Oversikt og manus dag 1

Oversikt og manus dag 1 Innholdsfortegnelse 1.0 Innledning til dagen - story 2 2.0 Innledning energi 6 3.0 Kulebanen Oppdrag 1! 10 4.0 Induksjonsforsøk Oppdrag 2! 12 5.0 Vind- og vannenergiverk Oppdrag 3 og 4! 17 1

SCENARIO! Lyssetting i rommet: Blendingen åpen, lyst. Filmen Velkommen til Engia spilles av. Bølgeskvulp. Elevene kommer inn i rommet og tar på seg labfrakker. Deretter går alle inn i amfiet hvor Newton-lærer innleder. Bruk PowerPointen Engia_dag1. Aktuelt ark står markert i teksten. 1.0 Innledning til dagen - story ARK 1 kart står fremme. Velkommen til Engia! Jeg heter, og er teamlederen deres her på Engia. Dere deltar i prosjektet IEA Energi for framtiden og representerer seks ulike land; Danmark, Norge, Frankrike, Iran, Jemen og Polen. ARK 2 kart med detaljer står fremme. Vi befinner oss altså på denne øya her, og i dette området (peker på teltene på kartet). I dag og i morgen skal dere jobbe her, og hvert land har hvert sitt telt som fungerer som arbeidsstasjon. I teltene har dere en datamaskin som dere skal jobbe på underveis. Rapporten skal skrives her. Dere finner også en del informasjon på Læringsportalen. Men først skal jeg si litt om bakgrunnen for prosjektet. Fire av dere (landene) er medlemmer i OECD (Organisation for Economic Cooperation and Development). ARK 3 om OECD. OECD arbeider for å fremme økonomisk vekst i sine 34 medlemsland, og også for å fremme handel mellom medlemslandene. ARK 4 om IEA Det internasjonale energibyrået IEA ble grunnlagt som et samarbeid mellom OECD landene etter oljekrisa i 1973/74. Bakgrunn for opprettelsen var å arbeide for at landene raskt og effektivt kunne håndtere og redusere sin avhengighet av olje. Siden starten har IEA jobbet med en rekke forskningsprosjekter knyttet til energi. Disse prosjektene er også åpne for land som ikke er medlemmer, men som ønsker å bidra til teknologiutviklingen og dra nytte av den. Slik som Jemen og Iran som er med i forskerteamet her. Prosjektet dere deltar i har ikke pågått så lenge, og dette prosjektet er litt spesielt for IEA. Det er etablert på øya Engia som ligger i Stillehavet, og på nøytral grunn. Når vi snakker om nøytral grunn: Er det ikke egentlig litt underlig det med at vi har landegrenser? ARK 5 Jordkloden. Vi har bare en jordklode og på den har vi alle våre ressurser både i form av mennesker, kunnskap og energi. Men så er det blitt slik at vi sitter på hver vår jordlapp og føler at vi eier det vi har innenfor våre landegrenser. Det er mitt vann, mitt kull. Dette kan det bli bråk av. Vi ønsker energisikkerhet og med det mener vi trygg tilgang til nok energi uten 2

at det blir konflikter. Slik det er i dag må noen land importere energi fra andre land. Dette kan skyldes at de har for høyt forbruk i forhold til energitilgang, eller at de ikke utnytter sine energikilder godt nok. Noe som igjen kan skyldes at landene ikke har god nok økonomi eller god nok teknologi. ARK 6 energisikkerhet. Her er noen faktorer som kan få innvirkning på energisikkerheten I dag er omtrent 1,6 milliarder mennesker uten tilgang til elektrisitet. Det er ca. 23 % av alle på jorda. (verdens befolkning per 2012: 7 milliarder) (2012, kilde: regjeringen.no). 40 % av verdens oljeforsyninger blir fraktet gjennom Hormuz-stredet i Den persiske golf, og eksperter regner med at dette vil øke til 60 % om 20 års tid. Enkelte land har en kanskje uheldig stor rolle når det gjelder å forsyne verdensmarkedet med olje og gass, som gjør at deres egen politikk og utvikling blir av stor betydning for økonomien i verden. F.eks. finnes 60 % av verdens gassressurser i bare to land, Russland og Iran. (kilde: http://www.nato.int/docu/review/2006/issue3/norwegian/special1.html) Under oljekrisa i 1973 var det flere land som produserte olje som innførte oljeboikott. Oljeprisene økte da noe voldsomt, faktisk så mye som 130 % på det meste. I Norge førte dette bl.a. til at det ble innført kjøreforbud i noen helger i november og desember 1973. Har dere noen tanker om hva som kan være klokt å tenke på for å holde energisikkerhet. Det å sikre alle tilgang til nok energi, uten at det blir konflikter (utnytte flere energikilder, mindre forbruk )? Vi har nå sett på bakgrunnen for prosjektet, og hvorfor det er viktig å forske på energikilder og bruken av disse. Men her på Engia er målet vårt å levere en rapport til OECD. Rapporten er todelt. ARK 7 todelt rapport. En del viser prosjektleder Kim Raft at dere har grunnleggende ferdigheter på plass, mens en del består av mer konkluderende svar på noen momenter OECD syns er viktig. ARK 8 momenter. Disse momentene er: Se nærmere på noen utvalgte energikilder, belyse noen fordeler og ulemper med disse. Oversikt over forbruk i de ulike landene. Energikilder i de ulike landene. Effektiv utnyttelse av energikildene som brukes. Prosjektleder for IEA Energi for framtiden er Kim Raft som dere allerede har stiftet bekjentskap med da han satte dere inn i saken. * Han har bedt om å få si litt til. 3

