© CAPPELEN DAMM AS, Oslo 2011 Materialet i denne publikasjonen er omfattet av åndsverklovens bestemmelser. Uten særskilt avtale med Cappelen Damm AS er enhver eksemplarfremstilling og tilgjengeliggjøring bare tillatt i den utstrekning det er hjemlet i lov eller tillatt gjennom avtale med Kopinor, interesseorgan for rettighetshavere til åndsverk. Utnyttelse i strid med lov eller avtale kan medføre erstatningsansvar og inndragning, og kan straffes med bøter eller fengsel. Omslagsdesign: Kristine Steen/07-gruppen Omslagsfoto: GV-Press/Emilio Ereza, Colourbox.no Grafisk formgiving: Kristine Steen/07-gruppen Hovedillustratør: Bjørn Norheim Frihåndstegninger: Øivind Sang Hansen Bilderedaktør: Eva Irgens Forlagsredaktør: Eva Irgens Trykk og innbinding: Livonia Print Sia, Latvia 2011 Boken er satt i Berling 11 punkt og trykt på 100 g G-print.
ISBN 978-82-02-34943-1 3. utgave 1. opplag 2011
www.kosmos.cappelendamm.no www.cappelendamm.no
2
Forord Kosmos er det greske ordet for verden. Kosmos betyr orden og skjønnhet, det motsatte av kaos! Vi håper at denne boka skal hjelpe deg til å se at det er orden, system og skjønnhet i naturfag. Læreverket følger læreplanen fra Kunnskapsløftet med endringer gjeldende fra 1. august 2010. Elevene på yrkesfaglige utdanningsprogram skal ha deler av læreplanen fra Vg1, som omfatter følgende hovedområder og kompetansemål: HOVEDOMRÅDER FRA LÆREPLANEN
KAPITTEL
Forskerspiren (kompetansemålene 1 og 3)
Kapittel 1
Bærekraftig utvikling (kompetansemålene 4, 5, 6, 7 og 8) Ernæring og helse (hele hovedområdet) Energi for framtiden (kompetansemålene 1, 2 og 5)
Kapittel 2 og 3 Kapittel 4, 5, 6, 7 Kapittel 8 og 9
Hvert kapittel begynner med en kort oversikt over hva du skal lære. Viktig stoff har vi uthevet med grønne rammer så du raskt skal kjenne det igjen. Avsnitt merket med inneholder Mer om-stoff som er tenkt som en ekstra utfordring for dem som ønsker å gå litt i dybden. Innimellom teksten finner du noen ? . Disse spørsmålene bør du tenke over, for da blir teksten som følger, lettere å forstå. Etter hvert delkapittel er det Hør deg selv-oppgaver. Når du løser disse oppgavene, får du samtidig en repetisjon av hovedtrekkene i det du nettopp har gjennomgått. Etter hvert kapittel er det et sammendrag fra hele kapittelet. Til slutt i hvert kapittel finner du flere oppgaver. Her er det både «vanlige» oppgaver, utfyllingsoppgaver, kople sammen-oppgaver og kjenne igjen ord-oppgaver. Disse oppgavene gir deg en mer grunnleggende forståelse av lærestoffet. Litt vanskeligere oppgaver er merket med . Her finner du også forslag til elevøvinger. Flere oppgaver og forslag til øvinger kan du hente på fagnettstedet www.kosmos.cappelendamm.no.
•
Hilsen forfatterne
3
Innhold FORSKERSPIREN
....................8
Kapittel 1 Forskerspiren . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1 Forskerens arbeidsmetoder . . . . . . . . Å planlegge undersøkelser sammen med andre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Å identifisere variabler . . . . . . . . . . . . Tolking av resultatene . . . . . . . . . . . . . Rapportskriving . . . . . . . . . . . . . . . . . Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Øvinger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ø 1.1 Form og fart . . . . . . . . . . . . . . . Ø 1.2 Hva isolerer best mot varmetap? . . . . . . . . . . . . . . . . . Ø 1.3 Hvilket papirfly går lengst? . . .
4
10 11 11 12 13 14 17 18 20 20 21 21
BÆREKRAFTIG UTVIKLING
. . . . . . . . . . 22
Kapittel 2 Miljø . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1 Vi har et ansvar . . . . . . . . . . . . . . . . . Bærekraftig utvikling . . . . . . . . . . . . . Torsken i Barentshavet . . . . . . . . . . . . 2.2 Føre-var-prinsippet . . . . . . . . . . . . . . . Temperaturen stiger . . . . . . . . . . . . . . 2.3 Energibruk i dag . . . . . . . . . . . . . . . . Fornybare og ikke-fornybare energikilder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Energi i Norge . . . . . . . . . . . . . . . . . . Energi til transport i Norge . . . . . . . . . Energi i verden . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4 Energibruk i framtida . . . . . . . . . . . . . Energibruk i Norge i framtida . . . . . . . Energibruk i verden i framtida . . . . . . Handlingsliste for energiutnytting . . . 2.5 Forbruksvalg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Avfallshåndtering . . . . . . . . . . . . . . . . Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Øvinger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ø 2.1 Bruk og kast . . . . . . . . . . . . . . . Ø 2.2 Dobbeltemballasje . . . . . . . . . . Ø 2.3 Biltrafikk . . . . . . . . . . . . . . . . . Ø 2.4 Avfallssortering . . . . . . . . . . . . . Ø 2.5 Hvor mye er du verdt i dag? . .
24 24 24 24 25 26 27 27 29 30 31 32 32 33 34 35 36 38 39 42 42 42 43 43 43
Kapittel 3 Globale miljøutfordringer og miljøvern . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1 Globale interessekonflikter . . . . . . . . 3.2 Klimaendringer . . . . . . . . . . . . . . . . . Konsekvenser av et varmere klima . . . Klimaendring kan også gi nye muligheter . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Tap av biologisk mangfold . . . . . . . . . Registrering av arter . . . . . . . . . . . . . . Hvorfor er det viktig å hindre at arter blir utryddet? . . . . . . . . . . . . . Regnskogen er vår rikeste naturtype . . 3.4 Global vannkrise . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5 Turistattraksjon eller lokalkultur? . . . Menneskene i regnskogen . . . . . . . . . . Masaiene i Øst-Afrika . . . . . . . . . . . . . Hva skal finnmarksvidda brukes til? . . 3.6 Miljøvern er en internasjonal oppgave FN har et overordnet ansvar . . . . . . . . Mange deltar i arbeidet . . . . . . . . . . . . 3.7 Optimisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Du kan ta ansvar . . . . . . . . . . . . . . . . . Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Øvinger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ø 3.1 Ungdom tar ansvar . . . . . . . . . . Ø 3.2 Arbeidsplasser eller miljø . . . . . Ø 3.3 Hvor kommer frukt og grønnsaker fra? . . . . . . . . . . . . .
