerne varmes op.
Her nedsættes en højspænding fra 60 kV til 10 kV.
Transformatoren Nogle steder i landskabet kan man se en indhegning, hvor der går højspændingsledninger ind til nogle store elektriske installationer. Det er en transformatorstation. Her nedsættes højspændingen til en lavere spænding. En sådan transformation sker flere gange på forskellige transformatorstationer, så spændingen til sidst sættes ned til 230 V i en mindre transformatorstation tæt på forbrugeren.
I dette lille hus nedsættes spændingen fra 10 kV til 230 V. Strømmen føres i kabler både til og fra transformatoren.
Højspænding. I fysiklokalet kan man vise, hvordan højspænding kan lave gnister.
Transformation Når man skal transportere store mængder el-energi over lange af afstande, må man transformere (dvs. omforme) strømmen, så strømstyrken i ledningen bliver så lille som muligt. Det er for at undgå energispild i form af varmetab i ledningerne. Omformningen af strømmen sker i en transformator, der hæver spændingen og samtidig nedsætter strømstyrken.
132-400 kV ledninger Kraftværk
50-60 kV ledninger Transformator Transformator
Transformator
10 kV kabler Transformator
230V / 400 V
230V / 400 V
Fordelerboks
230V / 400 V 230V / 400 V
Fordelingen af elektricitet sker i et forgrenet net af ledninger og kabler, hvor spændingen gradvist sættes ned.
ENERGIFORSYNING I DANMARK
KAPITEL 1
17
ENERGI NU OG I FREMTIDEN
Transformatorens funktion En transformator udnytter induktions-princippet. Den består af to spoler, der sidder på en lukket jernkerne. Spolen, der tilsluttes en vekselspændingskilde, kaldes for primærspolen. Den anden spole kaldes for sekundærspolen. Det er herfra, man aftager spændingen. Når der sættes vekselspænding til primærspolen, opstår et skiftende magnetfelt i jernkernen. Det inducerer en vekselspænding i sekundærspolen.
P
S
Primær spole
Us
Jernkerne
■ Spænding på primærsiden
= Up ■ Spænding på sekundærsiden
= Us ■ Vindingstal på primærspolen
=P ■ Vindingstal på sekundærspolen
=S Når man laver forsøg med transformatoren, opdager man, at der er en simpel matematisk sammenhæng mellem spolernes vindingstal og spændingerne på primær- og sekundærsiden.
P = Up S Us Hvis man vil forstå mere af baggrunden for transformation og varmeudvikling i kabler, må man arbejde videre med begrebet elektrisk effekt.
KAPITEL 1
Når pæren tilsluttes 6 V spænding, går der 1 ampere gennem den. Pærens effekt er derfor 6V·1A=6W
Sekundær spole
Transformation:
18
Effekt er mængden af energi, der transporteres eller omdannes pr. sekund. Effekt betegnes med bogstavet P og måles i watt (W). På alle elektriske apparater er der et mærke, der viser apparatets el-effekt i watt, dvs. den mængde energi, det forbruger pr. sekund. Elektrisk effekt afhænger både af strømkildens spænding og af strømstyrken gennem det elektriske apparat. Spændingen angives med symbolet U og måles i volt (V). Strømstyrken angives med symbolet I og måles i ampere (A).
600
1200
Up
Elektrisk effekt
Effektligningen: P El-effekt (W)
=
U Spænding (V)
·
I strøm (A)
Ligningen fortæller, sagt med almindelige ord, at skal man transportere en bestemt mængde energi pr. sekund (P), kan det gøres med forskellige kombinationer af U og I. Ligningen skal bare passe. Hvis spændingen (U) fx er meget stor, kan strømmen (I) være tilsvarende mindre. I en højspændingsledning, hvor spændingen er enormt stor, kan man derfor transportere en stor mængde energi pr. sekund med en ret lille strømstyrke.
