Energi

28.1.04 Erling Skaar

Bakgrunn (eget dokument)
Om å lære energi
Energibegrepet og energiformer 
Kjemisk energi 
Energimengde og Effekt 
Strøm (Elektrisk energi) og formelen P=UI 
Energiforståelse - hva er det? 

 

Om å lære energi

Forståelse er noe annet enn å huske/gjengi det som står i en bok, og i dette energikurset vil vi gjøre to prioriteringer:

1 Vektlegge praktisk anvendelser framfor tradisjonell teoretisk innføring. En praktisk prosjektbasert innføring vil ofte oppleves som vanskeligere enn en vanlig teoretisk innføring i fagstoffet. En slik tilnærming forutsetter at studentene selv er aktive når det gjelder å finne fram til relevant fagstoff som man trenger som bakgrunn for å finne fram til energi-verdier i praktiske situasjoner. Begrunnelsen for denne arbeidsmetoden er da at det er mer nyttig på lang sikt enn å "pugge" informasjon som finnes i litteraturen og å bare regne på teoretiske oppgaver.

2 Konsentrasjon om grunnleggende lovmessigheter. I et samfunn hvor endringer skjer fort, vil deler av kunnskapen få en kort levetid. Erfaringer har vist at naturlovene er mer stabile enn samfunnslovene. En forståelse for de forholdsvis enkle naturlovene som styrer energien på jorda, er derfor alltid nyttige når vi skal finne løsninger på ulike samfunnsproblem.

Målet er at kommende lærere skal forstå hva energi er og så bruke denne kunnskapen i praktiske situasjoner hvor det enten er snakk om  å forklare energifenomen på en kvalitativ måte eller å finne konkrete kvantitative energiverdier i praktiske situasjoner.

Historikk
Ordet energi kommer fra gresk og har med kraft eller styrke å gjøre. Både innenfor vitenskapen og i samfunnet generelt har det foregått en utvikling fra ett til to begrep. Historien er da kort fortalt at begrepet kraft ble avløst av begrepene kraft og energi. Her vil vi understreke at begge disse begrepene har en relativ vid betydning. Det er derfor vanskelig å bruke dem galt når vi snakker tilstrekkelig generelt. Alltid når det skjer ett eller annet kan vi snakke om både kraft og energi. Generelt vil vi her si at krefter vil oppstå og forsvinne, mens energien er et mer varig fenomen som da ofte er en bakenforliggende årsak til krefter. Eksempler på at det kan ta litt tid å innføre nye begrep er bruken av ord som "kraftforsyning" og "atomkraft". Ifølge norsk språkråd er det bedre å bruke begrepene "energiforsyning" og "atomenergi", men vi kan vel ikke strengt tatt si at de første begrepene er feil siden disse er mest "opprinnelig". I vår kompliserte teknologiske verden har vi imidlertid behov for to begrep knyttet til det som skjer omkring oss, og derfor bør lærere i norsk skole skille mellom kraft og energi.

Begrepsforståelse
Vi mennesker trives best i kjente og trygge sammenhenger hvor vi forstår og behersker omgivelsene. Energibegrepet er en del av "nærmiljøet" som vi kanskje mener at vi behersker. Hvis noen så forteller oss noe om dette begrepet som stemmer bra med det vi vet fra før, vil de fleste oppleve det positivt. Men om noen forteller oss noe om dette begrepet som ikke stemmer med våre forestillinger, vil vi oppleve det ubehagelig eller frustrerende, særlig om vi samtidig er usikre på egne forestillinger. En nærliggende mulighet er da å avvise alt nytt og slik unngå en ny og dypere forståelse av begrepet energi. Hverdagsforestillinger er et begrep innenfor naturfagdidaktikken som antyder at det er mulig å ha ulike oppfatninger av hvordan naturen fungerer utfra det den enkelte opplever i hverdagen. Alle mennesker vil automatisk danne seg egne forestillinger om naturen som omgir oss og noen av disse kan være uheldige eller misvisende. Disse feilforestillingene kan bli som et mentalt stengsel som hindre en dypere og mer rett forståelse av naturen. Energibegrepet er et av de mest grunnleggende begrepene innenfor naturvitenskapen, og det finnes mange uheldige hverdagsforestillinger om dette begrepet både i og utenfor vitenskapelige kretser. Her vil vi bare oppfordre leseren til å være åpen for at tilsynelatende vanskelige eller ikke-relevante avsnitt i et kurs kan være et hint om mangler i egne energiforståelse.

Når mennesker møter nytt fagstoff vil det normalt skje en mental redigeringsprosess som innebærer flytting, sletting og tilføying av nye forestillinger. I tilfeller hvor det er stort sprik mellom gamle hverdagsforestillinger og ny kunnskap, kan læringen oppleves som en smertefull prosess, og det er da en viss fare for at man i stedet for å prøve å samordne nytt og gammelt, bare overfører ny kunnskap til "minnet" i en ufordøyd form. Man slutter med andre ord å tenke og begynner å pugge. Mennesker er ikke som en tom boks som kan fylles med hva som helst. Alle mennesker er fylt med noe når de starter på et kurs, og det som er der fra før er ofte avgjørende for hvor mye nyttig de får ut av kurset.