ERNÆRING OG HELSE 44 44 44 45 47 48 48 49 49 52 54 54 54 55 57 58 59 60 60 62 63 66 66 66 67
. . . . . . . . . . . . . . 68
Kapittel 4 Næringsstoffer . . . . . . . . . . . . . . 70 4.1 Maten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Næringsstoffer som gir kroppen energi . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71 Næringsstoffer som ikke gir kroppen energi . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Vann . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 4.2 Karbohydrater . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 I fotosyntesen dannes druesukker . . . . 74 Monosakkarider, disakkarider og polysakkarider . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 4.3 Fett . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 Mettet og umettet fett . . . . . . . . . . . . 77 Kolesterol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 4.4 Proteiner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 Aminosyrer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 4.5 Vitaminer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 De vannløselige vitaminene . . . . . . . . 82 De fettløselige vitaminene . . . . . . . . . 83 4.6 Mineraler og sporstoffer . . . . . . . . . . . 84 Kalsium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 Jern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 Natrium og kalium . . . . . . . . . . . . . . . 84 Sporstoffene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 Øvinger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 Ø 4.1 Påvisning av druesukker, fruktsukker, melkesukker eller maltsukker . . . . . . . . . . . . 90 Ø 4.2 Påvisning av stivelse (et karbohydrat) . . . . . . . . . . . . 91 Ø 4.3 Påvisning av fett i matvarer . . . 92 Ø 4.4 Påvisning av proteiner . . . . . . . 93
5
Kapittel 5 Fordøyelsen . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 5.1 Fordøyelsessystemet . . . . . . . . . . . . . . 94 5.2 Nedbryting av næringsstoffer . . . . . . . 96 Munnen – karbohydrater spaltes . . . . . 96 Magesekken – proteiner spaltes . . . . . 97 Tolvfingertarmen – spaltingen av næringsstoffene fortsetter . . . . . . . . . . 98 Siste del av tynntarmen – spaltingen av næringsstoffer fullføres . . . . . . . . . . 99 Tykktarmen og endetarmen – siste del av fordøyelseskanalen . . . . . . 99 5.3 Transport av næringsstoffer . . . . . . . 101 5.4 Næringsstoffer som skaffer energi og bygger celler . . . . . . . . . . . . . . . . 103 Karbohydrater . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 Fett . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 Proteiner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 Øvinger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 Ø 5.1 Virkningen av enzymer . . . . . . 110 Ø 5.2 Spytt spalter stivelse . . . . . . . . 110 Ø 5.3 Kunstig magesaft . . . . . . . . . . 111 Kapittel 6 Helse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1 Hva mener vi med god helse? . . . . . 6.2 Trening og helse . . . . . . . . . . . . . . . . Hvordan skal vi trene? . . . . . . . . . . . 6.3 Helse og ernæring . . . . . . . . . . . . . . Inndeling av matvarer . . . . . . . . . . . . Hva bør vi spise? . . . . . . . . . . . . . . . Vann . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4 Sykdommer knyttet til kroppsvekt . . Slanking og overvekt . . . . . . . . . . . . . Spiseforstyrrelser . . . . . . . . . . . . . . .
6
112 112 113 114 116 116 117 118 119 119 121
6.5 Andre livsstilssykdommer . . . . . . . . Diabetes type 2 . . . . . . . . . . . . . . . . Hjerte- og karsykdommer . . . . . . . . . Røyking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Alkohol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Andre rusmidler . . . . . . . . . . . . . . . . Overdreven soling . . . . . . . . . . . . . . Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Øvinger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ø 6.1 Forbrenning i kroppen . . . . . . Ø 6.2 Energiinnholdet i matvarer . . . Ø 6.3 Måling av puls . . . . . . . . . . . .
123 123 125 125 126 126 127 128 129 133 133 134 135
Kapittel 7 Kosmetikk . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1 Kosmetikkens historie . . . . . . . . . . . 7.2 Innholdet i noen kosmetiske produkter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oppskrift på dagkrem . . . . . . . . . . . Oppskrift på hudlotion . . . . . . . . . . . Oljer og fettstoffer . . . . . . . . . . . . . . Løsningsmidler . . . . . . . . . . . . . . . . . Tykningsmidler . . . . . . . . . . . . . . . . . Emulgatorer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Konserveringsmidler . . . . . . . . . . . . . Lukt og fargestoffer . . . . . . . . . . . . . 7.3 Merking av kosmetikk . . . . . . . . . . . 7.4 Skader av kosmetikk . . . . . . . . . . . . Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Øvinger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ø 7.1 Hudkrem . . . . . . . . . . . . . . . . Ø 7.2 Vi lager en hudlotion . . . . . . . Ø 7.3 Leppepomade . . . . . . . . . . . .
136 136 137 137 138 139 140 140 140 141 142 142 143 145 146 148 148 148 149
ENERGI FOR FRAMTIDEN
. . . . . . . . . 150
Kapittel 8 Solfangere og solceller . . . . . . . 8.1 Sola – vår energikilde . . . . . . . . . . . . 8.2 Solfangere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hvor brukes solfangere? . . . . . . . . . . Slik virker en solfanger . . . . . . . . . . . Bueformede solfangere . . . . . . . . . . . 8.3 Solceller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hvor brukes solceller? . . . . . . . . . . . Slik virker solcellene . . . . . . . . . . . . . 8.4 Andre former for utnyttelse av energien fra sola . . . . . . . . . . . . . Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Øvinger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ø 8.1 Varme fra sola . . . . . . . . . . . . Ø 8.2 Enkel solfanger . . . . . . . . . . . . Ø 8.3 Solcelle . . . . . . . . . . . . . . . . . .
152 152 152 152 154 155 156 156 160 161 163 164 166 166 166 167
Kapittel 9 Oppvarming . . . . . . . . . . . . . . . 9.1 Energikilder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2 Varmepumper . . . . . . . . . . . . . . . . . . Varmepumpe i kjøleskap . . . . . . . . . Varmepumper i hus . . . . . . . . . . . . . Varmefaktor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.3 Hvordan virker en varmepumpe? . . . 9.4 Bioenergi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ved . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ubehandlet avfall fra skogbruket . . . Avfall fra treindustrien . . . . . . . . . . . Biogass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Biodiesel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Energivekster . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sammendrag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Oppgaver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Øvinger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ø 9.1 Fordamping . . . . . . . . . . . . . . Ø 9.2 Varmeveksler . . . . . . . . . . . . .
168 168 169 169 170 172 173 175 175 175 176 176 176 177 178 179 181 181 181
Stikkordregister . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 Læreplan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 Bildeliste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
7
Forskerspiren
8
Oppfinnelser har vi rundt oss, og vi bruker dem daglig, ofte uten å tenke på det. Tenk bare på hvordan det hadde vært hvis ikke hjulet var blitt oppfunnet for omtrent 6000 år siden! Hvordan skulle biler og sykler da ha kommet seg fram? Mobiltelefonen er et resultat av nyere tids forskning og utvikling, og vi er fort blitt avhengige av den. I denne delen skal du lære om hvordan forskere arbeider for å løse problemer. Du skal også lære om den naturvitenskapelige arbeids- og tenkemåten.
Norges første datamaskin Nusse. Datamaskinene har utviklet seg voldsomt siden 1954 både i størrelse og design.
