Statoils realfagpris for videregående skole I samarbeid med regionale vitensentre

Transkript

1 Statoils realfagpris for videregående skole 2011 I samarbeid med regionale vitensentre

2 Verdens energibehov er økende Utslipp av klimagasser må reduseres Våre energikilder må utnyttes smartere 2 Statoils realfagpris 2011

3 De som skal endre verden studerer realfag Statoils realfagpris

4 Nøkkelen er nysgjerrighet Det er med glede jeg ønsker deg velkommen til å delta i Statoils realfagpris for videregående skole 2011 Verden i dag trenger unge mennesker som er nysgjerrige på real- og teknologifagene. Min egen nysgjerrighet for disse fagene ble vekket på skolen og jeg valgte derfor å studere teknisk fysikk på NTNU etter videregående skole. Dette var begynnelsen på en utrolig spennende reise for meg! Min nysgjerrighet har lært meg utrolige ting om verden rundt meg, og jeg er stadig vitne til at vi mennesker kan bruke denne kunnskapen til de mest fantastiske prosjekter. Dessuten har jeg fått verdens mest spennende jobb i et selskap som verdsetter min nysgjerrighet. Og det flotteste av alt er at nysgjerrigheten ikke tar slutt. Jo mer du lærer, jo mer ønsker du å vite. I Statoil tror vi at kunnskap om realfag og teknologi er avgjørende for å møte morgendagens utfordringer i verden. Årets oppgaver er valgt for å vise noen av våre utfordringer, og hvordan kunnskaper om realfag og teknologi kan hjelpe oss å løse dem. Jeg håper oppgavene vil pirre din nysgjerrighet og at du vil ta imot utfordringen vår. Lykke til med oppgavene! Margaret Øvrum Konserndirektør Teknologi, prosjekter og boring (TPB) 4 Statoils realfagpris 2011

5 I 2017 kan den stille jenta på vindusrekken være med å løse CO 2 -utfordringene. Og gotheren på bakerste rad kan jobbe med uviklingen av nye, rene utvinningsmetoder for naturgass. I fremtiden kan det være deg som sprenger grenser.

6 Vinn en spennende dag offshore Bli flydd med helikopter til en dag på en av Statoils plattformer i Nordsjøen! De to beste besvarelsene vil også premieres med et stipend på kroner. 6 Statoils realfagpris 2011

7

8 Oppgavene er store Vi trenger din hjelp 8 Statoils realfagpris 2011

9 Om Statoils realfagpris for videregående skole Konkurransen er en landsdekkende realfagkonkurranse for elever i 2. klasse, videregående skole, allmennfaglig studieretning. Konkurransen skal bidra til å styrke kunnskapen om teknologi og realfag og inspirere ungdom til å satse på en utdanning innen disse fagområdene. Konkurransen er et samarbeid mellom Statoil og fire regionale vitensentre i Norge; VilVite i Bergen, Norsk teknisk museum i Oslo, Vitensenteret i Trondheim og Nordnorsk vitensenter i Tromsø. Et vitensenter er et naturvitenskapelig og teknologisk opplevelsessenter for barn og unge, med faglige tilbud tilpasset læreplanen. Vitensenteret VilVite har prosjektansvaret for Statoils realfagpris. VilVite er lokalisert på Marineholmen i Bergen i nær tilknytning til forskermiljøene og utdanningsinstitusjonene. Statoil har samarbeidet med VilVite om konkurransen siden Hva går konkurransen ut på? Statoils realfagpris for videregående skole er en konkurranse der du skal løse oppgaver i kjemi og fysikk. Du kan løse dem alene eller i grupper på to eller tre. Oppgavene finner du bakerst i heftet. Hvem kan delta? Konkurransen er for elever i Vg2, allmenn studieretning/realfag på videregående skoler i Norge. Premier Landet er delt inn i fire regioner. Det blir kåret to vinnere fra hver region. Vinnerne premieres med et stipend på kroner og et diplom. De regionale vinnerne konkurrer videre om prisen som nasjonal vinner, som premieres med et stipend på kroner. De nasjonale vinnerne får også en invitasjon til å besøke en av Statoils plattformer i Nordsjøen. Påmelding og frister Du melder deg på konkurransen via Du vil motta en e-post med bekreftelse og informasjon om hvor oppgaven skal leveres. 15. januar: Påmeldingsfrist 15. februar: Innleveringsfrist April 2011: Regionale premieutdelinger på VilVite i Bergen, Norsk teknisk museum i Oslo, Vitensenteret i Trondheim og Nordnorsk vitensenter i Tromsø Mai 2011: Nasjonal premieutdeling i Bergen Prosjektarbeid i eller utenom skoletid Årets oppgaver er tilrettelagt slik at de kan integreres i ordinær undervisning. Oppgavene er utarbeidet etter kompetansemål i fysikk og kjemi for Vg2. Det vil kreves noe arbeid utenom skoletid. Vi håper at lærerne kan legge til rette for at elevene som deltar, får benytte skoletiden tilsvarende et prosjektarbeid. Praktisk informasjon Alle oppgavene skal besvares. Teksten i besvarelsen skal ikke overstige 10 A4-sider. Kjemi- og fysikkoppgavene vektlegges like mye, det vil si omtrent 5 sider hver. Totalt antall sider er eksklusiv vedlegg (tabeller, figurer, bilder og referanser). Vedlegg kan inkluderes i fremstillingen. Bruk en vanlig skrifttype (Times New Roman, Arial eller liknende) med punktstørrelse 12. Benytt enkel linjeavstand i teksten. Juryen vektlegger korrekte utregninger, godt utarbeidede vurderinger, god og oversiktlig layout og riktig bruk av kilder og referanser. Har du spørsmål om oppgavene eller konkurransen, kan du kontakte prosjektleder Cathrine Strøm Nøstvold på csn@vilvite.no Statoils realfagpris