Studieteknikk
En hovedantakelse som ligger bak dette undervisningsopplegget er at det er leseren og ikke lærebokforfatteren som har de viktigste nøklene når det gjelder å lære noe nytt. Her vil vi derfor oppfordre leseren til å ikke vike tilbake for et tidkrevende og slitsomt "omrøringsarbeid" som til slutt kan ende opp med en ny og dypere forståelse for begrepet energi.

Fremstillingsmåten for et fagstoff kan variere, og den kan være mer eller mindre pedagogiske. Det er imidlertid et faktum at selve læringsprosessen skjer inne i hodet til den som studerer, og det finnes ikke noen lettvint veg til ny grunnleggende kunnskap. Det er ofte slik at de lærebøkene som oppfattes som lette også er de som er mest overfladiske og unngår å ta opp mer kompliserte forhold. I dette heftet ønsker vi en viss fordypning innenfor emnet energi. Det er derfor en viss sjanse for at deler av heftet vil bli stemplet som vanskelig. Her vil vi imidlertid hevde at det ikke er selve heftet som avgjør om leseren får en dypere forståelse av emnet energi. Erfaring har vist at leserens egen innstilling og arbeidsmetode er avgjørende for utbyttet. To mennesker kan lese samme boka. Når så en rapporterer om stort utbytte, mens en annen ikke fant noe nyttig i boka, så kan det vel ikke være boka i seg selv som er årsaken. Når det gjelder studieteknikk, vil vi kort nevne at en påfallende forskjell på de som mestrer realfag og de som har problemer med realfag, er graden av pågåenhet i forhold til å forstå problem som dukker opp. Å bare konstatere et problem, og så legge dette vekk i håp om at det skal komme et lys på et senere tidspunkt, er ikke å anbefale. Videre bør vi ikke være fornøyd med en problemløsning eller et oppgavesvar før vi har forstått hvorfor vi gjorde det vi gjorde.

Tre mulige reaksjoner i møte med ny kunnskap
Her vil vi illustrere det som er nevnt ovenfor ved å tenke oss et fagkurs om energi som tilbyes lærerstudenter som skal bli lærere i grunnskolen. Generelt kan vi da tenke oss 3 mulige reaksjoner i forhold til det aktuelle energikurset. Se figur. For det første kan det tenkes at en person mener at han vet hva som er verd å vite om energi, kanskje fordi han selv har bestått alle eksamener i grunnskolen. Derfor unngår han kurset. Han kan jo grunnskole pensumet om energi siden han bestod grunnskoleeksamenen og da mener han at han vet nok om energi for å bli lærer i grunnskolen. En annen mulighet er at personen opplever et stort sprik mellom egne hverdagsforestillinger og det som presenteres på kurset. Derfor slutter han og skylder på et dårlig pedagogisk undervisningsopplegg. En tredje mulighet er at personen gjennomgår kurset. Generelt er det da slik at de som kan et fagstoff er de som klarest ser at det er mye de ikke kan, og de vil derfor ofte være mindre skråsikre enn de som har mindre bakgrunn. Vi kan så i neste omgang tenke oss at de tre studentene søker samme jobb. Er det da sikkert at den som har mest faglig kunnskap får jobben?

Begrepsforståelse på ulike nivå
Generelt kan vi ha en mer eller mindre dyp forståelse av begrepet energi. Videre kan vi si at alle voksne personer i Norge har en forståelse for hva som ligger i begrepet energi. Det innebærer da at de forstår setninger som inneholder ordet energi, og kan selv bruke ordet i vanlige setninger. Men det er vel heller mer tvilsomt om alle kan bruke energibegrepet aktivt i en problemløsningsprosess. Målet for dette kurset er å gi leseren en så dyp forståelse for begrepet energi at de kan bruke det på en aktiv måte. Det innebærer både å kvalitativt gjenkjenne energiprosesser i omgivelsene samt å finne kvantitative størrelser i konkrete tilfeller.

Hva tenker elever om energi?
Før vi gir vår definisjon av begrepet energi, kan det være nyttig å prøve å danne seg et bilde av hva mennesker omkring oss tenker om dette begrepet. Energi er et ord som de fleste kjenner fra de er ganske små. De fleste vil vel oppfatte det som noe positivt som vi trenger og som vi må verne om. I mange situasjoner er det energi vi trenger når ting ikke fungerer som de skal. Videre er de fleste oppmerksom på at den totale mengden med energi er begrenset, og energisløsing er derfor noe negativt. På dette generelle planet er det lett å snakke om energi, også i global sammenheng. Om det derimot er snakk om energi i konkrete situasjoner er det kanskje få tema som kan vekke så sterke motsetninger enkeltmennesker og folkeslag i mellom. Energifordelingen er ikke alltid rettferdig, og når noen bruker mye betyr det at andre må betale på en eller annen måte.

 Her følger et par sitat fra bøker som er brukt i energiundervisningen i norske skoler.