Film fra/av oppdragsgiver(kim Raft) vises *Dersom elevene ikke har sett oppdragsfilmen på forhånd: Har dere ikke fått oppdraget fra han før dere kom hit? Jeg har et opptak av samtalen som dere kan få se nå. Ser filmen som skulle vært vist på skolen. Da går vi over på det neste han SCENARIO! Amfi film har å fortelle dere. SCENARIO! Amfi presentasjon Etter at det ble oppdaget at det andre forskerteamet var korrupt, og det ble sendt herfra, har vi avdekket flere sabotasjeforsøk. Vi tror vi har oppdaget alt, men kan jo ikke være helt sikker. Derfor vil jeg at dere skal ha dette i bakhodet. ARK 9 landslag vs. forskerteam - Dere representerer seks land men husk at til sammen utgjør dere ett team. Det er viktig at dere er klar over at dere skal konkurrere mot flere andre forskerteam. Prosjektleder ønsker selvsagt at alle skal jobbe så bra som mulig, og for at han skal kunne avgjøre hvilket team som er det beste, er det laget et rapportsystem som måler besvarelsene deres. Alle spørsmål og oppgaver skal fylles inn i Læringsportalen. ARK 10 læringsportal. Den finner dere på maskinen som er i arbeidsteltene deres. De ulike spørsmålene vil gi ulikt antall poeng. Det teamet som får høyest poengsum er vinnerteamet og vil motta en flott hedersbevisning når alle teamene har vært her. Det kan være greit at dere har kjennskap til at hvert spørsmål belønnes med en forholdsvis høy poengsum. Derfor vil mye kunne endre seg underveis, og det vil ikke være lurt å ta lett på spørsmålene. Vi vet jo at mange jobber bedre under press så derfor tror vi det vil være bra for forskerteamet dersom alle landslagene forsøker å levere best mulig resultat (Derfor har vi også lagt opp til en liten intern konkurranse mellom dere Vi ser på poengsummene etter i dag, og også til slutt i morgen). 4

Har alle med seg passordene til portalen? Hvis ikke kan Newton-lærer finne disse på nettet etterpå. _ Har dere jobbet i prosjekt tidligere? Har dere pleid å fordele arbeidsoppgaver da? Det er vanlig at de som er med i prosjekt har ulike oppgaver. Det er viktig for å jobbe effektivt. Og i dette prosjektet er dere delt inn i fire forskjellige ansvarsområder. ARK 11 ansvarsområder. Vi tar en kort gjennomgang av hvilket ansvar som tilhører de ulike. ARK 12 ansvarsområder beskrivelse. Beredskapsansvarlig har ansvaret for at oppdraget blir lest høyt for laget. Han/hun skal også påse at alle på laget overholder sikkerhetskrav. F.eks. at vernebriller og hansker brukes der det er påkrevd. Sjefen over all tid har ansvaret for at arbeidsoppgaver blir fordelt i laget og at tidsfrister blir holdt. Informasjonsansvarlig har overordnet ansvar for at laget fyller ut og sender inn rapporten (husk å trykke lagre-knappen). Materialsjefen har et overordnet ansvar for at gruppa rydder alt på plass etter bruk, og at alt utstyret er i orden og inntakt. MERK: Det er viktig å presisere at alle skal være med på alle oppgavene, men det er en som er ansvarlig for å følge dette opp. Dette står også skrevet på oppdragsarkene. På navneskiltene skal dere hake av for deres ansvarsområder. Oppdragskortene ser slik ut. ARK 13 oppdragsark. Her står det skrevet hva oppdraget går ut på, hvor mange poeng oppdraget kan gi, ansvarsområder og noen spørsmål dere kan tenke på underveis. I dag skal dere løse fire oppdrag. Disse omhandler energioverføring, elektrisk energi og fornybar energi. Kulebane, handler om å utnytte stillingsenergien maksimalt Generere elektrisk energi ved hjelp av magneter og spole Utnyttelse av vannenergi 5

