Naturens univers 9.kl. Elevbog/Web

Jens Hviid, Peter Norrild og Martin Krabbe Sillasen

I Naturens univers møder eleverne fagets indhold formuleret på en klar, velovervejet og pædagogisk måde. Alle elevtekster er redaktionelt bearbejdet ud fra kriterier om faglig læsning.

Naturens univers 9 indeholder seks overordnede temaer      

9

ELEVBO G/

Energi nu og i fremtiden Stråling og radioaktivitet Født til plast Alkohol En renere fremtid Din egen energibalance

FYSIK/KEMI

Fysik/kemi er et fag, der forklarer om naturens opbygning og indretning. Nogle emner inden for faget handler om naturens mindste byggestene fx molekyler og atomer. Andre emner omhandler den fjerne omverden. Det er fx stofkredsløb i naturen.

WEB

Til de enkelte temaer er der 2, 3 eller 4 kapitler.

I alt har 9. klasse elevbogen 16 kapitler.

Naturens univers består af: Elevbog Mappe med arbejdsark Lærervejledning En hjemmeside naturensunivers.alinea.dk Hjemmesiden indeholder digitale arbejdsark af forskellig sværhedsgrad. Derudover er der på hjemmesiden perspektivtekster, der demonstrer anvendelse af fysik/kemi i hverdagen, mindre supplerende tekster til de enkelte kapitler og links.

9

788723

041920

alinea.dk

9788723041920-Omslag.indd 1001

Fysik/kemi · 9. klasse · Elevbog · Web

16/04/2019 12.00

Til eleven Velkommen til faget fysik/kemi og velkommen til Naturens univers 9.

Indtil nu har du haft to ĂĽr med fysik/kemi.

I Naturens univers 9 arbejder du videre med en del af det, som du lĂŚrte i 7. og 8. klasse.

For bedre at kunne forstĂĽ indholdet og arbejdsformerne i faget kan du med fordel bruge hjemmesiden naturensunivers.alinea.dk.

Her finder du links, arbejdsark og historier om anvendelse af fysik/kemi.

God fornøjelse

9788723041920-Indhold.indd 1

16/04/2019 12.21

j

www.

På naturensunivers.alinea.dk er der arbejdsark til de enkelte kapitler.

Du finder supplerende tekster, perspektivtekster samt relevante links på naturensunivers.alinea.dk.

Naturens Univers Elevbog/Web, 9. klasse En titel i grundsystemet Naturens Univers © Alinea Forfattere: Jens Hviid, Peter Norrild og Martin Krabbe Sillasen Redaktion: Kristian Nordholm Ekstern faglig redaktør: Peter Norrild Faglig konsulent: Lone Wulff Billedredaktør: Vibeke Sommer Design: SøstreneSandhed – Janne Rose Illustrationer/grafik: Hans Møller og Lars-Ole Nejstgaard Trykt hos Livonia Print 1. udgave, 3. oplag 2019 ISBN 978-87-23-04192-0

Webressourcer: naturensunivers.alinea.dk Kopiering fra denne bog må kun finde sted på institutioner, der har indgået aftale med Copydan Tekst & Node.

Forlaget har forsøgt at indhente tilladelse hos rettighedshavere til gengivelse af tekst og billeder i denne udgivelse. Rettighedshavere, som mod forventning har krav på honorar, bedes kontakte forlaget.

Alinea støtter børn og unge Alinea er en del af Egmont, som er Danmarks største mediekoncern. Egmont har fortalt historier i over 100 år, laver film i Oscarklasse og fortæller historier gennem nyheder, bøger og magasiner. Egmont er en dansk fond, som hvert år giver næsten 100 millioner kroner til børn og unge, der har det svært. alinea.dk

9788723041920-Indhold.indd 2

16/04/2019 12.21

TEMA 1

TEMA 2

TEMA 3

Kapitel 1 – Energiforsyningen i Danmark · 7 Kapitel 2 – Vedvarende energi · 23 Kapitel 3 – Energi, miljø og klima · 37

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

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

TEMA 6

9788723041920-Indhold.indd 3

Energi nu og i fremtiden

INDHOLD

En renere fremtid Kapitel 12 – Vand som ressource · 123 Kapitel 13 – Affald og genbrug · 133

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

16/04/2019 12.21

TEMA 1 TEMA 2 TEMA 3 TEMA 4 TEMA 5 TEMA 6

■

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?

4 9788723041920-Indhold.indd 4

16/04/2019 12.21

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.

9788723041920-Indhold.indd 5

5

16/04/2019 12.21

ENERGI NU OG I FREMTIDEN

6

R undt 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 .

9788723041920-Indhold.indd 6

16/04/2019 12.21

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

9788723041920-Indhold.indd 7

el- og varmeenergi?

Hvordan transporteres energien ud til forbrugerne?