DETTE LÆRER VI OM
• • •
hvordan du skal planlegge og gjennomføre ulike typer undersøkelser sammen med andre hvordan du identifiserer variabler, anslår måleusikkerhet og vurderer feilkilder hvordan du kan forklare og vurdere hva som kan gjøres for å redusere måleusikkerhet og unngå mulige feilkilder i målinger og resultater
9
I dette kapittelet lærer du om • hvordan du skal planlegge og gjennomføre undersøkelser sammen med andre • hvordan du identifiserer variabler • hvordan du skal gjennomføre undersøkelser slik at det blir minst mulig måleusikkerhet og feilkilder • hvordan du kan vurdere hvor gyldige resultatene er
1 Forskerspiren Oppfinnelser ser vi overalt, og de er et resultat av vår nysgjerrighet og våre behov. Verden omkring oss er hele tida i utvikling, og vi må tilpasse oss den. Forskning gir oss ny kunnskap og ny innsikt. Det er nødvendig for at vi skal kunne løse framtidige problemer, også problemer vi i dag ikke kjenner til. Å forske betyr å tenke ut en løsning på et problem eller finne svar på et spørsmål. Løsningen behøver ikke være vanskelig å finne, ofte kan det være noe enkelt slik som ostehøvelen, bindersen, synåla eller hjulet. Forskning kan noen ganger være nødvendig for å hindre at arter dør ut. Fjellreven er et eksempel på det. Fjellreven står i fare for å dø ut som art i Norge. Tidligere ble det jaktet på fjellrev, men arten har vært fredet i mange år. Allikevel fortsetter antallet å synke. Det forskes mye på hva som kan være årsaken til dette – kan det være lite mat eller konkurranse med rødreven, eller kan det være andre årsaker? Verdens Naturfond (WWF), andre organisasjoner, forskning og forvaltning har alle gått sammen for å forsøke å redde fjellreven i Norge.
Å forske betyr å tenke ut en løsning på et problem eller finne svar på et spørsmål. Hva er årsaken til at fjellreven holder på å dø ut som art i Norge?
1.1 Forskerens arbeidsmetoder Det å finne en løsning på et problem eller finne svar på grunnleggende spørsmål har utfordret menneskene til alle tider. En slik spørrende og undrende innstilling har blant annet ført til at vi har fått en helt ny oppfatning av hvordan verden ser ut. Fram til 1500-tallet var den vanlige oppfatningen at jorda stod i sentrum, og at planetene og sola gikk rundt jorda. Nicolaus Copernicus (1473–1543) forkastet denne teorien. Ut fra observasjoner tenkte han seg at sola stod i sentrum, og at planetene beveget seg i baner rundt sola. Dette har forandret vårt verdensbilde fullstendig. At astronomen Aristarkos på 200-tallet f.Kr. hadde samme forklaring, var lite kjent. Han var også en nytenker.
10
1 • Forskerspiren
Å planlegge undersøkelser sammen med andre Mange tror at forskere er mennesker som bare undersøker store problemer, f.eks. hvor stort verdensrommet er, eller hvordan vi kan finne en vaksine mot kreft. Men å forske vil si å gjøre systematiske undersøkelser for å løse et problem, stort eller lite. Et eksempel: Det fins forskjellige solkremer på markedet. Noen er tyktflytende, andre mer tyntflytende. La oss si at vi nå ønsker oss en solkrem som gir huden godt vern mot de skadelige ultrafiolette strålene (UV-strålene) slik at vi ikke blir solbrent eller utvikler hudkreft. Tenk deg at vi nå skal være forskere og prøve å lage denne nye og viktige kremen.
? Du er en av de forskerne som skal finne fram til den nye solkremen. Hva vil du gjøre?
Først må vi lære av egne erfaringer og det andre har gjort, derfor samler vi kunnskap før vi setter i gang med forsøket. Å først studere hvordan dagens solkremer virker, kan være ganske lurt. Da finner vi ut at det fins flere kjemiske stoffer som virker mot de skadelige UVstrålene. Det må vi bruke når vi skal planlegge hva den nye kremen skal inneholde. Av de mange forskjellige kjemiske forbindelsene som en solkrem kan inneholde (A, B, C, D osv.), tror vi at det er stoff C som er det viktigste for ikke å bli solbrent. Vi tror derfor at hvis vi tar med C i vår nye solkrem, vil vi få en bedre krem. Dessuten har vi en hypotese om at hvis vi dobler innholdet av stoff C, får vi en dobbelt så god solkrem. Hypotese betyr gjetning, antagelse.
En hypotese er en gjennomtenkt antagelse som vi bruker for å prøve å finne svar på spørsmål. Hypotesen tester vi gjennom eksperimenter og undersøkelser.
1 • Forskerspiren
11
Å identifisere variabler I naturfag må vi alltid gjøre noen målinger eller undersøkelser for å finne ut om hypotesen stemmer. Når vi gjør slike undersøkelser, er det viktig å ha kontroll på hva vi måler. Vi må helst variere bare én ting om gangen, slik at resultatet bare er avhengig av den ene tingen vi varierer, ikke noe annet.
Når vi gjør målinger eller undersøkelser, må vi helst variere bare én ting om gangen.
For å finne ut om den nye solkremen er bedre enn de gamle, må vi prøve kremen på mennesker. Vi må gjøre undersøkelser der noen får den nye solkremen både med en liten tilsatt mengde av stoff C og med dobbelt så mye av stoff C, mens noen får en gammel krem uten stoff C. På denne måten har vi noe å sammenlikne resultatene med slik at vi kan se om vår krem er bedre enn annen krem.
Husk at du aldri soler deg uten solkrem.
Ingen av forsøkspersonene vet hvilken type solkrem de får. De forskjellige typene av solkrem er en variabel i undersøkelsen vår. Når vi undersøker de forskjellige solkremene, er det viktig å bruke like mye på alle forsøkspersonene. Hvis ikke vet vi ikke om resultatet avhenger av hvilken krem som blir brukt, eller om det er mengden krem som har noe å si. Vi ønsker derfor også å undersøke om mengden krem har noen effekt. Blir de med mye solkrem mindre solbrent enn de som får lite solkrem? Vi har en hypotese om at den nye kremen med mest av stoff C virker best, og at resultatet blir bedre med mye enn med lite krem. I et forsøk smører vi inn forsøkspersonene med de tre forskjellige solkremene og med varierende mengde. I dette forsøket er typen solkrem en variabel, og mengden solkrem er en annen variabel. For å kunne studere virkningen av både type og mengde solkrem, er det viktig å bare variere én ting om gangen.
I naturfag må vi alltid gjøre noen målinger eller undersøkelser for å finne ut om hypotesen stemmer.
12
1 • Forskerspiren
Graden av solbrenthet etter 6 timer i sola bestemmer vi ut fra en skala som går fra 1 til 10, der 10 betyr mest solbrent. Resultatene skriver vi inn i en tabell. Type
Ny solkrem med
Ny solkrem med
Solkrem uten
solkrem
dobbelt så mye
litt av stoff C
stoff C
Mengde
av stoff C
Mye solkrem
4
6
9
Lite solkrem
5
7
10
Tolking av resultatene Når vi studerer resultatene i tabellen, ser det ut som den nye kremen med dobbelt så mye av stoff C virker litt bedre enn kremen med litt stoff C og mye bedre enn kremen uten stoff C. Det er ikke så lett å se om mye solkrem virker bedre enn lite solkrem. For å se om det virkelig er forskjell på resultatene, burde vi nok gjøre det samme forsøket flere ganger og med langt flere personer. Når vi undersøker graden av solbrenthet, bruker vi synet. Vi kan tolke samme grad av solbrenthet til 4 på skalaen den første gangen og til 5 den andre gangen. Dette kaller vi for måleusikkerhet. For å redusere graden av måleusikkerhet må vi arbeide nøyaktig og være konsentrert når vi måler. Vi må også vurdere eventuelle feilkilder. Vi vet at noen mennesker lettere blir solbrent enn andre. Det kan også være at solmengden er forskjellig fra dag til dag. Dette vil i så fall være feilkilder som forskerne må ta hensyn til når de skal tolke resultatene.
Det er viktig å få minst mulig måleusikkerhet og feilkilder.