10 Er du klar? Fremtidens energiløsninger er et sentralt tema i årets oppgaver. Stor velstandsvekst og ønske om ytterligere vekst gjør at verdens samlede energibehov øker dramatisk. Samtidig krever klimautfordringen at vi reduserer CO 2 -utslipp og tar i bruk mer fornybar energi. Vi trenger stadig ny teknologi for å utvikle og utnytte miljøvennlig energi. Oppgavene retter spesielt fokus mot bioenergi og hydrogen som drivstoff. I tillegg ser vi nærmere på grunnleggende prinsipper for seismikk. FYSIKK Oppgave 1 a. Gjør kort rede for hva seismikk er, og hvordan dette brukes i dag. b. Figuren viser en enkel jordmodell der seismiske bølger blir generert (ved skudd S) og forplanter seg ned mot en geologisk grenseflate. Her blir noe av energien reflektert og sendt mot overflaten igjen, hvor den blir registrert på geofonen G, som virker på samme måte som en seismograf. Anta at hastigheten i det øverste laget er v₁ (m/s), tykkelsen av laget er h (m) og geofonen ligger i avstand x (m) fra skuddet. Bølgebanen fra skudd til geofon er tegnet som en grønn stråle på figuren. dyp (m) plassering av skudd og geofoner samt reflekterte stråler skudd i1 x v1 v2 geofon c. Lag en formel som sier hvor lang tid t bølgen bruker fra S til G. Hvilken type kurve er t(x)? d. Plott opp kurven t(x) for 0<x<5km, når h=1000m og v1=2000m/s. e. Noe av energien går gjennom grenseflaten og forandrer retning. Dette kalles refraksjon, og brytningen følger Snells lov: sin i₁/ v₁ = sin i₂/ v₂ hvor i₁ og i₂ er henholdsvis innfallsvinkelen i lag 1 (øverste laget) og utfallsvinkelen i lag 2. Sett opp en formel for vinkelen i2 til den refrakterte bølgen som oppstår når den utgående strålen i fig.1 treffer grenseflaten. Bruk v₂ = 3 km/s og v₁=2000 m/s. Oppgave 2 I forbindelse med den nasjonale MNT (Matematikk, naturvitenskap og teknologi) konferansen Kunnskap for fremtiden som ble arrangert på VilVite i Bergen i februar 2010, uttalte daværende president i NHO, Paul-Christian Rieber, til TV2: Vi har en kompetansekrise nært forestående og det er en stor utfordring for Norge som nasjon om vi skal opprettholde velferdsnivået. Rieber kunne videre fortelle om tilbakemeldingene fra NHOs medlemsbedrifter: Det er i dag ikke mulig å skaffe nok kompetent arbeidskraft med realfagsbakgrunn Figur avstand fra skudd (m) Fakta: I dag søker ca. 15 % av elevene i den videregående skolen til høyere utdanning innen realfag. 10 Statoils realfagpris 2011