Utnyttelse av vindenergi 2.0 Innledning energi Nå er vi klare til å starte! Det korrupte forskningsteamet hadde en svært klar målsetning om å bli berømt. Og de hadde en plan for hvordan det kunne gjøres. De ville skape energi fra ingenting. Tenk om det var mulig! De ville bruke dette for å bli rike på andres behov for energi. Vi har funnet noen ting og papirer etter forskerteamet, bl.a. denne saken her og disse skissene. PANG vi bruker filmbokskanon. Men vi må fortsette Hva er energi? ARK 14 - energi Linke eksempler på energi(kilder) til de landene som er til stede. F.eks. Vann Norge, vind Danmark, kull Polen etc. MERK! be elevene ta på seg frakker, navneskilt og sette seg sammen landsvis. Har de frakker på seg, kan de likevel sette seg landsvis. Viktige poenger under gjennomgangen før 1. oppdrag: Hva er energi (stillingsenergi og bevegelsesenergi)? 1. Hva er energi? Energi er det som gjør det mulig å utføre arbeid. Jo mer energi som er tilgjengelig, jo mer arbeid kan utføres. Eksempler: Mat som gir energi til musklene. Elektrisitet gir energi til motoren, PC en, lyspæra, mobiltelefonen. 2. Hva er en energikilde? ARK 15 bilde (energikilder) Materiale eller naturfenomen som kan omvandles til (for menneskene) nyttige energiformer, som varme, elektrisitet og mekanisk energi (kilde: Store norske leksikon). Hvilken energikilde bruker dere mye av i Polen? Enn i Norge? osv. Vannet gir energi til vannturbinen og generatoren i kraftverket. Vinden gir energi til vindturbinen og generatoren i vindturbinen. ARK 16 grafer fra land 6

3. To hovedformer for energi: - Stillingsenergi - Bevegelsesenergi Denne tunge ballen har stillingsenergi, den kan, om vi slipper den, utføre et arbeid. Hva er det som gjør at denne har en stillingsenergi (tyngdefeltet)? Her er en lett ball også den har stillingsenergi. Hvilken ball har størst stillingsenergi (kan utføre mest arbeid), den tunge eller den lette? Når har ballen størst stillingsenergi, når jeg holder den høyt eller lavt? Det er altså tre ting som bestemmer hvor mye stillingsenergi den har: Høyden, massen og tyngdeakselerasjonen. Når vi slipper den, omdannes stillingsenergien til bevegelsesenergi. Det er to ting som bestemmer hvor stor bevegelsesenergi den har: Farten og massen 4. Energiloven Energi kan ikke oppstå av ingenting, men kun omdannes fra en form til en annen. ARK 17 - energiloven Stillingsenergi omdannes til bevegelsesenergi. La oss slippe ballen og se hva som skjer: - Stillingsenergi omdannes til bevegelsesenergi - Ved bakken er all stillingsenergi omdannet til bevegelsesenergi - Når ballen spretter, så omdannes bevegelsesenergien til stillingsenergi igjen. Hvorfor spretter den ikke like høyt som fra der vi slapp den? Dersom ballen spratt høyere enn fra der vi slapp den, så ville den ha mottatt energi. Dersom den ikke spretter like høyt har den mistet energi. 5. Det vil alltid være tap av energi til omgivelsene Dersom ballene slippes samtidig, vil begge tape energi. Hvilken ball taper mest energi, den store eller den lille? Hvor blir det av energien? (varme, risting i gulvet, lyd, deformering av ballen). Energi vil aldri forsvinne, men kun overføres fra en form til en annen, som oftest med noe tap til omgivelsene i form av varmeenergi. 6. Overføring av energi - stor og liten ball Hva vil skje om vi slipper ballene sammen (den ene over den andre)? 7