Hvis det viser seg at den nye kremen ikke er bedre enn de gamle, eller at mye krem ikke gir mindre solbrenthet enn lite krem, slik at hypotesen vår ikke stemmer, må vi tenke oss om. Det kan føre til at vi finner ut hvilke forandringer vi tror vi må gjøre for at den nye kremen skal bli bedre, og da setter vi opp en ny hypotese om dette. Så må vi teste den nye hypotesen gjennom nye forsøk. Slik kan vi fortsette helt til vi finner en solkrem vi er fornøyd med.
Å tolke resultater vil si å kunne forklare hva resultatene betyr.
1 • Forskerspiren
13
Arbeidsgangen i denne typen forsøk kan være slik: Nytt
Problem/ spørsmål Studere rapporter Egne erfaringer
Teori
Tolke resultatene
Hypotese Ny avkreftes
Vurdere feilkilder Anslå måleusikkerhet
Hypotese
Eksperimenter
Systematisere resultatene
Forskningshjulet viser rekkefølgen i et forskerarbeid.
Hva skal gjøres
Hvorfor
Studere rapporter og samle kunnskap. Bruke egen erfaring.
Har andre gjort noe som kan gi oss en idé om hvordan vi bør gå fram i forsøket? Vet vi noe om problemet fra før som kan brukes?
Sette opp en hypotese.
Skrive hva vi tror løsningen på problemet kan være.
Gjøre eksperimenter.
Planlegge og gjøre forsøk som tester hypotesen.
Systematisere resultatene.
Samle alle resultater slik at de blir oversiktlige.
Anslå måleusikkerhet.
Finne ut hvor stor usikkerhet vi har i målingene.
Vurdere feilkilder.
Finne ut om vi har noen feilkilder.
Tolke resultatene.
Finne ut om hypotesen stemmer eller ikke.
Skrive rapport.
Vi og andre trenger en klar og detaljert oversikt over hvordan vi gjorde forsøket.
Rapportskriving Å skrive en nøyaktig rapport etter et forsøk er viktig slik at andre kan gjøre tilsvarende forsøk. I rapporten må vi ta med alt i riktig rekkefølge. Denne rapporten må skrives slik at andre kan lese den og gjøre det samme arbeidet etter oss. Hvis andre tolker resultatene slik vi har gjort, vil det styrke vår teori.
Det er viktig å skrive en nøyaktig rapport slik at forsøkene kan gjøres likt en annen gang.
En fornuftig rekkefølge i en rapport kan være slik: 1. Innledning: en kort beskrivelse av hvorfor vi vil gjøre forsøket (beskrive hypotesen). 2. Utstyr: en liste over alt utstyret som er brukt. 3. Tegning: en enkel tegning slik at utstyret kan brukes på en riktig måte. 4. Framgangsmåte: en beskrivelse av hva som er gjort, og hvordan vi har utført målingene. 5. Resultater: en beskrivelse av hvilke resultater vi har fått, gjerne i en tabell. 6. Konklusjon: Hva har vi lært av forsøket? Vi drøfter den hypotesen vi satte opp i innledningen.
14
1 • Forskerspiren
Her ser du et eksempel på en rapport.
Øving 6.2 Hvilke grunnstoffer består karbohydrater av? Navn: Karen Hansen Klasse: 1AAC Dato for forsøket: 1. oktober 1. Innledning Hensikten med dette forsøket er å forsøke å finne ut hvilke grunnstoffer karbohydrater består av. Sukker er et karbohydrat, derfor valgte vi sukker. Vi fant ut at for å bryte bindingene mellom grunnstoffene i sukker må vi tilføre energi i form av varme. 2. Utstyr Reagensrør Digeltang Sukker Fyrstikker Gassbrenner Vernebriller 4. Framgangsmåte Vi tok litt sukker opp i reagensrøret. Så tok vi på vernebriller og varmet forsiktig opp reagensrøret over gassbrenneren til det ikke skjedde noe mer i det. 5. Resultater Da vi varmet opp sukkeret, ble det mørkebrunt, og det luktet brent. Det kom røyk av reagensrøret, og på innsiden la det seg vanndråper. 6. Konklusjon Det mørkebrune laget nederst i reagensrøret var forkullet sukker som hovedsakelig består av karbon. Sukkeret ga fra seg vann da vi varmet det opp, og dette vannet la seg som dråper på innsiden av glasset. Vann består av grunnstoffene hydrogen og oksygen. Sukker består av grunnstoffene karbon, hydrogen og oksygen.
Hør deg selv
?
1. Hva mener vi med en variabel? 2. Hvorfor er det viktig å bare variere en ting om gangen når vi gjør målinger eller undersøkelser? 3. Hva er en hypotese? 4. Hva er det viktig å tenke på når du skal planlegge et forsøk? 5. Hva kan gjøres for å redusere måleusikkerheten og unngå feilkilder i målinger og resultater?
1 • Forskerspiren
15
Mer om Måleusikkerhet Måleusikkerhet sier noe om hvor nøyaktig et måleresultat er. Måleusikkerhet er ofte et tall som beskriver hvor mye opp og ned måleresultatet kan variere på grunn av unøyaktigheter i målingene. Vi har for eksempel gjort en rekke målinger av tiden det tar for plastilinaklumper med forskjellig form å synke i vann. Personen som tar tidene må trykke på stoppeklokken og lese av tidene. Både personen og klokken kan være unøyaktige. For å redusere graden av måleusikkerhet må vi arbeide nøye og systematisk, og vi må gjenta forsøkene. Et annet eksempel er når vi skal veie 5 g av et stoff til en elevøvelse. Da bør vi velge en vekt som viser måleresultatet med en nøyaktighet på 0,1 g, og ikke 1 g. Dette gjør at måleusikkerheten blir så liten som mulig. Men hvor nøyaktig er måleresultatet på 5 g når skalaen på vekten er inndelt i 0,1 g? Er det 4,9 g eller 5,1 g, eller hva er det? Og trenger vi å vite det i vårt forsøk? I de aller fleste tilfeller holder det å vite at vi ikke må ta med flere siffer i svaret enn det som er utgangspunktet for målingen. I vårt tilfelle betyr det at vi oppgir vekten til 5 g og ikke 5,0 g, for eksempel. Når vi skal måle størrelser som tid, temperatur, lengde eller annet, vil resultatene aldri bli 100 prosent nøyaktige. Det er fordi målinger alltid vil ha med en viss grad av måleusikkerhet, det kommer vi ikke unna. På skolen blir dette universalindikatorpapiret ofte brukt til pH-måling. Vi finner pH-en ved å sammenlikne fargen på papiret med fargeskalaen på boksen. Hva er pH-en i disse to løsningene, tror du? Svarte du det samme som sidemannen?
16
1 • Forskerspiren
For å redusere måleusikkerheten kan det være lurt å passe på følgende: • Velg måleinstrumenter som viser en nøyaktighet som er passe god i forhold til det resultatet skal vise. • Vær mest mulig nøyaktig og konsentrert når du måler. • Anslå måleusikkerheten i resultatene dine, og pass på at den er innenfor rimelighetens grenser.
Sammendrag
= •
En hypotese er en gjennomtenkt antagelse som prøver å gi svar på et spørsmål. Hypotesen testes gjennom eksperimenter og undersøkelser.
•
Det er viktig å variere bare én variabel om gangen.
•
I naturfag må vi alltid gjøre noen målinger eller forsøk for å finne ut om hypotesen stemmer.