(Figur til høyre er hentet fra Vår energi s79)

Sola gir lys og liv
Uten sola ville det ikke være noe liv på jorda...

(Overskrift og setning i rammen er fra O-fag 6A 1986 s217)

I bøker og artikler som omhandler energi, har ofte sola en sentral stilling. En utilsiktet (?) konsekvens av at sola fremstilles som viktig og uunværlig, kan være at sola får mer "ære" enn den fortjener. I sitatene ovenfor er det mulig å erstatte "sola" med "Gud". Poenget her er at elevene kan oppfatte sola som årsak til alt liv i stedet for den energileverandøren den i virkeligheten er. Sola er en av mange faktorer som bidrar til å opprettholde det livet som finnes på jorda, men den bør ikke få æren for å ha skapt livet. Det er imidlertid viktig at lærere og andre som arbeider med miljøundervisning er oppmerksom på at menneskene er religiøse. Mennesker søker svar på livets spørsmål, og det kan vel tenkes at en ureflektert undervisning får den konsekvensen at folk tror at sola som produsent av en slags mystisk livgivende kraft. Kanskje sitter elevene igjen med det i inntrykket at solstrålene inneholder en eller annen form for legende eller skapende krefter i tillegg til vanlig lys.

Hvis vi som lærere ønsker å gi elevene naturfagslig forestillinger om energibegrepet, er det viktig at vi er klar over hvilke forestillinger elevene har før undervisningen starter. I alternativ medisin og ulike alternative livssyn er energi og lys vanlige ord. I disse sammenhengene brukes ordene oftest om noe usynlig som kan påvirke oss på ulike måter. Det kan f.eks. være tale om positiv og negativ energi, omtrent på samme måte som Bibelen skriver om gode og onde ånder. Nå har det i den senere tid vært en oppvåkning for at det finnes mer mellom himmel og jord enn det naturvitenskapen kan måle. Det er derfor forståelig at energi brukes om noe usynlige som det er vanskelig å beskrive på en eksakt måte. Energien har en tilsvarende stilling innenfor naturvitenskapen, og slik sett gir vel ordet de rette assosiasjonene.

Generelt synes ordet energi å være et moteord som på grunn av sin vitenskapelige opprinnelse er med på å gi ulike teorier og varer et mer seriøst preg. Annonsen til venstre er vel et eksempel på dette. Problemet for lærere som skal undervise om dette begrepet i grunnskolen, er at elevene kan ha mange forestillinger om hva som ligger i begrepet energi. Når så lærere prøver å lære elevene en bestemt betydning av dette ordet, kan vi få problem. Det mest nærliggende for en elev er å beholde "gamle" forestillinger om ulike ord, og så "glemme" alt som ikke stemmer med de gamle forestillingene. Om læreren skal kunne gi elevene "nytt innhold" i "gamle ord", så er det viktig å forstå elevenes gamle forestillinger.

Nå er det vanskelig å si noe generelt om hvilke forestillinger elever har om begrepet energi. Forestillingene vil variere fra individ til individ, men en god lærer vil relativt raskt kunne finne ut hva elevene mener ved å prate med dem. Et kjennetegn på en god lærer er at han kan analysere uttalelser fra elevene for å finne ut hva de tenker om f.eks. begrepet energi.



Hva trenger elevene å vite om energi?

Uten at elevene ser at begrepet energi handler om den verden som omgir oss, er det vanskelig å bli motivert for å lære noe om energi. Det er viktig at vi tar utgangspunkt i elevenes verden når vi underviser i grunnskolen. Vi kan møte begrepet energi på ulike nivå, og nedenfor har vi prøvd å beskrive noen "energiforståelsenivå".

Pratenivået Energi er et mye brukt begrep og de flest vil vel få assosiasjoner til "nære" ting slik som energiverk, strøm, varme, sola, strøm, olje, energidebatt ol. De fleste elever vil ha visse forestillinger om hva energi er, og de vil kunne bruke ordet i enkle setninger. Hvis vi ikke behersker energibegrepet på dette nivået kan vi bli stemplet som "dum". I den praktiske skolesituasjonen er det vel her vi må begynne når vi skal lære elevene mer om hva energi er.

Teknologinivået Til teknologinivået vil vi vanligvis regne de problemene som vi kommer bort i når vi bruker diverse enegiutstyr. Aktuelle problemstillinger er: Hvordan skaffe energi? Hvordan utnytte energien maksimalt? ol. Hvis vi ikke behersker energi på dette nivået kan vi bli vel avhengig av hjelp fra andre. I skolen kan vi ta utgangspunkt i praktiske situasjoner som elevene kjenner når vi skal motivere elevene til å lære mer om den tekniske siden.