La elevene gjette, deretter demonstrer Newton-lærer. 7. Overføring av energi lett og tung ball Slipper en lett og en tung ball sammen (sprettball og bordtennisball). Den tunge ballen overfører energi til den lette ballen. 8. Pendelen nesten uten tap til omgivelsene (Ikke med i modulen i utgangspunktet. Nils Kristian Rossing testet denne i Trondeheimsrommet, derfor er den med i manus. Pendelkule finnes blant utstyret.) Her har vi et system hvor vi har lite tap av energi. Vi slipper en pendel og ser at den kommer omtrent like høyt på andre siden. Systemet har lite energitap til omgivelsene og kan svinge lenge. Vi kan slå inn en spiker og se at tapet fortsatt er nesten like lite ved at kula kommer like høyt på den andre siden. Til tross for at spikeren hindrer pendelen, så svinger den opp til utgangshøyden og omtrent samme stillingsenergi som i utgangspunktet. Mulig snakkekonsept som kan ses i sammenheng med punktene 2-6 : - Se på denne basketballen. Jeg hviler den i hånden min og kjenner tyngdekraften presse den mot golvet. Jeg utfører et arbeid og skyver ballen opp mot taket. På den måten øker jeg ballens stillingsenergi. Jeg gjør et større arbeid, løfter ballen høyere opp og den får mer stillingsenergi. Jeg har tenkt å slippe ballen ned på bordet. Hva vil skje da? Hvor høyt tror dere den vil sprette høyere eller lavere enn før? Dere har rett, den vil komme tilbake med mindre stillingsenergi. Henter en liten sprettball. Nå skal jeg spørre dere et spørsmål som kanskje er litt verre å svare på Dette her er en super sprettball, som spretter veldig bra. Vi gjør det samme her. Jeg holder ballen med hånden, og kjenner tyngdekraften presse den ned mot golvet. Jeg utfører et arbeid for å skyve ballen mot taket og dermed øke stillingsenergien. Mer arbeid, mer stillingsenergi. Jeg vil slippe ballen og når den treffer bordet vil den sprette opp igjen. Vil den komme tilbake med mer energi, like mye som tidligere, eller mindre energi? Dersom noen tipper mer: Noen trodde den ville komme tilbake med mer energi, men det er fordi dere er så vant med å gi ballen en ekstra kraft på tur ned. Men hvor blir det av energien? Forsvinner den bare? Hold hendene deres på bordet her. Nå 8

slipper jeg ballen ned. Si i fra dersom dere kjenner noe. Hvem kjente noe? Dere kjente energien fra ballen. Den forsvant ikke bare men går over til en annen form. Noe til varme, noe til lyd Ballen har overført noe av energien sin til omgivelsene. - La oss prøve dette henter basketballen igjen, og holder både den og sprettballen. Hvis vi slipper basketballen alene spretter den tilbake til hit. Har dere noen gang forsøkt å slippe to baller i lag som dette? Tester det og observerer at sprettballen spretter svært høyt. Kom energien fra ingensteds, eller kom det fra noe? Den kom fra basketballen, ja. I sted så alle på sprettballen under forsøket. Nå skal jeg gjøre det en gang til, og nå kan alle se på basketballen. Se om den spretter tilbake med mindre energi enn tidligere. Viser først basketballen alene, og observer hvor høyt den spretter da. Slik spretter den når den er alene. Husk denne høyden og se på basketballen når jeg igjen bruker begge ballene. Så det ble altså overført energi fra basketballen til sprettballen. Kommentar til innledning om energibegreper: - Under gjennomgangen er det ekstremt viktig å fokusere på noen få poenger, men til gjengjeld få fram disse meget tydelig, gjerne med flere eksempler. - Det brukes en stor og en liten ball. En kan også bruke to små baller med forskjellig masse (bordtennisball (4g) og sprettball (44g)). Dermed får en fram at det ikke er størrelsen det kommer an på, men massen. Det kan imidlertid være vanskelig å slippe de to ballene slik at de spretter pent når de treffer gulvet. - Slipper man to bordtennisballer som har lik masse, får man også fram poenget med at omtrent all energien overføres til den ene ballen, mens den andre blir omtrent liggende i ro på gulvet. Det kan imidlertid være vanskelig å lykkes med eksperimentet da ballene har vondt for å falle rett over hverandre. - Ved hjelp av en pendel kan man lett demonstrere hva som skjer i et system med omtrent ingen friksjon. Man kan bruke en pendel festet til en vegg eller stativ (Galileos eksperiment). Her vil en meget tydelig se at loddet i pendelen får igjen omtrent all stillingsenergi når den svinger opp på motsatt side. I det laveste punktet er all energien omdannet til bevegelsesenergi. Da et slik apparat ble demonstrert 1.10.09, viste spørsmål knyttet til eksperimentet at elevene ikke helt hadde skjønt den tidligere gjennomgangen av stillings- og bevegelsesenergi. Dette er konsekvensen av mange begreper på kort tid. - Energikjeder kan nevnes under forberedelsene til kulebanen, og utdypes ved gjennomgangen av vann- og vindenergiverkene. 9