7

16/04/2019 12.21

ENERGI NU OG I FREMTIDEN

Besøg på kraftværket Kraftværker laver både el-kraft og varme. Derfor kalder vi dem også for kraft-varme-værker. På afstand af værkerne lægger man mest mærke til de store skorstene, der rager i vejret.

Kraftværkernes brændsel var oprindelig enten kul eller naturgas, men i de senere år er mange kraftværker blevet bygget om, så de også kan fyre med biobrændsel som fx træflis eller halm.

Når kraftværker bruger kul og naturgas som brændsler, tilføres atmosfæren kuldioxid. Kuldioxid indgår i naturens kulstofkredsløb, som du lærte om i 8. klasse. Men mængden af kuldioxid er for stor til, at naturen kan omdanne det hele. Det betyder, at atmosfærens indhold stiger, og Jordens klima bliver varmere.

Danske kraftværker er forsynet med teknologi, der effektivt renser røggasser for stoffer, der ellers ville forurene miljøet. Vores kraftværker er blandt de mindst forurenende i verden.

Skærbækværket Skærbækværket i Skærbæk, mellem Kolding og Fredericia, fyrer ikke med kul, men med naturgas. Naturgassen kommer fra gasfelterne i Nordsøen og føres ind til kraftværket gennem et stålrør, hvor gassens tryk er 80. atm. Der forbruges op mod 76.800 m3 gas pr. time, når værket kører på fuld kraft. Det svarer til rumfanget af 8-10 store idrætshaller.

I 2017 blev kraftværket udbygget med 2 nye kedelhuse, der gør det muligt at fyre med biobrændsel i form af træflis. Træflis sejles ind til værket fra vores nordiske og baltiske nabolande.

8 KAPITEL 1 9788723041920-Indhold.indd 8

S kærbækværket ved Kolding Fjord. Det bruger naturgas fra Nordsøen som brændsel. I helt nye kedler fyres der nu også med biobrændsel i form af træflis.

ENERGIFORSYNING I DANMARK

16/04/2019 12.21

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 Træflis 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 G assen 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

9788723041920-Indhold.indd 9

KAPITEL 1

9

16/04/2019 12.21

Turbinen

ENERGI NU OG I FREMTIDEN

D ampturbinen 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.

M odel af dampturbine i fysiklaboratoriet

Damp med højt tryk

Stillestående ledeskovle

Turbine

Turbineblade “løberen”

D amp med højt tryk får akslen med turbinebladene til at rotere hurtig

Damp med lavere tryk

10 KAPITEL 1 9788723041920-Indhold.indd 10

ENERGIFORSYNING I DANMARK

16/04/2019 12.21

Generatoren G eneratoren 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 V ekselspændingen 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

9788723041920-Indhold.indd 11

1.1 Kraftvarmeværket

KAPITEL 1

11

16/04/2019 12.21

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 %

H øj nyttevirkning = lavt energitab.

9788723041920-Indhold.indd 12

Tabet er på 51,5 %

L av nyttevirkning = stort energitab.

T ank 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 KAPITEL 1

48,5 % el-energi

47 % Varme-energi

Varmeveksler på kraftværket

N år 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

16/04/2019 12.21

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.

j

Typisk fordeling af varmeforbrug over året.

16 % 14 % 12 % 10 % 8 % 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.

dericia

ø

elfart Induktionsforsøg i laboratoriet.

ENERGIFORSYNING I DANMARK

9788723041920-Indhold.indd 13

KAPITEL 1

13

16/04/2019 12.21

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

E n lille håndgenerator kan vise, hvordan el-energien fremstilles.

Stålkappe

Jernkerne

M ed 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

V ekselsstrømsgenerator. Den kraftige elektromagnet skaber vekselspænding, når den roterer mellem spolerne.

j

1.4 Induktion 1.5 Vekselstrømsgeneratoren

14 KAPITEL 1 9788723041920-Indhold.indd 14

ENERGIFORSYNING I DANMARK

16/04/2019 12.22

Vigtige begreber ved vekselstrøm ■ P eriode: svarer til én rotation af magneten. Dette giver to strømstød – ét til hver side. Grafen viser nøjagtig én periode.

0

0

30

60

90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

–1 –1,5

j

0,5

– 0,5

■ A mplitude: Højden på vekselspændingskurven og dermed et udtryk for spændingens størrelse.

1

spænding (Volt)

■ F rekvens: Antal perioder pr. sekund. Frekvensen måles i hertz (Hz). Hvis magneten roterer 50 gange pr. sekund, er frekvensen 50 Hz.

Vekselspændingskurve

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.

M ichael Faraday (1791-1867) var uddannet bogbinder, men blev en fremragende videnskabsmand.

Han opdagede induktionen.