•
Å tolke resultater vil si å kunne forklare hva resultatene betyr.
•
Det er viktig å skrive en nøyaktig rapport slik at forsøket kan gjøres likt en annen gang.
•
Det er viktig å få minst mulig måleusikkerhet og feilkilder.
1 • Forskerspiren
17
Oppgaver
1.1
Forskerens arbeidsmetoder
1.1.7
1.1.1
a) Nevn minst to oppfinnelser som er viktige for deg til daglig. b) Ta for deg en av oppfinnelsene. Hva ville du ha gjort for å gjøre den enda bedre?
a) Hva kan vi variere når vi skal teste en ny solkrem? b) Hva kan vi variere når vi skal teste en ny type vinterdekk til bil?
1.1.8
Elevene i klasse 1D har elevøving. De skal undersøke hvordan en plante blir påvirket av faktorer som lys, temperatur og fuktighet. Målet er å se hvor lang planten er blitt etter to uker. Skriv ned noen feilkilder som kan gjøre seg gjeldende i dette forsøket.
1.1.9
Du får vite at du kommer til å strande på ei øde øy, og at du bare får lov til å ta med deg fem ting til denne øya. Hvilke fem ting vil du ta med?
1.1.2
• 1.1.3
1.1.4
18
?
a) Hva legger du i begrepet å forske? b) Det har vært forsket mye på hva som kan være grunnen til at fjellreven står i fare for å dø ut. Nevn noen av grunnene? I tidligere tider har flere menn enn kvinner vært forskere i naturfag. a) Hvorfor tror du det var slik? b) Finn opplysninger om to betydningsfulle forskere, en kvinne og en mann, og fortell kort om hva de har funnet ut. a) Hva mener vi med en hypotese? b) Hva er forskjellen på en hypotese og en teori? c) Hvorfor er det viktig med en hypotese før vi tester et problem?
• 1.1.5
Prøv å sette opp en hypotese som forklarer følgende: a) Salting av veier gjør at is og snø smelter. b) En glassflaske med brus blir knust i fryseren.
1.1.6
a) Hva mener vi med en variabel? b) Hvorfor bør vi bare variere én ting om gangen?
1 • Forskerspiren
1.1.10 a) Hvorfor er det viktig å vurdere feilkilder? b) Hva gjør vi når vi tolker resultatene av et forsøk? c) Hva må vi gjøre hvis vår tolking av resultatene fører til at hypotesen blir avkreftet?
1.1.11 a) Hva mener vi med måleusikkerhet? b) Hvorfor er det viktig å anslå måleusikkerheten? c) Hva ville du gjort for å redusere måleusikkerheten i et forsøk?
Andre oppgaver 1.2.1
1.2.2
Forklar kort hva disse punktene i en rapport bør inneholde: a) Innledning b) Gjennomføring c) Konklusjon Kombiner bokstav og tall for det som hører sammen.
a) Gjennomføring b) Hypotese c) Forske d) Parameter e) Konklusjon f) Tolke resultater
1) Noe vi kan variere i forsøket 2) Hva har vi lært? 3) En beskrivelse av hva som er gjort 4) Finne ut om hypotesen stemmer 5) En gjennomtenkt gjetning eller arbeidsteori 6) Tenke ut en løsning på et problem
• 1.2.3
Skriv de ordene du finner om forskning og oppfinnelser i dette «kryssordet» i kladdeboka. Ordene kan du finne både vannrett og loddrett. Det er vist et eksempel.
A
V A
R
I
A
B
E
L
R
S
H Y
P O
T
E
S
E
E
I
L
P
R Ø V
E
K N
S
M Y
F
O R
S
Ø K
S
U
U
T
E
B
T
T
R
T
L
L
L Ø
L M E
S
A O
T
E
Ø V
E
L
S
E
K
L
A
R
S
E
M H
T
A
K K
T
E
E
R
F O R
S
K
R
1.2.4
S
E
5-minutters foredrag Dere skal holde et 5-minutters foredrag for de andre om ett av emnene nedenfor. Thomas Edison Albert Einstein Alexander Graham Bell Elbiler Hydrogenbiler Oppfinnelser på kjøkkenet Framtidas sykkel Boligen i framtida Fjernsyn for ti år siden og om ti år Framtidas mobiltelefon Thor Bjørklund og ostehøvelen Johan Vaaler og bindersen
1 • Forskerspiren
19
Øvinger
!
UTSTYR
Ø 1.1 Form og fart Plastilin Langt glassrør med gummikork i bunnen
Stativ Stoppeklokke Vann Sprittusj
I dette forsøket skal du undersøke hvilken form en plastilinklump bør ha for å synke fortest mulig i vann. Skriv en hypotese om hvordan du tror plastilinklumpen skal se ut. Deretter skal du undersøke om hypotesen din er riktig. Framgangsmåte 1. Fyll glassrøret med vann og sett det i stativet. 2. Tegn en strek ca. 10 cm fra hver ende av glassrøret. Den øverste streken kaller du start A, den andre stopp B. 3. Alle lager hver sin figur i plastilin. 4. Slipp en av figurene ned i røret og ta tida fra A til B. 5. Skriv inn resultatet i tabellen. 6. Gjennomfør punkt 4 og 5 med figurene til alle elevene i gruppen.
A
Resultater og konklusjon a) Hvilken form var raskest?
B
Resultatene skriver du i en tabell. Den kan for eksempel se slik ut: Form på figur
b) c) d) e)
20
1 • Forskerspiren
Tid i sekunder
Hvordan vil du forklare det? Hvilke andre egenskaper enn formen er det viktig å ikke variere? Hvilke feilkilder kan ha påvirket resultatet? Anslå måleusikkerheten i tidene du har målt.
Termometer Fire halvliters brusflasker Ullsokk
Syntetisk sokk Bomullssokk
Du har sikkert prøvd forskjellige slags sokker om vinteren og lagt merke til at det varierer hvor godt de holder på varmen. I dette forsøket skal vi teste isolasjonsevnen til sokker som er laget av forskjellige materialer. Vi skal finne ut hvor godt de holder på varmen. Framgangsmåte 1. Kle tre av plastflaskene med hver sin type sokk. Pass på så sokken sitter tettest mulig rundt flaskene. La en flaske være uten isolasjon. 2. Ta varmt vann ved ca. 70 ºC fra springen eller varm det om nødvendig opp til denne temperaturen. Fyll alle flaskene med det. 3. Sett termometeret oppi flaskene og les av temperaturen så fort som mulig. Det er viktig å lese av temperaturen i de forskjellige flaskene raskt så ikke varmetapet påvirker resultatet. Noter temperaturen i de forskjellige flaskene i en tabell. 4. La flaskene stå i 15 minutter. Mål deretter temperaturen i de fire flaskene igjen. Noter resultatet i den samme tabellen. 5. Gjenta forsøket, men denne gangen skal du fukte sokkene i lunkent vann før du trekker dem på flaskene. Resultater og konklusjon a) Hvilken sokk isolerer best mot varmetap? b) Er det forskjell på tørr og fuktet sokk? c) Hvorfor var det med en flaske uten sokk i dette forsøket? d) Hvilke feilkilder kan ha påvirket resultatet? e) Anslå måleusikkerheten i temperaturene du har målt.
Ø 1.3 Hvilket papirfly går lengst? UTSTYR
UTSTYR
Ø 1.2 Hva isolerer best mot varmetap?