Grunnlagsnivået Når vi så før eller seinere får behov for å vite hva energi egentlig er, er vi borte i det nivået som vi her har kalt "grunnlaget". Stoff og energi er her grunnleggende begrep. Energi kan flytte stoff eller gjøre noe med et stoff. De fleste barn har en innebygget nysgjerrighet som hjelper dem med å få orden på tankene om den verden som omgir dem. Hvis de ikke får hjelp til å finne svar på de tankemessige problemene de møter, vil de kanskje slutte å prøve å finne svar. Det kan bety at de slår seg til ro med feil forestillinger om hva som f.eks. ligger i begrepet energi. Nå er det mulig å leve et normalt liv uten å forstå begrepet energi, men vår påstand her er at det er mange fordeler med å forstå energi på et litt dypere nivå. Hovedmålet med dette heftet er at leseren skal få en bedre forståelse for energiens grunnlag.

Energiforståelse ved hjelp av "pekemetoden"

Begrensninger i pekemetoden
Generelt kan vi si at det finnes to ulike metoder å lære barn nytt fagstoff og disse vil vi her kalle pekemetoden og forklaringsmetoden. Er det så slik at den ene metoden er bedre enn den andre i forbindelse med læring av begrepet energi? Et kjennetegn på pekemetoden er at den lar eleven selv ta hånd om selve lagringen av kunnskapen. Faren for at eleven lagrer informasjon feil, er derfor relativt stor når vi bruker pekemetoden. Et kjennetegn på forklaringsmetoden er at læreren lager tankestrukturer ferdig på forhånd i form av setninger eller symbolformler. Læringsprosessen består da i å overføre disse tankestrukturene eller forklaringene til elevene. I det siste tilfellet er det imidlertid en fare for at elevene pugger setninger og formler i stedet for å lage tankestrukturer, og da er man vel like langt. Her vil vi derfor hevde at vi trenger begge metodene for å lære elevene om energi.

Eksempel 1: Figuren viser figurer som er brukt i ei lærebok som eksempler på energi. Det var ingen tekst til bildene. Spørsmål til ettertanke:

Hva "ser" elevene? (energi, historie, Teknologi, arbeid, streker..)

Er det rett når elever nevner følgende eksempler på energi: sola, bål, vann, lastebil?

Er det mulig å lære hva energi er bare ved hjelp av pekemetoden?

Eksempel 2: I begrepsopplæringen av eget barn, var vi en gang kommet så langt at gutten kunne bruke begrepet 'bil' på en rett måte. Han forstod hva vi mente når vi sa bil, og han kunne selv skille biler fra andre gjenstander. Tanken var da å prøve å videreutvikle denne bilforståelsen slik at han kunne skille mellom ulike biler. Vi innførte da begrepet 'gul bil' om biler som hadde gul farge. Tilsynelatende fungerte dette bra helt til vi oppdaget at gutten kalte alle biler av merke Kadett for 'gul bil'. Gutten hadde altså fokusert på noe annet enn det vi trodde når vi lærte ham å skille mellom ulike biler. Han var opptatt av form, mens vi trodde at farge var enklere og mer grunnleggende. Det viste seg også seinere at det ikke var så enkelt å oppklare misforståelsen. Vi kunne f.eks. ikke bruke begrepet 'farge' siden han ennå ikke viste hva vi mente med farge.
Når vi her vil bruke pekemetoden for å lære hva som ligger i begrepet energi, er det opplagt en fare for at det blir fokusert på feil ting. I det følgende vil vi imidlertid prøve å kommentere de tilfellene hvor det kan oppstå misforståelser når vi bruker pekemetoden. I praksis vil vi vel bruke en kombinasjon av pekemetoden og forklaringsmetoden.

Energibegrepet og energiformer

Energidefinisjoner (Energiforståelse ved hjelp av forklaringsmetoden)

I mønsterplanen fra 1987 (M87), finnes følgende energidefinisjon:

1 Energi er det som får ting til å skje

Dette er en generell definisjon som er nyttig for tanken. Den forteller med få ord hva som er energiens sentrale kjennetegn. Det anbefales å bruke denne i grunnskolen, men den gir ikke noen direkte hjelp til å finne energiverdier.

En vitenskapelig definisjon av begrepet energi (symbol E) som kan brukes for å utlede energiverdier er:

2 Energi er evne til å utføre arbeid
(E~W)

Denne definisjonen forutsetter kjennskap til begrepet arbeid (symbol W for 'work'). En forenklet definisjon av arbeid er:

Arbeid er kraft gange vei
(W=F*s)

Denne definisjonen forutsetter kjennskap til begrepene kraft og vei .(vei = lengde).

 

Tre generelle huskeregler

I undervisningen i skolen er det viktig å bruke begrepet energi på en konsekvent måte ellers vil man skape forvirring.

1 Energi er ikke et stoff!

Stoff og materialer kan inneholde energi, men stoffene er ikke selve energien. Generelt kan vi si at naturen består av to grunnkomponenter, stoff og energi. Når vi mennesker bruker sansene og observerer omgivelsene, kan vi generelt si at omgivelsene våre består av stoff som vi oppdager fordi det omgir seg med energi (lys, lyd, varme, krefter ol.)