11 Påstand: For at vi skal opprettholde og videreutvikle det norske velferdssamfunnet, er vi i fremtiden avhengig av at 25 % av elevene i den videregående skolen velger realfag i sine studier på universitet og høyskoler. a. Redegjør for realfagenes rolle i forhold til å utvikle samfunnet. b. Vurder påstanden ovenfor. Hvis dere mener det er behov for at flere velger høyere utdanning innen realfag, hva kan vi da gjøre for å øke rekrutteringen? Oppgave 3 De siste tiårene har verdens politikere diskutert fremtidens energiløsninger, i lys av den globale oppvarmingen. Sentralt i disse diskusjonene står fornybare og ikke-fornybare energikilder. a. Gjør rede for hva begrepene fornybare og ikke-fornybare energikilder innebærer. Velg to energikilder som eksempler og forklar. Bruk gjerne illustrasjoner. b. Gjør rede for hvilke energikilder vi i Norge benytter i dag, og hvordan fordelingen (i prosent) er mellom disse. c. Gitt at verdens politikere i fremtiden vedtar forpliktende avtaler som krever at samfunnet orienterer seg mer mot fornybare energiressurser, hva kan vi i Norge gjøre? Hva mener dere vil være Norges viktigste energikilder i 2050? KJEMI Oppgave 4 På verdensbasis produseres 72 mill. fat olje per dag (1). Et alternativ til å bruke olje fra fossile kilder er å produsere olje fra biologiske kilder som f. eks raps. Et mål jord (1000 m²) kan produsere ca 114 liter rapsolje per år (2). Oljen består i hovedsak av triglyserider. Den viktigste fettsyren i rapsolje er oljesyre (oleic acid) som er en enumettet fettsyre med 18 karbonatomer. a. Tegn strukturen av triglyseridet med tre oljesyreenheter. b. For å kunne bruke oljesyre som drivstoff til biler, må fettsyrene omdannes til estere ved å la syren reagere med for eksempel metanol. Skriv reaksjonslikningen for dannelsen av metyloleat fra oljesyre og metanol. c. Biodrivstoff er ment å være en tilsetning til fossile drivstoff. Beregn hvor stort areal i km² som trengs for å dyrke rapsolje som tilsvarer 5% av en dags produksjon av olje. (Et fat = 159 liter). d. Fra rapsolje lages såkalt første generasjons biodrivstoff. Basert på svaret i c, redegjør for hvorfor det er viktig å finne fram til alternative produksjonsveier for biodrivstoff (såkalt andre generasjons biodrivstoff)? e. Hva kjennetegner de forskjellige generasjonene biodrivstoff? (1) (2) (tabell 1) Oppgave 5 Hydrogen, H₂ (g), er lansert som et alternativt drivstoff for biler. Det molare volumet av hydrogen er 22,4 liter, og forbrenningsentalpien ΔH(H₂) = -286 kj/mol. Til sammenligning har isooktan (C₈H₁₈), som er en av hovedkomponentene i bensin, en tetthet på 0,69 kg/l og en forbrenningsentalpi ΔH(isooktan) = kj/mol. a. Skriv reaksjonslikningene for hvordan hydrogen og isooktan forbrennes fullstendig med oksygen. b. Regn ut hvor mye energi som frigis ved fullstendig forbrenning av hydrogen og isooktan. c. Diskuter fordeler og ulemper med hydrogen som drivstoff. d. Beskriv forskjellige måter for hvordan vi kan fremstille H₂ (g) e. Redegjør for begrepene energikilde og energibærer. Statoils realfagpris

12 Nå er det opp til deg Statoil ASA NO-4035 Stavanger Norway Telephone COS_ Photos: Helge Hansen, Kim Laland. Illustration: Statoil. October 2010.