A4-ark Målebånd
I dette forsøket skal vi lage papirfly som går så langt som mulig. Skriv en hypotese om hvordan du tror formen skal være for at flyet skal gå lengst mulig i lufta.
Framgangsmåte Alle tar et A4-ark og bretter et papirfly. Hele arket skal brukes. Resultater og konklusjon a) Hvilket fly kom lengst? b) Anslå måleusikkerheten i de målte lengdene. c) Hvor langt gikk det papirflyet som kom kortest? Og det som kom lengst? d) Hvilke egenskaper hadde det flyet som kom lengst? e) Hvis dere skulle lage et fly som gikk enda lenger, hvilke egenskaper måtte det flyet ha? f) Hvilke andre egenskaper enn formen kan vi variere for at flyet skal gå lengst mulig?
1 • Forskerspiren
21
Energi for framtiden
150
Et moderne samfunn trenger store mengder energi. I Norge har vi hentet mye energi fra vannkraft, olje og gass. Bruk av olje forurenser, og mer vannkraft er det ikke så enkelt å utnytte. Vi bør finne andre energikilder til å varme opp husene våre med. Det er mulig å utnytte energi fra lufta, fra bakken og fra havet på en måte som reduserer forbruket av elektrisk strøm, og som ikke forurenser. Vi må bruke ny teknologi som gjør det mulig å redusere energibruken vår. De siste årene har vi begynt å bruke varmepumper til oppvarming. Vi tar i bruk nye typer lyspærer som bruker mindre elektrisk strøm, og vi isolerer husene mye bedre enn hva som var vanlig for bare noen få år siden. Bilene bruker mindre drivstoff, og vi bruker drivstoff som ikke påvirker drivhuseffekten like mye som bruk av vanlig bensin og diesel. Vi kan lage drivstoff av avfall og kloakk, og utslippene av drivhusgasser kan reduseres.
DETTE LÆRER VI OM
• • •
hvordan solfangere og solceller virker hvordan varmepumper virker, og i hvilke sammenhenger de kan brukes energi som produseres av planter eller avfall
151
I dette kapittelet lærer du om • solfangere og hvordan solfangere virker • solceller og hvordan solceller virker
8 Solfangere og solceller 8.1 Sola – vår energikilde Sola har vært vår energikilde her på jorda siden jorda ble dannet. Sola har alltid gitt oss lys og varme. Spørsmålet er nå hvordan kan vi utnytte enda mer av den. Energien i solstrålene som treffer Norge i løpet av et år, er 1500 ganger større enn den energimengden vi bruker. Målet må derfor være å bruke mer av energien fra sola. Vi kan utnytte solenergien på flere måter. Vi kan varme opp et hus ved å slippe tilstrekkelig med sollys inn i huset. Når vi bruker sollyset på denne måten, kaller vi det passiv soloppvarming. Vi kan lagre energien i sollyset og bruke den til å varme opp vann til oppvarming av hus eller til bruk på kjøkken og bad. Vi bruker solfangere når vi skal bruke solenergien til oppvarming av vann. Vi kan lagre energien fra sollyset ved å bruke solceller. Solcellene lader opp batterier som vi kan få elektrisk strøm fra der det ellers er vanskelig eller svært dyrt å få strøm. Den elektriske strømmen fra solceller kan også brukes til å drive en lommeregner og til å lade en mobiltelefon og forskjellige andre ting.
Solfangere og solceller fanger opp solenergien på hver sin måte. Solfangerne brukes til oppvarming, mens solcellene gir elektrisk strøm særlig til lys. Sola – vår viktigste energikilde.
8.2 Solfangere Hvor brukes solfangere? Solfangere brukes som oftest til å skaffe varmt vann. Vannet kan brukes til oppvarming av hus, eller det kan brukes til for eksempel å dusje. En enkel form for solfanger er den soldusjen du ser på tegningen på neste side. Du har kanskje en gang brukt en slik på campingtur, på hytta eller i båten. En soldusj er en stor «plastpose» med en svart og en klar side. Posen
152
8 • Solfangere og solceller
Når soldusjen henger med den klare siden ut, vil noe av strålingen fra sola bli absorbert i vannet og varme det litt opp. Den svarte flaten bakerst vil absorbere resten av strålingen, og mesteparten blir brukt til å varme opp vannet som er i kontakt med den svarte flaten. Svarte flater absorberer og sender ut mer stråling enn lyse og klare flater.
fylles med vann. Den er koplet til en slange med et dusjhode og kan henges opp i et tre eller mot en vegg med den klare siden ut. Etter et par timer er vannet blitt så varmt at det går an å bruke det til å ta en dusj. I u-land kan folk bruke små, enkle solfangere til å lage mat. Siden de fleste u-landene ligger på steder der sollyset er sterkt og behovet for oppvarming av hus er lite, kan de klare seg med enkle solfangere når de skal lage mat.
Mer om Solrom Den enkleste måten å utnytte sollyset på er å bygge hus med rom som har store vinduer. Disse vinduene må være på sørsiden av huset der sollyset er sterkest. Når sola skinner, blir dette rommet varmet opp, og ved hjelp av ventilasjon kan vi bruke denne varmen til å varme opp resten
av huset. Om vinteren virker solrommet som en ekstra isolasjon mot den kalde utelufta, men om sommeren er det viktig med solskjerming, for da kan det kan bli skikkelig hett inne.
Mange kaller solrommet en vinterhage.
8 • Solfangere og solceller
153
Slik virker en solfanger En solfanger er en innretning som bruker solenergien til å varme opp en væske – vanligvis vann. Varmeenergien kan vi bruke direkte, eller den kan lagres til seinere bruk. Solfangeren med pumpe og lager kaller vi et solfangeranlegg. Solfanger.
Solfanger
Lager
Forbruker
Pumpe/vifte
Figuren nedenfor viser hvordan en solfanger er bygd opp. Ytterst er det en beskyttelsesplate. Den skal slippe igjennom mest mulig av sollyset samtidig som den skal holde på lufta innenfor. Bak beskyttelsesplata ligger det et lag med mørke plater som skal fange opp mest mulig av sollyset, dessuten er det isolasjon som skal hindre varmetap. Gjennom det mørke laget går det rør med vann som er tilsatt frostvæske. En pumpe driver vannet gjennom rørene. Varmen fra vannet går til et varmelager, f.eks. en stor vanntank. Fra varmelageret kan vi hente ut varmt vann og bruke det til å varme opp huset eller andre ting når vi trenger det.
Tverrsnitt gjennom solfanger.
Varmt vann
En solfanger gjør det mulig å samle og lagre solvarme.
Beskyttelsesplate Luft Mørk plate Isolasjon Kaldt vann
154
Siden sollyset kan være svakt i lengre perioder om vinteren, må et slikt solfangeranlegg kombineres med andre former for oppvarming. Sollyset trenger likevel ikke være så veldig sterkt før vi kan kjenne at det kommer varmt vann ut av solfangeren.
8 • Solfangere og solceller
Bueformede solfangere Vi kan lage en solfanger av bueformede speil som vi plasserer slik at alt lyset blir reflektert til en linje foran speilet. Langs denne linja plasserer vi et rør. Da vil alt sollyset som treffer speilet, bli reflektert til dette røret. Gjennom dette røret strømmer det olje. Temperaturen kan komme opp i flere hundre grader celsius. Den varme oljen blir brukt til å omdanne vann til damp. Dampen driver en turbin som produserer elektrisk strøm. Det er også mulig å bruke solfangere med samme form som en parabolantenne, en slik skålantenne som tar inn fjernsynssignaler. I brennpunktet her kan det bli svært varmt. Også her kan vi bruke varmen til å produsere damp. Dampen kan drive en generator i et energiverk.