Elektrisk modstand og Ohms lov Et andet begreb, som er vigtigt, når vi ser på elektriske kredsløb, er modstanden. Den betegnes med bogstavet R. Modstanden i et kredsløb er sammen med spændingen med til at regulere, hvor stærk strømmen bliver. For et elektrisk kredsløb, hvor spændingen er konstant, gælder: Hvis modstanden er stor, bliver strømmen lille. Hvis modstanden omvendt er lille, bliver strømmen stor. Denne sammenhæng mellem modstand og strøm blev opdaget af en tysk fysiker, G.S. Ohm i 1827, og kaldes derfor Ohms lov. Enheden for elektrisk modstand hedder ohm og er opkaldt efter denne fysiker. Ofte bruger man det græske bogstav omega (Ω) som betegnelse for modstand.
ENERGIFORSYNING I DANMARK
Transformatorligningen
Ohms lov: Spænding (V) = U =
Hvis man beregner effekten på hver side af transformatoren, vil den i teorien være ens. Denne regel kan opstilles som en ligning:
Modstand (Ω ) · Strøm (A) R · I
Hvis man kender to af disse tre størrelser i Ohms lov, kan man altid beregne den tredje.Ohms lov kan også vises sådan:
= Us · Is Up · Ip primærsiden sekundærsiden
Spænding U (volt)
Up = primærspænding Us = sekundærspænding
Strømstyrke I (ampere)
Modstand R (ohm)
Ip = primærstrøm Is = sekundærstrøm
Du kan beregne én af størrelserne i Ohm’s lov ved at holde over den og bruge værdierne for de to andre i udregningen. Man kan nu om-
I praksis vil effekten være lidt større på primærsiden på grund af et lille energitab i transformatoren i form af varme. Varmen kan du fx mærke på transformeren til din PC eller mobiltelefon under opladning. Transformeren nedsætter jo de 230 V fra el-nettet til en lavere spænding.
skrive effektligningen, hvis man erstatter spændingen U med R · I. Elektrisk effekt: P = U · I = (R · I) · I = R · I2 Omskrivningen viser, at den elektriske effekt (P) er lig med modstanden (R) gange med kvadratet på strømstyrken (I2).
1.7 Transformatorens spænding 1.8 Effekttab i ledninger
Tomgang og belastning af en transformator Hvis man måler strømmen gennem primærspolen ved hjælp af et amperemeter, ser man, at der går en svag strøm, selv om der ikke aftages el-energi fra sekundærspolen. Det kaldes transformatorens tomgangs-
strøm. Primærspolen skal nemlig hele tiden bruge lidt strøm for at danne magnetfelt i jernkernen. Når der tilsluttes én eller flere pærer på sekundærsiden, stiger strømmen gennem primærspolen. Man siger så, at transformatoren bliver belastet.
Ubelastet (tomgang) Ubelastet (tomgang)
1200
1200
1A ˜1A ˜
0,5
1
0
0,5
1
1
ENERGIFORSYNING I DANMARK
0
0,5
1
0
600
600
600
600
1A ˜1A ˜ 0
1.9 Transformation
2 2 02V2 0 V
1200
2 2 02V2 0 V
0,5
j
Belastet el-pære Belastet medmed el-pære
1200
j
KAPITEL 1
19
ENERGI NU OG I FREMTIDEN
El-forbrug i hjemmet Vi tænder og slukker et utal af elektriske apparater hver dag uden at tænke ret meget på, hvor meget elenergi apparaterne forbruger. I apparaterne omdannes elenergien til forskellige andre former for energi.
