Fagstoff

Energiformer

Publisert: 26.01.2010
  • Innbygg
  • Enkel visning
  • Lytt til tekst
  • Skriv ut

Vi skiller mellom forskjellige energiformer:

  • kinetisk energi (bevegelsesenergi)
  • potensiell energi (stillingsenergi)
  • potensiell energi i tyngdefeltet
  • elastisk potensiell energi (f.eks. en spent stålfjær)
  • indre energi
  • elektrisk og magnetisk energi
  • kjemisk energi
  • kjerneenergi (fisjon og fusjon)

 

Alle disse energiformene kan føres tilbake til hovedformene for energi, nemlig potensiell og kinetisk energi. I det følgende skal vi kun se nærmere på kinetisk og potensiell energi.

Mekanisk energi

Mekanisk energi er fellesbetegnelsen for kinetisk og potensiell energi.

En gjenstand i bevegelse har kinetisk energi. Når vi gir en gjenstand bevegelsesenergi utfører vi et arbeid. Dette fører oss til formelen for kinetisk energi.

$$ E_k = \frac{1}{2}m \cdot v^2$$

Konklusjon: En gjenstand med massen m og farten v har den kinetiske energien Ek.

 

Måleenheten i SI-systemet for både arbeid og energi er joule (J). I romfysikken brukes også måleenheten elektronvolt (eV) for energi. 1 eV = 1, 60 · 10−19 J. eV brukes ofte for energien til elektrisk ladde partikler. Elektronvolt er ikke er en SI-enhet. En annen måleenhet for energi – spesielt for elektrisk energi, er kilowattimer (kWh).
1 kWh =3, 6 · 106 J.

Når vi løfter en gjenstand utfører vi et arbeid som øker gjenstandens potensielle energi (Ep) tilsvarende. Derfor er uttrykket for potensiell energi i tyngdefeltet gitt ved likning.

$$E_p = m\cdot g \cdot h$$

Denne likningen kan vi bare bruke når g er konstant. Dette er tilfelle, når vi befinner oss nær jordoverflaten. Ved større høyder må vi ta hensyn til at tyngdeakselerasjonen avtar. Dette er ivaretatt i Newtons gravitasjonslov.

Eksempel: Kinetisk og potensiell energi

a) En ball på 200 g kastes slik at den får en fart på 5,0 m/s. Hvilken kinetisk energi har ballen, når den forlater hånden?


b) Hvor høyt må vi løfte denne ballen for å gi den like stor potensiell energi som den har kinetisk energi i a)

Svar:

a)

$$ E_k = \frac{1}{2} m \cdot v^2 = \frac{1}{2} \cdot 0,20 \mathrm{ kg} \cdot (5,0 \mathrm{ m/s})^2 = 2,5\mathrm{ J}$$

 

Ballen har en kinetisk energi på 2,5 J.

b)

$$ E_p = m \cdot g \cdot h \; \Rightarrow \; h = \frac{E_p}{m\cdot g}=\frac{ 2,5 \mathrm{ J}}{0,20 \mathrm{ kg} \cdot 9,81 \mathrm{ m/s}^2}= 1,3 \mathrm{ m}$$


Vi må løfte ballen 1,3 m. Det betyr at hvis vi kaster ballen med 5,0 m/s rett opp i luften, når den en høyde på 1,3 m, når vi ser bort fra luftmotstand.

Vi må definere et nullnivå for potensiell energi. Velger vi nullnivået høyere enn legemets posisjon får Ep en negativ verdi. Uavhengig av vårt valg av nullnivået vil den potensielle energien øke med høyden. I romfysikken er det hensiktsmessig å definere nullnivået for potensiell energi uendelig langt borte fra jordoverflaten.