Bueformede solfangere samler sollyset slik at vi kan bruke varmeenergien til å lage elektrisk strøm.
Bueformet solfanger.
Vi kan gjøre et forsøk med et enkelt parabolsk speil (lik parabolantennen til fjernsyn). Hvis vi plasserer en liten beholder med vann i brennpunktet, kan det bli så varmt i dette punktet at vi får vann til å koke. Hvis vi har litt olje og mais i beholderen, kan vi lage en enkel popkornmaskin.
Hør deg selv
?
1. 2. 3. 4.
Hva slags utstyr kan vi bruke til å fange opp energien i sollyset? Hva er en solfanger? Hvordan kan vi lagre den energien vi fanger i en solfanger? Fins det solfangere som kan hjelpe oss å produsere elektrisk strøm?
8 • Solfangere og solceller
155
8.3 Solceller Den første solcellen ble laget i 1880-årene av Charles Fritts. Han forutså at bygninger en gang i framtida kom til å bli dekket av solceller. I dag er det blitt vanlig å bruke solceller, og i mange land er det blitt nettopp slik han forutså. De første solcellene til daglig bruk ble laget i USA, og i 1958 ble solceller brukt i satellitten Vanguard 1. De kunne utnytte 6 % av sollyset som traff dem. En solcelle er en brikke som kan produsere elektrisk strøm når det kommer sollys på dem. De vanligste solcellene i dag kan utnytte opp mot 20 % av lyset som treffer dem.
En solcelle er en brikke som kan produsere elektrisk strøm når det kommer sollys på den. Dagens solceller utnytter bare en del av fargene i lyset. Det forskes nå på solceller som kan utnytte flere av fargene, slik at vi kan utnytte flere prosent av lyset som treffer solcellene.
Når vi setter sammen flere solceller, får vi et solcellepanel med høyere spenning enn det en enkelt solcelle kan gi. Da er solcellene koplet etter hverandre (i serie). Strømmen kan vi bruke direkte, eller vi kan lagre den i et batteri.
Et solcellepanel er en sammenkopling av flere solceller. Da får vi så høy spenning at vi kan bruke strømmen direkte eller lagre den i batterier.
Hytte med solcelleanlegg.
Hvor brukes solceller? Den bruken av solceller de fleste av oss kjenner til, er solcellepaneler til bruk på hytter. Ofte ligger hytta slik til at det er vanskelig å kople til elektrisk strøm fra nettet. Den beste muligheten vi da har til å få lys på hytta, er å kople til et solcelleanlegg. Fordelen med et slikt anlegg er at det lett kan bygges ut etter som behovet for elektrisk strøm øker. Når vi skal bygge et solcelleanlegg, trenger vi i tillegg til solcellepanelet også ett eller flere batterier til å lagre strømmen som solcellepanelet gir. I tillegg må vi ha en regulator som kontrollerer ladningen slik at batteriet ikke blir utladd eller overladd. Det vil sikre lang levetid på batteriet. Så kan vi kople til så mange lamper som vi synes vi trenger. Radio og
156
8 • Solfangere og solceller
Mer om Strøm og spenning Du har sikkert hørt om spenning og strøm, om volt og ampere. Når det går strøm i en ledning, er det elektroner som beveger seg fra den ene enden av ledningen til den andre. Farten er ikke høy. De beveger seg kanskje bare noe få millimeter i minuttet. Når vi trykker på en bryter for å skru på lyset, vet vi at lampa begynner å lyse med en gang vi har trykket på bryteren. Det skjer fordi alle elektronene i ledningen begynner å bevege seg samtidig akkurat som en kø som begynner å bevege seg. I lampa blir det slik trengsel når elektronene skal igjennom, at tråden i lampa blir varm, og lampa begynner å lyse. Strøm måles i ampere (A), og vi kan si at strømmen forteller oss noe om hvor mange elektroner som beveger seg gjennom et tverrsnitt av ledningen.
Siden tråden i lampa er tynn, blir tråden varm når elektronene beveger seg gjennom den, og lampa lyser.
Spenning kan vi si er det som får elektronene til å bevege seg i ledningen. Spenningen måler vi i volt (V). Vi kan sammenlikne dette med en bekk som går i et lite stryk. Vannmengden i bekken svarer da til strømmen, og spenningen kan sammenliknes med høydeforskjellen mellom toppen og bunnen av fossen. Spenning kan best sammenliknes med høyden på fossen, mens vannmengden illustrerer strømmen.
fjernsyn kan også koples til solcelleanlegget, men da må vi passe på at apparatene kan bruke 12 V likestrøm. Det er også mulig å få kjøpt såkalte vekselrettere som kan gjøre 12 V likestrøm om til 230 V vekselstrøm. Da kan vi bruke samme elektrisk utstyr som hjemme.
12 V = 12 volt Solcelleanlegg med solcellepanel, regulator og batteri.
Regulator
Solceller brukes mye på fyrlykter langs kysten. Mange av disse lyktene kan ikke så lett få vanlig tilførsel av elektrisk strøm. Derfor er solceller sammen med batterier den ideelle løsningen. Dersom sola er borte i lengre tid, kan den lagrede strømmen gi lys i lykta til det igjen blir sol som kan lade batteriene på ny. Selv om det er overskyet, vil lyset om dagen gi litt strøm til lading.
8 • Solfangere og solceller
157
Mer om Likestrøm og vekselstrøm Likestrøm er slik strøm som vi får fra batterier. Da går strømmen hele tida samme vei. Likestrøm kan ikke overføres over lange strekninger, for da blir energitapet for stort. På hytta er spenningen vanligvis 12 V. Vekselstrøm er strøm som skifter retning 100 ganger per sekund. Det er slik strøm vi har koplet til i boligene våre. Der er spenningen 230 V.
Mange tror at hvis vi bare har 12 V spenning på anlegget (og ikke 230 V som hjemme), så trenger vi ikke så tykke ledninger. Men det er feil, for vi taper mye energi underveis hvis ledningene er for tynne.
Hvis det ikke var for solcellene, ville ikke romfarten ha vært så utviklet som den er i dag. Dagens romstasjoner er helt avhengige av strømforsyningen fra solcelleanleggene. Mange u-land har mye sol og samtidig liten tilgang på annen energi. De kan derfor utnytte strømmen fra solceller til sitt daglige forbruk av elektrisk strøm. Solcellestrøm er i mange tilfeller svært praktisk. Hjelpeorganisasjonene kan for eksempel bruke strøm fra solceller til å drive kjøleskap som brukes ved frakt av medisiner gjennom ørkenen. Du har kanskje selv en lommeregner som drives av solceller, og vi kan kjøpe en solcelledrevet lader til mobiltelefonen.
Bil drevet av solceller.
158
8 • Solfangere og solceller
Noen steder konkurrerer folk om å lage biler som bare drives med solenergi, og i Australia er det konkurranse om hvem som kan krysse landet raskest med en elektrisk bil drevet av solceller. Slike konkurranser kan være med på å utvikle bedre solceller eller biler som bruker mindre energi.
I sørligere deler av Europa er det vanlig å montere solceller på vegger og tak for å utnytte strømmen til belysning.
?