Eksempel: Vi bør unngå å si at bensin er energi! Vi bør heller si at bensin er et stoff som inneholder energi. På den andre siden kan vi si at lys og varme er energi. Disse er ikke stoff. Generelt er det da slik at det som har masse (kan veies på en vekt) er stoff. Lys og varme har da ikke masse og her vil vi si at disse er energi eller energiformer.

 Stoff på jorda kan inngå i såkalte stoffkretsløp. Stoffene forsvinner ikke og i mange tilfeller brukes de om igjen. Et atom kan altså inngå i ulike stoff og etter endel omdanninger kan det komme tilbake til utgangspunktet. Det har da gjennomløpt et kretsløp.
Energien på jorda kommer i hovedsak fra sola (som lys) og vil før eller siden "forsvinne" ut i universet i en ubrukelig form (som varme). Vi snakker derfor om energistrøm. Energien kan altså ikke komme tilbake til den formen den hadde i utgangspunktet. Mens energien er på jorda, er den ofte innom ulike former. Hver enkelt av disse energiformene, enten det er elektrisk energi eller kjemisk energi i mat, vil kunne forsvinne isolert sett. Men da skjer det samtidig en energiomforming og selve energien forsvinner ikke. Den er bare gått over i en ny energiform.

 

2 Energi forsvinner ikke!

Det at en energiform forsvinner betyr ikke nødvendigvis at energien er blitt borte. Den er bare omdannet til en annen energiform

Hva skjer med total energimengde når energi omdannes? 

Energi kan være "i ro" og da er det naturlig å tenke at energien er bevart. Eksempel: En vedkubbe som ikke brenner vil inneholde like mye energi i morgen som i dag (energimengden er konstant).

Når vi bruker energi er det snakk om en omdanning av energi fra f.eks. kjemisk energi i ved til varme. Det er da en selvfølge at den kjemiske energien blir borte i takt med at vedkubben brenner opp. Problemet er imidlertid om mengden varme som dannes når veden brenner er like stor som den kjemiske energien som forsvinner når veden brenner.  I prinsippet finnes det tre muligheter: Den totale energimengden (kjemisk energi+lys+varme) kan enten øke, minke eller være konstant. Selv om vi ikke kan være 100% sikre, så er det vanlig å anta at energien er bevart i alle energiomdanningsprosesser. Å si at 'den totale energimengden er konstant' er ekvivalent med å si at 'energi ikke kan skapes eller forsvinne'. Erfaringer har vist at det er lett å lære at den totale energimengden er konstant, og samtidig "glemme" dette i praktiske beregninger.

Eksempel: Om vi f.eks. brenner ved (et stoff), vil vi få ulike gasser som resultat. Ingen av atomene vil bli borte i prosessen, selv om det ser ut som at noe forsvinner. Hvis vi tenker på energien i det samme bålet, så er det slik at en vedkubbe inneholder kjemisk energi. Asken og de gassene som blir resultatet når veden er brent opp, inneholder isolert sett mindre energi. Tilsynelatende er energi blitt borte. Hvordan kan vi da si at energi aldri kan forsvinne? Forklaringen er at energi i veden blir omdannet til andre energiformer. Det som er sagt ovenfor kan uttrykkes med en stofflikning og en energilikning:

Animasjonseksempel: Kjemisk og fysisk lagring av energi

 3 Energiomforminger er ikke reversible!

Termofysikkens andre hovedsetning er sentral når det gjelder å forstå energibegrepet. Ofte unngår man å undervise om denne siden ved energibegrepet og mange har derfor en mangelfull energiforståelse. Rammen ovenfor viser en forholdsvis presis måte å beskrive en sentral energiegenskap. En annen litt mer upresis formulering som kanskje passer bedre i grunnskolen, er: Energiomforming gir dårligere energikvalitet.  

Eksempel: Hvis jeg har en bestemt pengesum og starter og veksle med andre, så vil jeg når som helst kunne få tilbake samme type sedler og mynter som jeg startet med. Forutsetningen er da at den totale pengesummen jeg har er konstant (ingen av de jeg veksler med tar gebyr). Når det gjelder "energiveksling" er det imidlertid slik at man aldri vil komme tilbake til utgangspunktet, selv om den totale energimengden er konstant. Naturen krever med andre ord en slags "energigebyr".

Eksempel: Om vi starter med en mengde av en bestemt energiform, kan vi i prinsippet tenke oss at denne energien kan overføres i sin helhet (100%) til en annen energiform. Et eksempel er energiomforming fra elektrisk energi (strøm) til varme i en elektrisk ovn eller komfyr. I praksis vil vi finne at noen energiomforminger skjer lett, og da blir kanskje storparten av den opprinnelige energien omformet. De omvendte energiomformingene er da ofte vanskelige, og om vi klarer det, så er det bare en svært liten prosent vi klarer å tilbakeføre.

Om vi plasserer et termoelement (peltier-element av den typen man finner i kjølebager beregnet på 12 V), mellom ei kokeplate og en beholder med kaldt vann kan vi få produsert litt strøm som f.eks. kan drive en vifte. (Se figur). Figuren til høyre viser et eksempel på omforming av energi fra elektrisk strøm til varme og tilbake til elektrisk strøm. Men energien i strømmen som driver viften vil da være mye mindre enn den som var tilført kokeplaten.

