EKSAMENSFAG: NSM -Natur, Samfunn og Miljø Ordinær eksamen v-03
DATO: 26.5.03
4. (1) -Forklar kva vi meiner med effekt
i energisamanheng.
-Lag ei kort veiledning, gjerne med bruk av figur,
som viser korleis elever skal bruke straum frå ein sykkeldynamo til å drive 1) ei lyspære
og 2) ein elektromotor. Nemn og kva slags utstyr og data ein treng for å finne
konkrete verdier for effekt i desse tilfella.
-Kva er det som avgjer
kor mykje effekt som vert overført gjennom elektriske ledningar i slike tilfeller?
5. (1) -Kor mykje energi (sollys) treff ei flate på 0,1m² i løpet
av 5 minutt om vi antar at sollyset inneheld 1kW/m².
-Kor mykje energi trengst for
å varme opp 40 l vatn i eit badekar frå 10 til 40 °C når vi antar ein verknadsgrad
på 40% i oppvarminga av vatnet. Varmekapasiteten til vatn er 4,2kJ/kgK.
-Kor
mykje ved vil ei slik oppvarming bruke om energiinnhaldet i ved er 1800kJ/100g
Løsningsforslag:
4
Effekt er en verdi for hvor fort energi omdannes eller
mer presist: overført energimengde pr tidsenhet (P=E/t).
-Figur til høyre
viser utstyr og kobling. Merk at vanlige små elektromotorer trenger likestrøm
og derfor er det en likeretter mellom dynamo som vanligvis leverer vekselstrøm
og elektromotoren. For å finne overført effekt må man ha et multimeter og måle
strøm(I) og spenning(U) og effekten er da P=UI.
-Det som bestemmer effekten
er både hastighet til dynamoen (bestemmer spenningen) og belastningen/hvor mye
strøm lyspæra/elektromotoren bruker (strømmen)
5 Lysenergi på 5 minutt: E=P·t=1kW/m²·0,1m²·5·60s=30kJ
Energi
i vannet: Eut=4,2kJ/kgK·40kg·30K=5040kJ
Tilført
energi: Einn=Eut/Vg=5040kJ/0,4=13000kJ
Vedmengde:
13000kJ/1800kJ/100g=720g=0,72kg
EKSAMENSFAG: NSM -Natur, Samfunn og Miljø (deltid)
DATO: 5.6.03
II Energi (1)
a) -Forklar kva vi meiner med varmekapasitet i energisamanheng.
-Lag
ei kort veiledning, gjerne med bruk av figur, som viser korleis elever kan overføre
energi til vatn i eit telysbeger 1) frå eit telys (modell av koking på bål)
og 2) frå eit batteri (modell av vannkoker). Nemn kort kva ein treng å vite
for å berekne energitilførselen til vatnet.
-Kva er det som avgjer kor fort
vatnet vert oppvarma og om det eventuelt når kokepunktet i desse tilfella?
b) -Kor mykje energi leverer eit batteri til ei pære i løpet av 2 timer om
vi antar at gjennomsnittseffekten er 0,9W
-Kor mykje energi trengst for
å varme opp 40 l vatn i eit badekar frå 10 til 40 °C når vi antar at vi bruker
ein elektrisk komfyr med verknadsgradsgrad på 60% til oppvarminga av vatnet. Varmekapasiteten til vatn er 4,2kJ/kgK.
-Kva vil oppvarminga koste om strømprisen er 0,7kr/kWh
Løsningsforslag:
a)
Varmekapasitet: energimengden i varmen i ulike stoff. Ulike stoff
har da ulik varmekapasitet. Vann har stor varmekapasitet, tre har liten varmekapasitet.
Det kreves altså mye energi for å varme opp vann men relativt lite for å varme
opp tre. Mer presist: Tilført/avgitt energi pr kg og pr grad når ting
varmes opp/avkjøles. Benevning: kJ/kgK
-Figuren til høyre viser forsøksoppsett.
Merk at motstandstråden blir varm, ikke kobbertråden. For å finne hvor mye energi
vi har tilført vannet må vi vite varmekapasiteten for vann (4,2kJ/kgK), mengde
vann og temperaturstigning. NB! Bruk ikke et vanlig batteri til et slikt forsøk
fordi det vil tappes svært fort og det er relativt dyrt å kjøpe nye batteri.
-Total tilført energimengde (E) må være minimum den energien som trenges
for å varme opp vannet (E=c·m·DT).
Men siden det varme vannet vil miste varmeenergi underveis, må tilført effekt
(P) være større enn effekttapet og i dette tilfellet er det tvilsomt om man
når 100°C fordi energitapet blir forholdsvis stort når temperaturen nærmer seg
100°C.
b) Overlevert energi på 2 timer: E=P·t=0,9W·2·60·60s=6,4kJ
Energi
tilført vatnet: Eut=4,2kJ/kgK·40kg·30K=5040kJ
Energiforbruk: Einn=Eut/Vg=5040kJ/0,6=8400kJ
Kostnader:
0,7kr/kWh·8400kJ=0,7kr/kWh·(8400/3600)kWh=1,63kr