Fordeler med bruk av solceller
Ulemper med bruk av solceller
• Solceller kan brukes til å skaffe elektrisk strøm på steder der det ellers ville ha vært dyrt eller i praksis nesten umulig å skaffe strøm. • Solcellene er lette å flytte. • Store solcelleanlegg kan plasseres utenfor befolkede områder. • Energien fra solceller kan lett lagres.
• Det tar lang tid før solcellene produserer like mye strøm som det trengs for å lage solcellene. • Solcellepaneler er dyre å kjøpe.
Kan du finne flere argumenter for eller mot bruk av solceller?
Mer om LED-pære Etter hvert har det blitt forbud mot å selge vanlige lyspærer (glødepærer). De bruker for mye strøm i forhold til lyset de gir. Vi kan da bruke sparepærer, men de fleste vil nok bruke LED-pærer. LED-pærer har veldig lang levetid. Det vil derfor være økonomisk lønnsomt å gå over til LED-pærer.
LED-pære med fasong som en vanlig lyspære.
8 • Solfangere og solceller
159
Slik virker solcellene En solcelle er laget av en tynn skive av silisium som er tilsatt små mengder av andre stoffer. Når det kommer lys på den, vil elektroner flytte på seg i denne skiva. Dermed blir den ene siden positiv og den andre siden negativ, og vi kan få strøm fra den. Som oftest må vi kople sammen flere solceller til et solcellepanel. Da kan vi lade et batteri eller drive en motor som kan være til praktisk nytte.
Mer om n-dopet og p-dopet silisium Reint silisium blir «dopet» ved at det blir tilsatt andre stoffer, vanligvis bor og fosfor. Når silisiumet er dopet med fosfor, får det for mange elektroner. Vi sier at det er n-dopet. Det silisiumet som er dopet med bor, har for få elektroner. Vi sier at det er p-dopet. Blokker av reint silisium blir saget i tynne skiver (0,3– 0,5 mm tykke) og deretter n-dopet på den ene siden og p-dopet på den andre. Mellom dem er det en overgangssone. I denne overgangssonen kan elektroner vandre. Når dette overgangslaget absorberer lys, kan elektroner begynne å vandre til n-laget, som da blir minuspolen, mens p-laget blir plusspolen i solcellen. Når vi kopler disse to polene til en motstand, får vi en strømkrets der det kan gå strøm.
Sollys
Beskyttelse
–
Silisium N-lag Overgangssone
e–
e–
Silisium P-lag
+
I Norge fins det mye silisium som kan brukes til å lage solceller. Flere norske fabrikker lager nå solceller. På Internett vil du raskt finne flere av disse ved å søke på solceller og fabrikk.
Til slutt blir n-laget overflatebehandlet slik at solcellen skal absorbere mest mulig av det synlige lyset, samtidig som den skal reflektere det infrarøde lyset (som gir varme, men ikke strøm). Ellers blir solcellen for varm. Samtidig skal overflatebehandlingen hindre skade.
Hør deg selv
160
?
8 • Solfangere og solceller
1. Når ble den første solcellen laget? 2. Produserer solceller likestrøm eller vekselstrøm? 3. I hvilken form får vi ut den energien som en solcelle fanger opp? 4. Hva er forskjellen på en solcelle og et solcellepanel? 5. Hvordan kan vi hindre at batteriene i et solcelleanlegg blir utladd eller overladd? 6. Hva er en solcelle laget av?
8.4 Andre former for utnyttelse av energien fra sola Energien fra sola kan vi også utnytte på andre måter. Når sola skinner på jorda, blir noen steder mer oppvarmet enn andre. Dermed kan vi få lavtrykk og høytrykk. At vi har høytrykk, vil si at det er mye luft over oss, mens lavtrykk betyr det motsatte. Høytrykk og lavtrykk gir vind, og energien i vinden kan vi utnytte. I Norge har vi bare så vidt begynt å utnytte vindenergien. I Danmark er de kommet mye lenger. Vindmøllene produserer elektrisk strøm som kan føres inn på det ledningsnettet vi allerede har. De største vindmøllene kan være over 100 m høye og ha en bladlengde på 50–60 m. De utnytter vinden når den har en fart mellom 4 og 25 m/s. Det vil si vind fra lett bris opp til full storm. Hvis vinden blir kraftigere enn det, må vindmøllene stoppes og bladene vris slik at de ikke blir fanget av vinden.
Vindmølle på Havøysund i Finnmark.
Vindmøllene blir naturlig nok plassert på steder der vi vet at det er mye vind og kort vei til ledninger for overføring av elektrisk energi. Derfor er Vestlandet og Trøndelag stort sett de beste områdene. Det er til dels heftig debatt om plasseringen av vindmøller. Vi har ingen tradisjon her i landet for å lage store vindmølleparker slik som i Danmark. Der har de som mål at 10 % av energiforbruket skal dekkes av vindenergi.
?
Fordeler med vindmøller
Ulemper med vindmøller
• De er lette å sette opp – og de kan lett fjernes igjen om vi ønsker det. • De produserer mye energi i forhold til det vi bruker for å lage dem. • Det koster ikke noe særlig å lage elektrisk strøm når de først er satt opp. • De forurenser ikke.
• Det må lages veier til vindmøllene, og veiene forsvinner ikke selv om vi tar ned vindmøllene. • De ødelegger inntrykket av et vakkert landskap. • De kan ødelegge for fuglelivet. • Det kan være støy fra vindmøllene. • De leverer ikke strøm når det ikke er vind, eller når vinden er svært sterk.
Kan du finne flere argumenter for og mot bruk av vindmøller?
8 • Solfangere og solceller
161
Norske politikere satser på å bygge ut vindmøller til havs. Hvis vindmøllene kommer langt nok ut, kan vi ikke se dem fra land, og den største ulempen med vindmøller på land blir borte. I tillegg har Norge en kyst som er veldig utsatt for vind. Vi regner med at slike vindmøller kan gi mye elektrisk strøm som kan føres til land. Etter hvert som vi får strømkabler til utlandet, kan vi kanskje også eksportere slik strøm til andre land i Europa. Ulempen med vindmøller til havs er at skipstrafikken kan hindres – spesielt i dårlig vær. Heller ikke fiskerne er så veldig begeistret for slike vindmøller som kanskje blir plassert på viktige fiskefelter. Bestanden av sjøfugl kan også komme til å lide hvis kysten blir fylt med vindmøller. I tillegg må det legges kabler som kan føre strømmen til land i nærheten av der folk bor.
Hør deg selv
162
?
8 • Solfangere og solceller
1. Hvor sterk vind kan vindmøllene tåle? 2. Hvordan stoppes vindmøllene når vinden er for sterk? 3. Hvor i Norge er det lurest å bygge vindmøller?
Sammendrag
= •
Passiv soloppvarming er når vi lar sola varme opp noe uten at vi bruker tekniske innretninger til å lagre denne varmen.
•
En solfanger er en teknisk innretning som gjør det mulig å samle og lagre solvarme.
•
En parabolsk solfanger samler sollyset slik at vi kan få temperaturer som gjør det mulig å bruke varmeenergien til å lage elektrisk strøm.
•
En solcelle er en brikke – laget av silisium – som er tilsatt stoffer slik at den kan produsere elektrisk strøm når det kommer sollys på den.
•
Et solcellepanel er en sammenkopling av flere solceller som gir så høy spenning at vi kan bruke strømmen direkte eller lagre den i batterier.
•
Vindmøller utnytter energien i vinden som oppstår når sola varmer opp bakken.
8 • Solfangere og solceller
163