F araday 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

9788723041920-Indhold.indd 15

KAPITEL 1

15

16/04/2019 12.22

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 9788723041920-Indhold.indd 16

ENERGIFORSYNING I DANMARK

16/04/2019 12.22

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.

H er 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.

H øjspænding.

I fysiklokalet kan man vise, hvordan højspænding kan lave gnister.

Transformation Når man skal transportere store mængder el-energi over lange 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

F ordelingen af elektricitet sker i et forgrenet net af ledninger og kabler, hvor spændingen gradvist sættes ned.

ENERGIFORSYNING I DANMARK

9788723041920-Indhold.indd 17

KAPITEL 1

17

16/04/2019 12.22

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

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).

Us

N år pæren tilsluttes 6 V spænding, går der 1 ampere gennem den.

Pærens effekt er derfor 6V·1A=6W

600

1200

Up

Elektrisk effekt

Primær spole

Jernkerne

Sekundær spole

Transformation: ■ 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.

18 KAPITEL 1 9788723041920-Indhold.indd 18

Effektligningen:

P = U · I

El-effekt (W) Spænding (V) 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

16/04/2019 12.22

Transformatorligningen

Ohms lov:

Spænding (V) = Modstand (Ω ) · Strøm (A)

U = R · I

Hvis man beregner effekten på hver side af transformatoren, vil den i teorien være ens. Denne regel kan opstilles som en ligning:

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) Strømstyrke I (ampere)

Modstand R (ohm)

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 omskrive effektligningen, hvis man erstatter spændingen U med R · I.

Omskrivningen viser, at den elektriske effekt (P) er lig med modstanden (R) gange med kvadratet på strømstyrken (I2).

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)

1.9 Transformation

1200

1200

1200

600

1

0

0,5

1

1

0

0,5

1

0

1A ˜1A ˜

0,5

ENERGIFORSYNING I DANMARK

9788723041920-Indhold.indd 19

j

600

600

600

0,5

2 2 02V2 0 V

1A ˜1A ˜ 0

Ip = primærstrøm Is = sekundærstrøm

Belastet el-pære Belastet medmed el-pære

2 2 02V2 0 V

1.7 Transformatorens spænding 1.8 Effekttab i ledninger

1200

j

Up = primærspænding Us = sekundærspænding

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.

Elektrisk effekt: P = U · I = (R · I) · I = R · I2

KAPITEL 1

19

16/04/2019 12.22

El-forbrug i hjemmet

ENERGI NU OG I FREMTIDEN

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

j

Varme

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.

1.10 Energiomsætning i hjemmet 1.11 Elektrisk energi

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 9788723041920-Indhold.indd 20

j

1.12 El-pærer – lys og energiforbrug 1.13 Opvarmning af vand – nyttevirkning 1.14 Mål dit el-forbrug

ENERGIFORSYNING I DANMARK

16/04/2019 12.22

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.

M oderne, godt isoleret dybfryser.

Ensretning af vekselstrøm

El-apparater som fx el-pærer, køle-

skabe, 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.

j

1.15 Energispareråd på skolen

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 over store afstande ■ 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

9788723041920-Indhold.indd 21

KAPITEL 1

21

16/04/2019 12.22

Havvin

dmølle

park.

22 22 9788723041920-Indhold.indd 22

16/04/2019 12.22

I 2010 udgav Klimakommissionen en vigtig rapport om Danmarks energiforsyning i fremtiden. Klimakommissionen blev nedsat af regeringen i 2008 og består af en række eksperter inden for naturvidenskab og økonomi. Dens opgave var at give forslag til, hvordan Danmark på længere sigt kan blive uafhængigt af fossile brændsler som kul, olie og gas. Når man bruger disse energikilder, medfører det udledning af CO2, som er en drivhusgas, der vil forøge gennemsnitstemperaturen på Jorden.

Fremover må vi satse langt mere på vedvarende energikilder som vand, vind, sol og biomasse, der ikke udleder CO2 til atmosfæren. Dette kapitel fortæller om de vigtigste af de vedvarende energikilder, som vi skal bygge vores fremtid på.

KAPITEL

Vedvarende energi

2

I DETTE KAPITEL SKAL DU LÆRE MERE OM

Energi uden fossile brændsler Vand som energikilde Vindmøller Solen som ressource Biomasse og affald Hydrogen som lagerstof

h

H vordan kan vi bruge vedvarende energikilder i stedet for kul, olie og gas?

Hvilke udfordringer får vi ved øget anvendelse af vand, vind, sol og biomasse?