Manus Manus ENGIA Statoil energirom. Dag 1 fornybar energi 3.0 Kulebanen Oppdrag 1! - Men nå er det klart for første oppdrag. Dette oppdraget legger vekt på godt lagarbeid og også problemløsningsevner. ARK 18 bygg en kulebane. Dere skal bygge en kulebane og en bil, med påfølgende konkurranse. Newton-lærer viser utstyret som skal brukes. Posisjon for start og slutt er bestemt. Banen skal ha minst en loop. Når kula forlater banen skal den skyve bilen lengst mulig langs gulvet. Velg en av kulene. I konkurransen har dere tre forsøk Før dere starter skal vi se på noen Grubletegninger. Først det som angår banen. Newtonlærer viser grubletegningene fra mentometer-programmet. MENTOMETERKNAPP-spørsmål 1: Hvor er det lurest å plassere loopen? (ARK 19) Hypotese 1: Det er lurest å ha loopen så høyt som mulig, da mister kula minst fart. Hypotese 2: Det spiller ingen rolle hvor loopen plasseres. Hypotese 3: Det er lurest å ha loopen på midten. Da har kula nok fart til å gå rundt, samtidig som den ikke mister så mye fart på slutten. Hypotese 4: Det er lurest å ha loopen så langt nede som mulig. Da vil kula ha størst fart, og mister derfor minst fart. MENTOMETERKNAPP-spørsmål 2: Er det lurest at kula blir med bilen, eller bare støter bort i den? (ARK 20) Hypotese 1: Det spiller ingen rolle om en gjør det ene eller andre. Hypotese 2: Det beste er om kula blir med bilen. Da vil mest mulig energi fra kula bli overført til bilen. Hypotese 3: Det er best om kula bare støter bort i bilen. Da slipper den å frakte kula, som tapper den for energi. 10

Elevene må velge en av hypotesene ved hjelp av mentometerknappene. Det er flott om dette kan gjentas etter aktiviteten er ferdig for å se om det er noen endring. Vær oppmerksom på fornuftig arbeidsfordeling i landslaget, men husk å samarbeide. Hele landslaget er tjent med at alle greier sine oppgaver! - SCENARIO! Kulebane Elevene gjennomfører aktivitet 2.2.1. Kulebane - bygger banen og bilen - jobber med delrapporten Konkurransen hvem har den beste kulebanen? Åpne spørsmål som kan tas over høyttaler-anlegget underveis hvis behov. - Hvorfor ligger det sugerør i utstyrssettet til farkosten? - etc. - en og en kulebane testes, mens alle ser på - rullelengde måles og noteres - deltakerne arbeider videre med delrapporten Oppsummering av kulebaneaktiviteten: Det er viktig med en oppsummering og gjennomgang i etterkant for å peke på kloke og mindre kloke valg ved byggingen. Start gjerne med en ny test med mentometerknappene, og se om resultatet har endret seg. Diskuter så åpent med elevene ut fra deres erfaringer. Kommentar til kulebanen Oppdraget burde gi direkte forståelse for begrepene stillings- og bevegelsesenergi. Newton-lærer må jobbe for å hjelpe elevene til å oppdage disse sammenhengene. Dessuten må Newton-lærer passe på at elevene ikke mister fokus for mye underveis, med alle de praktiske problemene som byggingen av banen medfører. Før elevene går i gang med oppdraget bør erfaringene knyttet til stillings- og bevegelsesenergi, og tap av energi oppsummeres. Elevene oppmuntres til å tenke gjennom hvilke konsekvenser dette har for bygging av banen. Dessuten oppmuntres de til tidlig å begynne å se på spørsmålene i delrapporten, da denne vil være med å bevisstgjøre dem under arbeidet. 11