Omsætning af el-energi
El-forbruget afhænger af to faktorer: ■ den effekt, P, som el-apparatet bruger. Effekten måles i watt (W) ■ den tid, t, som el-apparatet benyttes. Tiden måles i sekunder (s) eller i timer (h). Det elektriske energiforbrug kan derfor beregnes med formlen: E=P·t
Lys
Bevægelse
Elenergi
Varme
j
1.10 Energiomsætning i hjemmet 1.11 Elektrisk energi
Enheden for E bliver da watt · sekunder = Ws (wattsekunder), som er det samme som energienheden Joule (J). Når der er tale om el-forbrug i huset, måles tiden altid i timer (h), og energienheden bliver da Wh (watttime). Dette giver ofte meget store tal. Derfor omregner man altid til kWh (kilowatt-timer), hvor 1 kWh = 1.000 Wh.
Enheder for elektrisk energi ■ El-energi måles i wattsekunder (Ws). 1 Ws = 1 J ■ El-energi måles også i kilowatt-timer (kWh). 1 kWh = 3.600.000 J
Energifrås eller hvad? Når man bruger el, skal man gøre det med omtanke. Hver gang man tænder for et elektrisk apparat, skal el-værket eller vindmøllerne jo producere den strøm, der bruges. Hvis man kun har de apparater tændt, der er behov for, og man sørger for at bruge el-apparater med en lille effekt, kan man spare meget energi. Nogle af de pærer, vi bruger i lamper, laver rigtig meget varme sammen med lyset. De udnytter altså ikke el-energien særlig godt til deres egentlige formål – at lyse. Andre pærer (energisparepærer) bliver kun svagt varme. De udnytter derfor el-energien betydeligt bedre.
20
KAPITEL 1
j
1.12 El-pærer – lys og energiforbrug 1.13 Opvarmning af vand – nyttevirkning 1.14 Mål dit el-forbrug
ENERGIFORSYNING I DANMARK
Energimærkning Vi skal bruge el-energi med omtanke. Her betyder det meget, hvilken energimærkning, el-apparatet har. EU har vedtaget en lov i 2011, så forbrugerne let kan se, hvor godt el-apparater udnytter energien.
Moderne, godt isoleret dybfryser.
Ensretning af vekselstrøm
El-apparater som fx el-pærer, køleskabe, vaskemaskiner skal være forsynet med et energimærke, så man kan se, hvor effektive apparaterne er.
Energimærke A er bedst. Hvis apparatet er forsynet med energimærke D, E, F eller G, udnytter det el-energien mindre godt. Det vil normalt lade for meget af el-energien gå til spilde som varme til omgivelserne. Apparater som frysere og køleskabe står for en stor procentdel af el-forbruget. Hvis man køber dem med energimærke A, er de godt isolerede og bruger betydeligt mindre energi end ældre og dårligt isolerede hårde hvidevarer. I dag har man tilføjet energimærke A+, A++ og A+++, som er endnu bedre end energimærke A.
Nogle elektriske apparater fungerer både med jævnstrøm og med vekselstrøm, mens andre el-apparater kun kan fungere med jævnstrøm. Det gælder fx computere og mobiltelefoner. Til disse apparater hører altid en ladeenhed, der både er i stand til at transformere spændingen ned og til at ensrette strømmen til jævnstrøm. De fleste af vores elektroniske apparater bruger jævnstrøm med lav spænding.
j
1.16 Ensretning 1.17 Tip 10
Det vigtige i kapitel 1 er at: ■ kunne beskrive, hvordan et kraftværk fungerer ■ vide, hvordan både el og varme sendes ud til forbrugerne fra et kraftværk ■ kunne beskrive og forklare induktion med et simpelt forsøg ■ kende til vekselstrøm og transformation heraf i en transformator og bruge transformatorligningen ■ kunne forklare, hvorfor man bruger højspænding til transport af el-energi
j
over store afstande
1.15 Energispareråd på skolen
■ kende til effekt og energi og sammenhængen mellem de to begreber ■ kende til energimærkning af el-apparater ■ kunne foreslå måder, hvorpå el-forbruget kan begrænses.
ENERGIFORSYNING I DANMARK
KAPITEL 1
21