9788723041920-Indhold.indd 23

23

16/04/2019 12.22

Energi uden fossile brændsler

Klimakommissionens rapport om Danmarks energisystem blev fremlagt i september 2010. Formanden for kommissionen, Katherine Richardson udtalte ved offentliggørelsen:

fossile brændsler” energisystem uden vejen mod et dansk ”Grøn energi kommissionen. er udgivet af Klima en ission une, Colourbox, © 2010 Klimakomm , Københavns Komm Katberg Olrik Thoft Foto: Hans Chr. havn a/s Energistyrelsen Litotryk Køben Keen Press og Solutions Tryk: Media Solid r: atione Layout og illustr 2. version. på side 81 rettet Oplag: 700 stk. e tal i boks 4.1 enkelt er e udgav I den foreliggende -879-8 ISBN 978-87-7844

er 2010 28. septemb

”Vi taler om en revolution. Vi er nødt til at øge vindkapaciteten til femten gange det, som vi har i dag. Vi skal virkelig have meget mere vind. Men der, hvor vi virkelig skal ændre adfærd, er på transportområdet. Samtidig er vores anbefaling om en ny afgift på fossile brændsler afgørende.”

Grøn energi Grøn energi

ENERGI NU OG I FREMTIDEN

Klimakommissionens anbefalinger

et dan sk – vej en mo d ud en ene rgi sys tem sle r fos sile bræ nd

ionens af Klimakommiss Sammenfatning falinger ltater og anbe overvejelser, resu er 2010 emb 28. sept 2

1

Klimakommissionens rapport har som mål, at Danmark i 2050 skal have et energisystem, der stort set ikke anvender fossile brændsler. Rapporten lægger op til to væsentlige tiltag i de kommende årtier. a. Vedvarende energikilder skal udbygges i stort omfang, så de kan erstatte de fossile brændsler. b. Fossile brændsler skal pålægges afgifter, så befolkningen nedsætter forbruget af disse kraftigt.

F ormanden for Klimakommissionen, Katherine Richardson.

.

lle Stor vindmø

El-bil ved ladestander.

24 KAPITEL 2 9788723041920-Indhold.indd 24

VEDVARENDE ENERGI

16/04/2019 12.22

7 vigtige punkter De væsentligste punkter for at opnå målet er følgende:

6. Transportsektoren omlægges til el og bioenergi. Fremtidens biler skal kunne anvende el og biobrændstof som energikilde. Dette kræver en total omlægning af transportmidlerne, der i dag anvender benzin og diesel. Denne udskiftning kræver, at ny batteri- og motorteknologi udvikles og gøres billig.

1. Mængden af vindenergi skal flerdobles.

Der bygges store vindmølleparker, især til havs, der øger vindkraften op til 18.500 megawatt i 2050.

I dag udgør vindkraften ca. 5.000 megawatt (2015).

2. Biomasse spiller en central rolle. Kraftværker, der anvender halm, træ, biogas og affald som brændsel, skal udbygges. Dette er blandt andet sket på Skærbæk og Studstrupværket.

3. Andre vedvarende energikilder skal supplere vindkraft og biomasse. Det drejer sig især om solceller, bølgekraft og jordvarme (geotermisk energi).

7. Brug af eldrevne varmepumper til boligopvarmning.

Mange boliger opvarmes i dag med oliefyr eller naturgasfyr. Disse brændsler giver CO2-udslip.

Traditionelle fyr kan erstattes af eldrevne varmepumper, der udnytter varmen i luften eller jorden til boligopvarmning. En varmepumpe kan levere 3 kWh varme for hver kWh, den bruger i el.

■ Andet

4. Intelligent elforbrug.

Produktionen af el fra vindmøller svinger op og ned med vindens styrke. Det passer sjældent med den måde, vi bruger energi på i hjemmene og på arbejdspladserne. Ny smart teknologi skal sørge for, at vi bruger mest strøm, når der er stor produktion. Elforbrug, der kan tids-styres på smart måde, er fx opladning af elbiler, varmepumper og vaskemaskiner i private hjem.

■ Landbrug ■ CO2 fra fossile brændsel Fakta

5 13 10

mio. tons CO2

51,5

Danmarks drivhusgasudledninger i 1990, 2008 og uden fossile brændsler m.m. i 2050.

9788723041920-Indhold.indd 25

49,2

2,9 7

0,6

1990

2008

2050

Total: 69,6

Total: 64,2

Total: 10,5

j

VEDVARENDE ENERGI

Mål

5,1

5. Øget samarbejde om energi i Norden.

I Norge og Sverige er el-produktionen i høj grad baseret på vandkraft. I Danmark skal elforsyningen i fremtiden i vidt omfang baseres på vindmøller. Når der ikke er meget vind i Danmark, kan vi få el fra Norge og Sverige. Modsat kan vi levere el til disse lande, når det blæser meget, og vi har større produktion, end vi selv bruger.

Fakta

2.1 Model af drivhuseffekt 2.2 Danmarks energiforsyning

KAPITEL 2

25

16/04/2019 12.22

Vand som energikilde

ENERGI NU OG I FREMTIDEN

Vandkraft i gamle dage Vandkraft har været anvendt som energikilde siden middelalderen.

