INNEHÅLL
Ämnen >|< Teman
Teman >|< Ämnen
Ämnen >|< Teman
SPORT OCH FRITID
Bollar
Höga och långa hopp
Håll dig varm
Tryck på olika nivåer
Sammanfattning
Fördjupning
KRAFT, RÖRELSE OCH ENERGI
Vad är rörelse?
Vad är kraft?
Arbete och energi
Effekt
Sammanfattning
Fördjupning: Relativitetsteorin
TRYCK OCH VÄRME
Inledning tryck och värme
Tryck
Värme och temperatur
Väder och klimat
Sammanfattning
Fördjupning: värmemaskiner
NATURVETENSKAPLIGT ARBETSSÄTT
Fysikens ramar
Vad är fysik?
Observera
Beräkna
Modeller
Källkritik
Sammanfattning
TRYCK OCH VÄRME
Fördjupning: värmemaskiner
|
9-6-1 Fördjupning
I slutet av 1700-talet var Sverige ett av Europas fattigaste länder. Detta förändrades drastiskt under den industriella revolutionen, mycket tack vare motor-uppfinningar som ångmaskinen. Utvecklingen av motorer lade grunden för fabriker och transporter och det hjälpte Sverige att bli ett av världens rikaste länder. |
|
9-6-2 Förbränningsmotorn För klimatets skull håller vi idag på att gå över till elmotorer och bränslen som vätgas. Men många av dagens fordon bygger fortfarande på samma grundprincip som utvecklats under hundratals år: förbränningsmotorn. En motors uppgift kan låta enkel: få hjulen att snurra. Men hur omvandlar man egentligen energin som finns lagrad i bränsle till en snurrande rörelse? För att förstå det måste vi först titta på de fysikaliska regler som styr motorn. Tricket är att utnyttja att tryck och temperatur hänger ihop. När man ändrar temperaturen ändras trycket. Två huvudprinciper används i en motor:
Motorns delar För att omvandla trycket från den varma gasen till rörelse behövs några smarta mekaniska delar. [bild på motorns delar]
De fyra takterna – Motorns arbetscykel För att vevaxeln ska fortsätta snurra måste motorn upprepa en serie händelser om och om igen. Detta kallas för en arbetscykel. Varje cykel består av fyra steg, och när dessa är klara har vevaxeln snurrat två varv.
När cylindern är tom är motorn redo att börja om på steg 1 igen. Varvräknaren i en bil visar hur många sådana här cykler motorn hinner med varje minut. Ju mer man gasar, desto fler explosioner sker per sekund. Ju fler explosioner per sekund, desto snabbare snurrar vevstaken. Och ju snabbare vevstaken snurrar, desto snabbare snurrar hjulen. [bild på en cykel med motorn] En serie av fyra bilder som visar principen för hur en motor fungerar. |
|
9-6-3 Kylskåpet Två fantastiska uppfinningar som har gjort livet enklare är kylskåp och frysar. De låter oss förvara mat mycket längre än vi kunde utan dem. Kyl och frys har också gjort det möjligt att transportera känsliga varor som till exempel mediciner. Både kylskåpet och frysen bygger på samma idé. Kylskåpet är en svensk uppfinning från 1922. Idén bygger på att man flyttar värme inifrån kylskåpet och släpper ut den i köket. [Bild. En bild som beskriver hur ett kylskåp fungerar där det är kallt i kylskåpet och varmt utanför.] För att förstå hur det här går till måste vi först titta på kylskåpets olika delar.
I kylskåpet utnyttjar man två fysikaliska regler för att kyla maten:
Nu ska vi kika på hur de olika delarna i kylskåpet använder de här fysikaliska reglerna.
|
De svenska ingenjörsstudenterna Baltzar von Platen och Carl Munters uppfann det moderna kylskåpet år 1922. Företaget Electrolux köpte uppfinningen, som snabbt blev en succé. |
|
9-6-4 Värmepumpen Värmepumpar har blivit ett populärt sätt att värma hus på. Värmepumpen är väldigt effektiv och minskar elförbrukningen. På sommaren kan man också använda den för att sänka temperaturen inomhus. Om man använder värmepumpen för att sänka temperaturen kallas den för luftkonditionering eller AC (från engelskans air condition). I båda fallen är principen för värmepumpen exakt den samma som för kylskåpet [länk till avnsittet om kylskåp ifall det här inte kommer direkt efter det]. Man flyttar värme för att kyla ner eller värma upp huset. Husets väggar har nu samma funktion som kylskåpets väggar. Helst ska alltså huset vare isolerat, och alla fönster stängda, så att värme inte flyttas mellan det kalla och det varma området. [Bild a) Bild över hur köldmedlet transporteras mellan utomhus och inomhusdelen. b) en monterad inomhusdel av värmepumpen. c) tre monterade utomhusdelar för tre olika värmepumpar.] I en värmepump transporteras köldmedel i rör från utsidan av huset till insidan. Ska man ha en värmepump måste man alltså installera två delar, en utomhusdel och en inomhusdel. Genom att höja och sänka trycket höjer och sänker man temperaturen på köldmedlet. Precis som i ett kylskåp använder man en kompressor för att värma köldmedlet och en trycksänkningsventil för att sänka temperaturen. Både kompressorn och trycksänkningsventilen sitter på utsidan av huset, eftersom de låter ganska mycket. På vintern använder man värmepumpen för att ha det varmt och skönt inomhus. Då fungerar värmepumpen så här:
Både kylskåpet och värmepumpen bygger på principen att om trycket ökar så ökar temperaturen, och om trycket minskar så minskar temperaturen. Vi ändrade alltså på temperaturen genom att ändra på trycket. När vi tittade på motorn så ökade vi istället trycket i gasen genom att öka temperaturen. Vi ändrade alltså trycket genom att ändra temperaturen. Om man vill kan man därför säga att ett kylskåp eller en värmepump är som en motor som körs baklänges. |
|
9-6-5 Sammanfattning – värmemaskiner Motorer, kylskåp och värmepumpar kan verka som helt olika uppfinningar, men de bygger på liknande fysikaliska idéer. I en förbränningsmotor används värme för att öka trycket i en gas. När bränsle och luft antänds i cylindern blir gasen mycket varm, trycket ökar och kolven pressas nedåt. Med hjälp av vevstake och vevaxel omvandlas kolvens rörelse till rotation som kan driva hjulen på ett fordon. Motorn visar alltså hur kemisk energi i bränsle kan omvandlas till värme, tryck och till slut rörelse. I ett kylskåp och en värmepump används också sambandet mellan tryck och temperatur, men på ett annat sätt. Genom att höja och sänka trycket på ett köldmedel kan man få det att ta upp värme på ett ställe och lämna ifrån sig värme på ett annat. Kylskåpet flyttar värme från maten inne i skåpet till luften i köket. Värmepumpen gör samma sak, men i större skala: den kan flytta värme från utomhusluften in i huset på vintern, eller från huset utomhus på sommaren. Tillsammans visar de här exemplen hur viktig energiomvandling är i vardagen. En motor omvandlar energi till rörelse, medan kylskåp och värmepumpar flyttar värme från en plats till en annan. I alla fallen används kunskap om värme, tryck, temperatur och energi för att lösa praktiska problem: att få fordon att röra sig, att hålla mat kall och att värma eller kyla våra hem. Det visar också att fysik inte bara handlar om formler, utan om tekniken som finns runt omkring oss varje dag. |
|
Uppgift - Fördjupning: värmemaskiner |