Manus Manus ENGIA Statoil energirom. Dag 1 fornybar energi SCENARIO! STOPPEFFEKT på slutten før lunsj! Kort til Sjefene for all tid: Finn ut hvilke energikilder deres land bruker til elektrisitetsproduksjonen. Hvor mye elektrisk strøm produserte dere i 2012? Oppgis i TWh. LUNSJ. God lunsj! Vi ses igjen om en halv time. Det avtales med lærer hva elevene kan gjøre i lunsjpausen. Det må tydelig avklares når alle må være tilbake. Det er ikke anledning til å spise etter at lunsjpausen er ferdig. 4.0 Induksjonsforsøk Oppdrag 2! Bakgrunnsstoff til Newton-lærer. Elektromagnet: Ved en tilfeldighet oppdaget den danske fysikeren Hans Christian Ørsted at en strømførende leder satte opp et magnetfelt rundt seg. Dette skjedde mens han utførte et eksperiment med sterke strømmer, og tilfeldigvis oppdaget han at en kompassnål som lå i nærheten beveget seg når han skrudde på strømmen. Denne oppdagelsen offentliggjorde han i 1820. Elektrisk generator: Etter at Hans Christian Ørsted hadde oppdaget at strømførende ledere satte opp magnetfelt, begynte forskere å lure på om det motsatte var mulig; om magnetfelt kunne frambringe elektrisk strøm. Etter mange resultatløse forsøk var det den engelske fysikeren Michael Faraday som endelig fant svaret i 1831. Nærmest ved et uhell fant han ut at det ble produsert elektrisk strøm hvis lederen og magneten beveget seg i forhold til hverandre. 12

Innledning Under kulebaneaktiviteten arbeidet dere med energi, og energioverføring. Et lyn er en strøm av ladde partikler. Der det går strøm overføres det også energi. Vi har snakket om energi før i dag, og sett på ulike energiformer. Verden har et stort forbruk av elektrisk energi. Selv om faktisk ca. 23 % på jorda ikke har tilgang til elektrisitet ennå. Dere har hatt fokus på fem ulike land, som bruker ulike kilder til produksjon av elektrisitet. ARK19 - oversikt el.produksjon fra de ulike land. Elektrisitet var lenge et fenomen naturvitere anså som ubrukelig til noe som helst nyttig. Det var først da man skjønte sammenhengen mellom elektrisitet og magnetisme at det begynte å skje ting. Dere skal eksperimentere med disse sammenhengene nå. Elevene gjør Aktivitet 2.2.2. Generering av elektrisk energi Newton-lærer viser utstyret og demonstrerer eksperimentet. Gir oppgaven til elevene: Prøv dere frem, og lag en beskrivelse av hva som skjer. Gruppene går til arbeidsstasjonene, utforsker eksperimentet. Felles samling. Elevene legger frem beskrivelser, svarer på spørsmål, utfordrer andres beskrivelser. Newton-lærer: Hva kan varieres? (antall magneter, antall vindinger, hastighet på magnet. Ny runde med eksperimentering. Felles diskusjon: Sammenhenger? Formler? Hva kaller vi fenomenet? Utstyret? Elevene individuelt: Skrive inn i læringsportalen. Forsøk å forklare det dere tror skjer i eksperimentet. Punkter som kan tas med i fellessamlingen med elevene, enten før, under eller etter. 13

Hva er med på å bestemme hvor mye elektrisk strøm vi får i ledningen? farten på magneten magnetens styrke (styrken på magnetfeltet) antall vindinger lederen (spolen) har Hva slags energi snakker vi om her? Elektrisk energi. Er det også stillingsenergi og bevegelsesenergi her? TEST OG VURDER om dette skal tas med: La oss lage en sammenligning mellom det vi snakket om før lunsj og stillingsenergi, bevegelsesenergi og elektrisk energi. En analogi (fra stillingsenergi til bevegelsesenergi) ARK 22 mekanisk energikjede. Ballene tilføres stillingsenergi av gutten, så ruller de nedover renna til de faller utenfor kanten og får fart. I fallet omdannes den stillingsenergien til bevegelsesenergi. Når ballene treffer den nedre renna avgis energi som lyd, varme, deformering av ballen og risting med mer (ARK 23), før de ruller tilbake til gutten som gir dem ny stillingsenergi ved å løfte dem opp til den øverste renna. Mengden stillingsenergi bestemmes av høyden og massen til ballene, og tyngdekrafta (tyngdefeltet). Figur 1 - fra stillingsenergi til bevegelsesenergi Elektrisk energi (fra elektrisk stillingsenergi til bevegelsesenergi) ARK 24 elektrisk energikjede I den elektriske lederen er det elektriske ladninger, negative elektroner, som kan bevege seg. For at de skal kunne bevege seg ( falle ) gjennom den elektriske ledningen, må de tilføres stillingsenergi fra batteriet. Mengden stillingsenergi bestemmes av spenningen på batteriet 14