Energi fra vandmøller har fx været brugt til maling af korn, produktion af papir og til de første spinde- og vævemaskiner i de gamle klædefabrikker.

Vandkraft til elektricitet De første elværker i Danmark var trukket af dampmaskiner, men da kulpriserne steg voldsomt under 1. verdenskrig (1914-18), besluttede regeringen, at der skulle bygges flere vandkraftværker ved de større åer.

Det største kom til at ligge ved Gudenåen tæt ved landsbyen Tange i Midtjylland. Man byggede en høj dæmning, så Gudenåens vand blev stemmet op. Herved opstod den nuværende Tange Sø. Vandet fra søen blev brugt til at trække tre vandturbiner, som hver trak en el-generator.

Kraftværket leverede tidligere strøm til en stor del af Jylland. Nu om dage har Tangeværket og andre vandkraftværker ikke ret stor betydning længere. Produktionen er alt for lille.

I lande med mange bjerge som fx Norge og Østrig har vandkraft meget stor betydning for energiproduktionen.

Vandkraft i udlandet I lande med mange bjerge kan man i langt højere grad udnytte den energi, som sne og smeltevand i bjergene har. Jo højere oppe vandet ligger, des større potentiel energi har det.

Når vandkraften skal udnyttes, bygger man normalt en dæmning, der skaber en kunstig og højt beliggende sø. Vandet herfra ledes via nogle tykke rør ned til et kraftværk.

Det hurtigt strømmende vand driver store turbiner, der er forbundet til el-generatorer, som laver elektricitet.

26 KAPITEL 2 9788723041920-Indhold.indd 26

VEDVARENDE ENERGI

16/04/2019 12.22

dyse med nåleventil

skovlblade

trykrør

Peltonturbine anvendes, hvor van-

det har højt tryk.

Propelturbine anvendes, hvor van-

det har lavt tryk.

Vindmøller Vindenergi i gamle dage Vinden har været anvendt som energikilde siden oldtiden. Man kender til anvendelse af vindmøller i Kina for 4.000 år siden. Her blev de anvendt til at pumpe vand. I det gamle Grækenland anvendte man vindmøller allerede for ca. 2.000 år siden.

I Europa har man kendt vindmøller fra starten af middelalderen. De blev fx anvendt til at pumpe vand væk fra våde og lavtliggende inddæmmede arealer, fx i Holland. Vindmøller blev også anvendt til at male korn til mel. Indtil for ca. 100 år siden var vindmøller til dette formål meget almindelige overalt i det danske landskab. Nogle enkelte er bevarede og står tilbage i dag som minder i landskabet.

De første vindmøller til el-produktion Danmark er i dag et foregangsland inden for vindmølleindustri. Det var vi også for mere end 100 år siden.

Ved Askov Højskole i Jylland byggede en af lærerne, Poul la Cour (18461908), en mølle, der kunne producere strøm.

Da vinden er meget skiftende i styrke, var det et problem for ham at anvende den fremstillede elektricitet. Han brugte derfor elektriciteten til at spalte vand i hydrogen og oxygen ved den proces, som kaldes elektrolyse. Hydrogengas kunne opbevares i en metalbeholder under tryk og anvendes til belysningsformål på højskolen. Det var dog ikke helt ufarligt, idet en lille utæthed i et rør kunne medføre udslip af hydrogen, som er en meget brand- og eksplosionsfarlig gas.

Denne model viser princippet i en

Peltonturbine.

j

2.3 Vandturbinen 2.4 Vandkraftværket

VEDVARENDE ENERGI

9788723041920-Indhold.indd 27

H avnø Mølle ved Mariager Fjord. Vindmølle til maling af korn. Møllen er af den hollandske type, som kom til Danmark i starten af 1600-tallet. Toppen af møllen med vingerne drejer efter vindens retning.

KAPITEL 2

27

16/04/2019 12.22

ENERGI NU OG I FREMTIDEN

Det danske vindeventyr Flere krige i Mellemøsten i 1960’erne og 1970’erne gjorde, at olie blev en mangelvare. Man talte dengang om en energikrise, og de olieafhængige lande måtte derfor finde andre steder at få energien fra. I Danmark begyndte man fx at lave forsøg med vindmøller til el-produktion. Disse møller var langt mere effektive end dem, Poul la Cour benyttede 75 år tidligere. Det skyldtes først og fremmest vingernes form, der nu mindede meget om fly-vinger. Den første vindmølle blev koblet på el-nettet i 1976. Siden hen er udviklingen inden for vindmøller gået stærkt. Vindmøllerne er blevet større og mere effektive, og man placerer dem kun på steder, hvor vinden ikke bremses af landskabets form. Møllerne

Poul la Cours forsøgsmøller i Askov. Foto fra 1897.

samles i dag i store vindmølleparker, hvoraf en betydelig del står i havet.