Generelt kan vi si at det er enveiskjøring på "energivegene". Det er f.eks. vanskelig å gjenbruke varmeenergien fra et bål, og generelt kan vi da si at den aktuelle energien vi fikk tilført gjennom veden ikke lenger er egnet for videre omforming når den er blitt til varme. Derfor kan vi si at energien som var i veden er tapt for oss. Men energien har ikke blitt borte. Energien i veden blir omdannet til varme som spres over et større område. Totalt sett er det da like mye energi før og etter vi tente bålet, men de siste energiformene er av en "dårligere" kvalitet. 


Figuren til høyre viser et forslag til et energihirarki hvor energiene med høyest kvalitet er plassert øverst. I naturen er det da slik at energiomforminger nedover i hirarkiet er de vanlige. Energiomforminger oppover finnes i f.eks. fotosyntesen og i elektrisitetsverk. Det som kjennetegner disse prosessene er da at de er basert på kompliserte prosesser som må være skapt av en eller annen form for intelligens. Det er da ikke noe som tyder på at naturens egne fysiske prosesser vil kunne lage slike prosesser på egenhånd.  

Hvilke energiformer bør vi bruke i grunnskolen?

I bøker kan man ofte finne begrep som solenergi og muskelenergi. Hvorfor er disse problematiske i en undervisningsituasjon?

Her foreslår vi å bruke følgende energiformer i grunnskolen:

7 energiformer til bruk i skolen:
-Lys
-Varme (stråling og indre energi)
-Elektrisk energi
-Kjemisk energi
-Atomenergi
-Kinetisk energi (mekanisk energi)
-Potensiell energi (mekanisk energi)

Ulike lyskilder som sender ut lys

Lys

Lys er elektromagnetisk stråling på linje med radiobølger, varmestråler, røngtenstråler ol. Lys er definert som det vårt mennesklige øye kan se. Mangel på lys kalles mørke. Det mange kaller solenergi, er i praksis lys. Lys er videre en "ren" energiform som ikke er avhengig av bestemte stoff som i neste omgang kan representere et forurensningsproblem. Som bakgrunn for å beregne energiverdien i lys kan vi bruke tommelfingerregelen som sier at effekten i sollyset som når jordoverflata er ca. 1kW pr m².

Luminescens kalles det når kalde/ikke-glødende stoff sender ut lys. Fluorescens er den lysutsendelsen som opphører mometant når energitilførselen opphører (TV, dataskjerm, lysstoffrør..). Om et kaldt legeme fortsetter å sende ut lys etter at energitilførselen er opphørt kalles det fosforescens ( lysbrytere, tall på vekkerklokker..). Fotoluminescens er den formen for luminescens hvor lys blir absorbert og blir sendt ut igjen med annen bølgelengde ("Selvlysende" klesplagg..)



Et termometer måler temperatur, ikke varme

Varme

Her har vi valgt varmedefinisjonen som man bruker i dagliglivet og ikke den relativt snevre definisjonen som finnes i vanlige fysikkbøker. I praksis betyr det vi inkluderer både termiske bevegelser og stråling i tillegg til at vi også bruker varme om den energioverføringen som f.eks. skjer fra en varmekilde til omgivelsene. Merk ellers at varme synes å være "endestasjonen" for alle energiomforminger.

Varme og temperatur er ikke det samme.
Temperatur måles med et termometer og enheten er °C (grader celcius) eller K (Kelvin). Varme er på den andre siden en energiform og benevningen er J(Joule) eller kJ (kilojoule). For at elevene skal skjønne forskjellen er det viktig at lærere bruker disse begrepene mest mulig presist. Eksempler:
"Det er varmt om sommeren og kaldt om vinteren". "Noen planter trenger mer varme enn andre". I disse setningene brukes varme synonymt med temperatur og de bør derfor unngåes.."Is smelter når den blir varmet opp". "Friksjon gjør at det utvikles varme". "Mye varme forsvinner gjennom pipa". Disse tre siste er ok.

Elektrisk energi (=strøm)

Elektrisk energi overføres gjennom elektriske kabler (strømnettet) ved at elektronene beveger seg. I dagligtale bruker vi ordet strøm om denne energien (strømregning, strømforsyning) men man bruker også ordet kraft (kraftverk, kraftforsyning..) Merk at ordet strøm har to betydninger og her vil vi da bruke dette ordet om det som kommer fra et e-verk og ender hos forbrukeren (strøm=elektrisk energi). Vanlige benevninger for denne strømmen er da W(watt) og kWh (kilowatttimer) som da begge har med energi å gjøre. Vi kommer tilbake til forskjellen på dem senere. I fysikkbøker er det vanlig å definere strøm som ensbetydene med elektrisk strøm og det er da i tilfelle noe som beveger seg begge vegene mellom strømkilde og strømforbruker (fra strømkilde til belastning og tilbake til strømkilde gjennom den andre lederen). Denne strømmen har benevning A (Ampere).