og ladningen til elektronene. Spenning måles i volt (V). Når vi kobler batteriet til lyspæra i en sluttet krets, vil elektronene begynne å bevege seg gjennom ledningen. Elektronenes stillingsenergi omdannes til bevegelsesenergi. Antallet elektroner som går gjennom ledningen, er den elektriske strømmen som måles i ampère. I lyspæra omdannes elektronenes bevegelsesenergi til lys- og varmeenergi. Figur 2 - Fra elektrisk stillingsenergi til bevegelsesenergi Vi skal nå se hvordan vi kan erstatte batteriet med magneter i bevegelse. Hva er magnetisme? Vi vet at alle magneter har en nord- og en sydpol. Når vi holder dem mot hverandre vil like poler frastøte hverandre og ulike tiltrekke hverandre. Den røde enden er nordpolen. Vi merker altså at det virker krefter mellom magneter. Vis at magnetene tiltrekkes og frastøtes. Noen magneter er så sterke at de knapt kan løsnes fra hverandre. Det er også slik at ladninger påvirkes av magneter. Når en magnet beveger seg forbi en ladning vil ladningen utsettes for en kraft. Dette skjer bare når magneten og ladningen er i bevegelse i forhold til hverandre. Demonstrer med kompass, ledning og batteri. Vi bytter ut batteriet med magneter i bevegelse ARK 25 lag elektrisitet med magnetisme Engelskmannen Michael Faraday oppdaget at batteriet kunne byttes ut med magneter i bevegelse. Sørger man for at magnetene er i stadig bevegelse, vil elektronene gå fram og tilbake i ledningen. Når magneten går inn i spolen vil elektronene, og dermed strømmen, gå den ene veien. Beveger magneten seg ut av spolen, vil elektronene gå den andre veien. Hver endring av magnetfeltet gir ett strømstøt. Strømstyrken bestemmes av størrelsen til endringen i magnetfeltet. 15

Figur 3 Det er bevegelsesenergien til magneten som omdannes til elektrisk energi. Effekt, energi overført per tid (ARK 26) testes og vurderes om og hvor mye av dette som tas med. Tenker effekt er relevant i forhold til økten med kraftverkene. - lyspærer har forskjellig styrke. Wattstyrken til en lyspære forteller hvor mye energi som blir overført til lysenergi og varmeenergi per sekund. - Størrelsen energi per tid kaller vi effekt: Effekt = energi/tid. Enheten for effekt er watt (W). Fra definisjonen av effekt, ser vi at 1 W = 1 J/s - En 40 watts lyspære gir fra seg energien 40 J hvert sekund - En vanlig varmeovn kan gi fra seg 2000 W. Når vi betaler for den elektriske energien vi bruker hjemme, blir energienheten kilowatt-time (kwh) brukt. En kilowatt-time er den energien som en ovn på 1 kw = 1000 W gir i løpet av en time. 16

5.0 Vind- og vannenergiverk Oppdrag 3 og 4! Hva erfarte dere i forrige oppdrag? Jo, elektrisk energi genereres når magnet og spole beveger seg i forhold til hverandre. Hvor mye indusert strøm avhenger også av noen faktorer: - styrken på magnetfeltet - hastigheten til magnetene - antall viklinger på spolen Energikjede, vanngeneratoren (vannkraftverket) I kulebaneaktiviteten tidligere i dag snakket vi om to typer energi. Hvilke var det? Kula startet med stillingsenergi. Hva skjedde når vi slapp den? (stillingsenergien begynte å gå over til bevegelsesenergi). Vi fikk en energioverføring. Kan dere tenke dere hva en energikjede er? Nesten all energi kommer fra sola. Hvordan tror dere energikjeden til vann som produserer elektrisk energi kan se ut? ARK 27 + 28 energikjede vann. Figur 4: Solenergi! fordampning av vann Fordampet vann fraktes inn over land med vinden og faller ned som regn. Vannet samles og lagres i vann (magasiner) - lagring av energi stillingsenergien i de høytliggende vannene! bevegelsesenergi i Figur 4 - vannets kretsløp elvene Figur 5 - vannenergiverk Figur 5: Stillingsenergien i vannene (magasinene)! bevegelsesenergi i rørgater energien i rørgatene! bevegelsesenergi i turbinen bevegelsesenergien i turbinen! elektrisk energi i generatoren 17