Vindmøller stod i 1983 for 27 GWh, det samme som 27 millioner kWh. I 2011 sørgede vindmøllerne for 9.845

GWh el-energi – ca. 365 gange mere.

Vindmølleindustrien har også stor betydning for dansk eksport. I 2010 udgjorde vindmøller 9 % af den samlede danske eksport.

V indmøller på land placeres bedst i de røde, gule, grønne og lyseblå områder.

28 KAPITEL 2 9788723041920-Indhold.indd 28

VEDVARENDE ENERGI

16/04/2019 12.22

Elforbrug (GWh)

Elforbrug og vindkraftproduktion ■ Elforbrug ■ El fra vindkraft

40.000 35.000 30.000 25.000 20.000 15.000 10.000 5.000 0

1983

1988

1993

1998

2003

2008

2011

D iagrammet viser, at vinden i dag står for mere end 25 % af el-produktionen.

I 2025 er målet, at denne del skal op på mindst 50 %.

Vindmøllens opbygning En vindmølle består af et højt tårn, der bærer et hus med generator, gearkasse og aksel, hvorpå vingerne sidder. Vinden får vinger og aksel til at dreje rundt. Gearkassen sørger for, at rotationen inde i generatoren altid foregår med samme fart. Det betyder, at generatoren kan levere vekselstrøm med samme frekvens, som el-nettet har. Møllen begynder at producere strøm, når vinden har en fart på ca. 4 m/s. Vindmøllen har sin største effektivitet ved vindstyrker på 10-25 m/s. Hvis vindhastigheden ved storm bliver større, bremses vindmøllen for ikke at blive ødelagt.

Vingerne på møllen har næsten samme form som en vinge på et fly.

Vinden skaber henholdsvis overtryk og undertryk på hver side af vingen.

Det medfører, at vingen med stor kraft drejes rundt.

Leje Aksel Gear

Generator

Vindmøller og miljøet Danmark er et fladt land med meget vind, der gør det velegnet til vindmøller. I de fladeste egne af landet er der allerede opstillet mange vindmøller.

Fremtidens vindmøller vil have højder på 150 meter eller mere, og de vil oftest blive placeret mange sammen i store vindmølleparker.

Med vinger på 55 meters længde vil det ikke kunne undgå at påvirke landskabet meget. Der vil være en konstant uro i synsfeltet af de ro

VEDVARENDE ENERGI

9788723041920-Indhold.indd 29

terende vinger. Der vil også være en del støj både i form af suset fra vingerne i luften samt en dyb rumlen fra mekanismerne i møllehuset.

Alt i alt vil det påvirke nærmiljøet der, hvor de opstilles. Man vil derfor forsøge at placere mange af de nye vindmølleparker i havområder.

j

2.5 Modelvindmøllen

KAPITEL 2

29

16/04/2019 12.22

ENERGI NU OG I FREMTIDEN

Solen som ressource

S olen kan udnyttes til at lave varme og elektricitet. Dette hus har både en solfanger til varmt vand (til venstre) og en række solceller til el (til højre).

Selv om Danmark ligger højt mod nord, kan vi godt udnytte solens energi. Om sommeren, hvor indstrålingen er stor, kan vi endda få meget energi fra solens lys.

Når man er i en stue med store sydvendte vinduer en solskinsdag, mærker man hurtigt, at solen varmer rummet op. Lyset fra solen omdannes til varme, når det rammer vægge, gulv og møbler.

Man mærker også tydelig forskel på solens virkning, hvis man en solskinsdag skifter fra en hvid til en sort T-shirt. Den sorte bliver varm, fordi den absorberer en langt større del af sollyset end den hvide.

Solfanger og varmt vand Absorption af sollys anvendes i solvarmeanlæg på vore boliger. En solfanger består af en stor flad beholder, der er malet sort. Den placeres på husets tag, så den vender mod syd. En pumpe sørger for at sende vand langsomt gennem solfangeren, hvorved vandet varmes op. Det varme vand sender solfangeren videre til en godt isoleret varmtvandsbeholder.

Om sommeren har solstrålerne ved middagstid en indfaldsvinkel på 57,5 grader.

Om vinteren er denne vinkel kun 10,5 grader.

30 KAPITEL 2 9788723041920-Indhold.indd 30

v

ver

solh mer

Som

Danmark

57,5°

Vin

10

ters

,5°

olh

ver

v

Jorden

VEDVARENDE ENERGI

16/04/2019 12.22

Solvarmeanlæg i Danmark er normalt kun et supplement til husets energiforsyning.

I Sydeuropa er solindstrålingen betydeligt større end hos os. Derfor ser man i mange byer, at det varme vand stammer fra små og enkle solvarmeanlæg placeret på hustagene.