Den pedagogiske begrunnelsen for at vi her åpner for å bruke begrepet strøm om elektrisk energi er at det sannsynligvis vil forvirre minst om skolen bruker de begrepene som elevene er vant til å høre hjemme. Det er da samtidig viktig å gjøre elevene oppmerksom på at ordet 'strøm' kan ha to betydninger hvor det er sammenhengen som bestemmer hva man mener i konkrete tilfeller.

Når det gjelder den strømmen vi kjøper fra e-verkene, så kan vi si at den produseres i samme stund som vi forbruker den. Noe tilsvarende gjelder også for strøm fra batteri. Det betyr i praksis at det blir feil å si at det er strøm i et batteri som ikke er tilkoblet en belastning. Det er først når vi kobler ei pære til et batteri at det er snakk om strøm (Både elektrisk energi og elektrisk strøm). På den ene siden vil det da gå en elektrisk strøm fra plusspolen gjennom pæra og tilbake til minuspolen på batteriet. Samtidig kan vi si at det overføres strøm (i betydning elektrisk energi) fra batteriet til pæra og før eller siden vil batteriet bli "tomt". I praksis kan vi da si at et nytt batteri inneholder kjemisk energi og når batteriet er "flatt" så betyr det at denne energien er oppbrukt og batteriet kan da ikke levere mer strøm.


Hva er forskjellen siden den ene inneholder mye mer energi?

Når atomkjerner reorganiseres kommer overskuddsenergi ut som farlig radioaktiv stråling

Eksempler på kinetisk energi

Kjemisk energi

Kjemiske stoff bindes sammen av krefter. I disse kjemiske bindingene kan det "lagres" energi. Når de kjemiske stoffene omorganiseres, får vi nye kjemiske stoff som resultat. Hvis de nye stoffene til sammen inneholder mindre energi enn de vi startet med, vil omorganiseringen frigjøre energi. Eksempler på kjemiske stoff som inneholder energi som kan frigjøres, er sukker, olje, ved ol. Merk at det også vanligvis trenges oksygen for å få frigjort denne energien. Eksempler på stoff som ikke inneholder energi som vi kan frigjøre under vanlige forhold, er vann, karbondioksyd, stein ol.

Atomenergi/kjerneenergi

Til vanlig er atomene uendret i de prosessene som omgir oss til daglig. I visse tilfeller er det imidlertid mulig å endre på selve atomkjernene. Det er forholdsvis sterke krefter som holder atomkjernene sammen. Om vi gjør endringer her, kan vi få frigjort relativt mye energi som kan skape farlig stråling.

 

Kinetisk energi

Begrepet kinetisk energi handler om det samme som de mer allmenne uttrykkene bevegelsesenergi eller rørsleenergi. I grunnskolen bør de siste uttrykkene brukes. Alt som beveger seg har kinetisk energi. Her har vi valgt å avgrense kinetisk energi til å gjelde bare det som faller innenfor begrepet mekanisk energi. I dette ligger det da at vi kun betrakter de tilfellene hvor det er større gjenstander eller større mengder av ulike stoff som beveger seg sammen. Eksempler på slik kinetisk energi har vi i en bil som beveger seg, i en ball som er kastet, i vind, i bølger, i elvestryk ol. Kjernen i denne energiformen er altså at noe har fart i forhold til omgivelsene.


Eksempler på potensiell energi 

Potensiell energi

Et annet ord for potensiell energi er stillingsenergi. som da bør brukes i grunnskolen. I dette begrepet har vi valgt å inkludere energiformer som faller inn under begrepet mekanisk energi. I praksis betyr det at det er enegriformer knyttet til mekaniske krefter som gravitasjonskraften, fjærkrefter, gasstrykk ol. Det er da disse kreftene som kan frigjøre energien når de flytter på gjenstander eller mengder av ulike stoff. Alt som befinner seg "høyt" i et kraftfelt har da potensiell energi. Eksempler på potensiell energi er en bil som står på toppen av en bakke, et fjellvann, ei fjær som er strukket, et lodd som er heist opp, gass under trykk ol.

 

 

Kjemisk energi

Hvilke av stoffene til høyre inneholder mye og lite energi?

Hvordan finne energiverdier fra tabellverdier (kJ/100g)?

Vi omgir oss til daglig med ulike stoff som inneholder energi og for at det skal være lett for oss å finne energiinnholdet i konkrete tilfeller har noen laget tabeller over energiinnhold og det eneste vi behøver å gjøre er da å finne massen til det vi skal finne energiinholdet i og så gjøre en enkel beregning.