Elektrisk energi egner seg for transport langs linjer (elektriske ledninger). I forrige oppdraget genererte dere elektrisk energi. Hvordan gjorde dere det? Hvor kommer denne energien fra? Det dere har gjort nå med magneter og spoler er det som forenklet sagt også skjer i en generator i et kraftverk. I praksis betyr det at alt som går rundt kan lage vekselstrøm. Man trenger noe som kan drive magnetene eller spolene hurtig rundt. Vis demonstrasjonsgeneratoren. Hva kan være drivkraft? (For eksempel vann i et vannenergiverk. Det kan også være vindenergi som driver turbinen, eller det kan være damp.) I Norge er det aller vanligst med vann i bevegelse til å drive turbinen, mens det i Polen er damp. Å gjøre det med håndkraft har dere vel opplevd ikke holder til å dekke våre behov. Felles for disse kraftverkene er at de har en turbin som drives rundt, og som igjen driver en generator. ARK 29 - Energiverk Her ser dere en illustrasjon av et dampkraftverk. Altså ulike brensler kan brukes. Hva driver generatoren? Damp under trykk. ARK 30 vannenergiverk. Hva driver generatoren i et vannkraftverk? Enn i vindturbiner? ARK 31 vindenergiverk. Husk på at de representerer ulike land som bruker ulike energikilder til produksjon av elektrisk strøm. Dette kan gjerne brukes i dialogen med elevene. Dere skal nå få et oppdrag som tester om dere har forstått det dere har jobbet med nå. Før jeg gir dere det, skal jeg vise dere utstyret. Etter at Newton-lærer har gått gjennom måleutstyret får elevene oppdraget. - Til alle informasjonsansvarlige: Husk å se til at landslagene gir gode gjennomtenkte svar. Elevene gjør Aktivitet 2.2.3. Vannenergi og aktivitet 2.2.4. Vindenergi 18

Vannenergi Utnyttelse av energi i fallende vann har vært benyttet i lang tid. Vi vet at grekerne brukte vannhjul til å male korn for over 2 000 år siden. Men det var først i middelalderen at teknologien ble spredt til større deler av Europa. Vannkraft var også viktig under den industrielle revolusjonen i starten på 1800-tallet, og ga mekanisk kraft til tekstil- og maskinindustri. Første gangen man benyttet vannkraft til produksjon av elektrisk energi var i 1870. Kilde: Fornybar energi 2007. I dag står vannenergi for 16,5 % av verdens elektrisitetsproduksjon. (kilde:iea.org). Vindenergi De første vindmøllene, i den formen og med det utseendet vi er blitt vant til å se dem i våre dager, ble først tatt i bruk i Normandie i Frankrike, og noe senere i Spania og Portugal. Etter hvert spredte den nye formen for energiproduksjon seg over store deler av det kontinentelle Europa, men også til Danmark og det sydlige Sverige. På begynnelsen av 1300-tallet var tusenvis av vindmøller i drift i Nederland og Belgia. I et lite distrikt i de mest vindfylte delene av Flanderen, er det dokumentert at det var 120 møller i virksomhet på dette tidspunktet. Nå i dag står vindturbiner for ca. 1,4 % av det globale el-forbruket. kilde: iea.org Oppsummering etter vann- og vindoppdragene. Rund av med oppsummering og diskusjon. Hvor mye energi greide dere å generere i vannenergiverkene? Enn i vindturbinen? Hvilke variabler hadde betydning for energiproduksjonen? Gi landslagene gjerne en oversikt over hvordan de ligger an i poengsum. Ev. kan det gjøres ved starten dagen etter. Dere har gjort et bra arbeid i dag. Nå er det over for i dag, men vi ses i morgen. 19