Pladeabsorber Glas- eller plastplade Kasse malet med antirefleksmaling

Solfanger Koldt vand

Solceller laver strøm En solcelle omdanner lys til elektricitet. Solcellen er opbygget af to siliciumholdige lag. Når lyset rammer det øverste lag, opstår der en elektrisk spændingsforskel mellem det øverste og nederste lag. Det gør, at cellen kan levere jævnstrøm, hvis den forbindes til en strømforbruger.

Spændingsforskellen i en enkelt solcelle er ret lav, 0,5-0,8 volt, så cellerne skal serieforbindes for at levere højere spændinger.

De solceller, der monteres på hustage, leverer også jævnspænding.

Derfor sendes el-energien gennem en boks, der omdanner den til vekselspænding og sørger for, at spændingen er 230 V. Det er blevet ret populært at få monteret solcelleanlæg på private huse. Et privat solcelleanlæg leverer strøm til elselskabet.

Herved får man nedsat sin elregning.

Er det private anlæg stort nok, kan man ligefrem få gratis strøm.

Varmt vand

Varmtvandsbeholder Huset fyr eller fjernvarme

Ekspansionsbeholder

Cirkulationspumpe Cirkulationspumpe

Varmt brugsvand

Tilførsel af koldt vand

N år Solen skinner bidrager et solvarmeanlæg til det varme vand.

S olvarmeanlæg på tage i Grækenland.

M odel af bil. Bilen kører ved hjælp af strøm fra en solcelle.

VEDVARENDE ENERGI

9788723041920-Indhold.indd 31

KAPITEL 2

31

16/04/2019 12.22

ENERGI NU OG I FREMTIDEN

S olceller kan mange steder placeres, så de ikke ødelægger husets udseende.

j

2.6 Forsøg med minisolfanger 2.7 Rørsolfangeren 2.8 Solceller 2.9 Undersøgelse af solcellelampe

Biomasse og affald Halm og træ Halm og træflis fra skoven kan gøre god nytte som energikilde. Tidligere blev meget halm fra landbruget snittet i småstykker og pløjet ned.

Nu kan det i stedet bruges i store halmfyr til opvarmning eller i mindre kraftvarmeværker, der producerer både el og varme.

Folk, der bor på landet, har normalt ikke mulighed for fjernvarme.

De har et olie- eller gasfyr, der sørger for opvarmningen af boligen. Nogle har erstattet olie- eller gasfyret af et fyr, der anvender træpiller. Pillerne lukkes automatisk ind i brændkammeret på fyret, når der er brug for mere brændsel. Tilbage bliver en lille smule aske, der en gang imellem skal renses ud.

Træflis.

T ræpillefyr.

Halm, træflis og træpiller bruges i dag i stor stil som biobrændsler

32 KAPITEL 2 9788723041920-Indhold.indd 32

Halmfyr.

VEDVARENDE ENERGI

16/04/2019 12.22

Affald som energiressource I gamle dage blev affald kørt på lossepladsen, hvor det blev samlet i store bunker og til sidst dækket med jord. I værste fald sivede farlige stoffer ned i grundvandet.

I dag anvendes affald som en vigtig ressource i vores energiforsyning.

Affald fra husholdninger og industri samles på store forbrændingsanlæg, hvor det brændes i store ovne under kontrollerede forhold. Røgen fra forbrændingen renses, så der ikke kommer forurenende stoffer ud i atmosfæren. Varmen fra forbrændingen bruges til produktion af el og fjernvarme på samme måde som på

et kraftværk. Forbrændingsanlægget kan også anvende biobrændsel som træflis, hvis der i en periode er for lidt brændbart affald.

A.

CO2-neutral eller hvad?

Når vi afbrænder træ, halm og papir, dannes der CO2, ligesom når man brænder kul, olie og gas. Alligevel kalder man disse energikilder for CO2-neutrale. Det skyldes, at kulstoffet i halm, træ og papir stammer fra levende planter, der har optaget CO2 fra luften under væksten – ved fotosyntese. På den måde føres CO2 sådan set bare tilbage til atmosfæren.

B.

F x Påvisning af CO2 ved forbrænding af træ.

A. Forbrændingsprodukter omsamles i cylinderglas.

B. Der tilsættes kalkvand og et hvidt bundfald er tegn på CO2.

A ffald udnyttes i dag i energiproduktionen.

VEDVARENDE ENERGI

9788723041920-Indhold.indd 33

KAPITEL 2

33

16/04/2019 12.22

Forbrænding

ENERGI NU OG I FREMTIDEN

H2O

CO2 Fotosyntese

af træ, halm og papir er CO2-neutral.

Kul

Træmasse

Hydrogen som lagerstof El-energi skal bruges, når den produceres. På almindelige elværker kan man skrue op og ned for produktionen, så den passer til forbruget, der svinger i løbet af døgnet og med årstiden. Med el-energi fra vindmøller har man det problem, at der på nogle tidspunkter produceres mere el, end der kan bruges. Man kan så enten eksportere el-energien til andre lande eller forsøge at gemme energien.

Hydrogen Man kan bruge den overskydende el-energi fra vindmøller til at spalte vand i hydrogen og oxygen. I princippet på samme måde som Poul la Cour gjorde i gamle dage på Askov – ved elektrolyse af vand. Herved dannes både hydrogen og oxygen.

Ved at gemme hydrogenet kommer stoffet til at fungere som et lager af energi. Den brændbare hydrogengas kan så senere anvendes, enten som brændsel i fyr eller som brændsel i brændselsceller, der laver elektricitet.

34 KAPITEL 2 9788723041920-Indhold.indd 34

Brændselscellen I en brændselscelle sker der det modsatte af, hvad der sker ved elektrolyse. Brændselscellen producerer elenergi, når hydrogen ”forbrændes” inde i cellen med luft (oxygen). Forbrændingsproduktet er vand i form af damp. Moderne brændselsceller er meget energieffektive, men fortsat ret dyre at producere.

E lektrolyse som skoleforsøg: Den kemiske proces ved elektrolyse af vand er: 2 H2O à 2 H2 + O2

VEDVARENDE ENERGI

16/04/2019 12.22

Princippet i brændselscellen har været kendt siden starten af 1800-tallet. Ved udviklingen af rumfartøjer i 1960’erne fik brændselsceller praktisk betydning, idet man kunne lave elektricitet af hydrogen uden andre affaldsstoffer end vand.

I dag arbejder flere bilfabrikker på at bygge brændselsceller, der er effektive, billige og ikke for store. Et problem er at finde sikre beholdere til hydrogengas under tryk. Disse beholdere skal nemlig kunne holde, hvis bilen smadres ved et sammenstød. Hydrogen er jo en brændbar og eksplosiv gas, når den kommer i kontakt med luft.

Elektrolyseapparat

Motor med vinge

Solcelle

Brændselscelle D enne brændselscelle er velegnet til forsøg i laboratoriet.

Brændselscelle elektrisk strøm celleforbindelse brændselselektrode elektrolyt luftelektrode celleforbindelse Hydrogengas luftstrøm

B rændselscellen består af to plader beklædt med metallet platin. I midten er en speciel membran, der kun tillader H + -ioner at passere.

Den kemiske reaktion i en brændselscelle er: 2 H2 + O2 à 2 H2O

El-bil med brændselscelle bliver tanket med hydrogen.

j

2.10 Brændselscellen 2.11 Tip 10

Det vigtige i kapitel 2 er at: ■ kende til Klimakommissionens anbefalinger ■ kunne forklare, hvad man forstår ved vedvarende energikilder ■ kunne give flere konkrete eksempler på energiproduktion med vedvarende energikilder ■ kunne forklare både fordele og ulemper ved øget brug af vindenergi og andre vedvarende energikilder ■ vide, hvad man forstår ved ”biomasse”, og kunne give eksempler på energiproduktion baseret herpå ■ kunne forklare, hvordan man producerer energi ved forbrænding af affald ■ kende til måder, hvorpå man kan lagre energi som kemisk energi, fx i batterier eller som hydrogen.

VEDVARENDE ENERGI

9788723041920-Indhold.indd 35

KAPITEL 2

35

16/04/2019 12.22

Jens Hviid, Peter Norrild og Martin Krabbe Sillasen

I Naturens univers møder eleverne fagets indhold formuleret på en klar, velovervejet og pædagogisk måde. Alle elevtekster er redaktionelt bearbejdet ud fra kriterier om faglig læsning.

Naturens univers 9 indeholder seks overordnede temaer      

9

ELEVBO G/

Energi nu og i fremtiden Stråling og radioaktivitet Født til plast Alkohol En renere fremtid Din egen energibalance

FYSIK/KEMI

Fysik/kemi er et fag, der forklarer om naturens opbygning og indretning. Nogle emner inden for faget handler om naturens mindste byggestene fx molekyler og atomer. Andre emner omhandler den fjerne omverden. Det er fx stofkredsløb i naturen.

WEB

Til de enkelte temaer er der 2, 3 eller 4 kapitler.

I alt har 9. klasse elevbogen 16 kapitler.

Naturens univers består af: Elevbog Mappe med arbejdsark Lærervejledning En hjemmeside naturensunivers.alinea.dk Hjemmesiden indeholder digitale arbejdsark af forskellig sværhedsgrad. Derudover er der på hjemmesiden perspektivtekster, der demonstrer anvendelse af fysik/kemi i hverdagen, mindre supplerende tekster til de enkelte kapitler og links.

9

788723

041920

alinea.dk

9788723041920-Omslag.indd 1001

Fysik/kemi · 9. klasse · Elevbog · Web

16/04/2019 12.00