Kjemisk energi fra Statens Ernæringsråd og andre [kJ/100g]

Melk 274

Kålrot 177

Torsk 319

Appelsinjuice 206

Stearin 3800

Yoghurt 427

Erter 1480

Tran 3800

Brus 170

Rødsprit 2600

Fløteis 822

Blåbær 222

Laks 720

Pils 161

Tørr ved 1800 

Hvitost 1500

Banan 439

Høne 842

Vin 250

Kull 3000

Brunost 1900

Eple 275

Lam 920

Brennevin 1000

Bensin 4300

Smør 3110

Peanøtt 2600

Storfe 760

Honning 1360

Parafin 4200

Soyaolje 3800

Sukker 1700

Svin 1180

Sjokolade 2370

Diesel 4100

Lettmajones 1700

Poteter 357

Kjøttdeig 811

Potetchips 2260

Propan 4600

Egg 635

Agurk 63

Grillpølse 1020

Marsipan 1930

Metan 5000

Hvetemel 1470

Kneip 1130

Knekkebrød 1600

 

Hydrogen 12000

Eksempel:
1 Hvor mye energi er det i en sjokoladebit på 40 g?

2 Hvor mye sukker må man spise for å få i seg et dagsbehov av energi på ca. 15000 kJ? Formelen vi trenger ligger i følgende tabellverdi: Energiinnhold i sukker: 1700 kJ/100g.

 

kJ/kg

tetthet(kg/l)

kJ/l

kWh/l

Rødsprit

26 000

0,79

20 000

5,5

Diesel

41 000

0,85

35 000

9,7

Parafin

42 000

0,80

34 000

9,4

Bensin

43 000

0,75

32 000

8,9

Bjørkeved

18 000

0.34

6 200

1,7

Energiinnhold pr volumenhet (kJ/l):

Merk at det er vanlig å oppgi energiinholdet i noen stoff som energiinnhold pr volumenhet. (ikke energiinnhold pr vektenhet slik som ovenfor). Tabellen under viser noen slike verdier:

Vedeksempel
Det er vanligvis enklere å måle volumet til¨en vedmengde enn å veie den. Dessuten vil vekten øke når fuktigheten i veden øker. Hvis man som standard priset veden som kroner pr kilo, ville selgeren få mest om veden var våt og det ville vel være en fristelse for selger å tilføre litt vann. På den andre siden vil våt ved gi minst varme.
Den vanligste enheten for vedmengde er favn og en favn svarer til en vedstabel på 2m·2m·0,6m (=2,4m3=2400liter). Når man selger ved i sekker bruker man vanligvis 40, 60 eller 80 liters sekker og i dette tilfelle er det da liter som er enheten for vedmengde.
Om vi så skal finne ut hvor mye energi som er i f.eks. en vedsekk på 40 kg blir utregningen:

Rødspriteksempel:
Hvor mye energi er det 10ml rødsprit?

Skifte benevning:

Benevningen kJ (=kWs) er standard benevning for energi, men i mange sammenhenger er det vanlig å bruke benevningen kWh. Omgjøring mellom disse benevningene innebærer å erstatte sekund med time eller omvendt slik som vist her:

I praksis vil det si at man ganger eller deler med 3600 som da er antall sekund i en time. Om vi omgjør tallene ovenfor får vi:

Pris for energi:

Ofte er det aktuelt å sammenlikne pris på ulike energivarer, og det er da vanlig at prisen på varene er oppgitt i kr/l. Hvis vi da vil finne pris pr energiinhet (kr/kJ) innebærer det å dele to tall på hverandre.

Eksempel: Hva er bensinpris i kr pr  kWh om bensinprisen er 10kr/l.

Finn tilsvarende verdier for rødsprit og ved om vi antar en literpris på henholdsvis 50 kr og 1 kr:

Se ellers ulike nettsider hvor man diskuterer om det lønner seg å fyre med strøm, olje eller ved.

Energimengde og Effekt

Forskjell på energimengde og effekt

Generelt kan vi si at det å lære et fagstoff er tosidig. På den ene siden betyr det at man kan beskrive og forklare ting. På den andre siden innebærer det at man selv kan bruke lærdommen i praktiske situasjoner. Det er da det siste som er tema i fortsettelsen og i denne sammenhengen er matematiske symboler og formler  viktige hjelpemidler. Energi er en viktig størrelse i vår hverdag, og i denne sammenhengen er det viktig at vi kan kvantifisere energibruken i ulike sammenhenger.


Figuren til venstre illustrerer at energi er et  todelt begrep. På den ene siden har vi det vi her kaller energimengde og her bruker vi symbolet  E om denne. E representerer da en klart avgrenset mengde (totalmengde eller delmengde) med energi og benevningen for denne er J (Joule).

I mange situasjoner er vi mer interessert i hvor fort energi omdannes enn hvor mye totalenergi det er snakk om. I slike sammenhenger snakker vi om effekt og symbolet er P (Power). En annen måte å understreke forskjellen på disse begrepene er å si at E handler om energi som er "i ro" mens P handler om energi som er "på vandring".

Eksempel: I dagliglivet omgir vi oss med endel energiuttrykk og for å en forståelse for om disse handler om enegimengde eller effekt er grunnleggende. Bruk følgende tabell over ulike energistørrelser til å bestemme om det er snakk om energimengde eller effekt:

Sammenheng:

Mat..

Mat..

Bil..

Strøm..

Strøm..

Lys:

Lyd:

Benevning:

J (joule)

kcal (kilokalorier)

hk (hestekraft)

kW (kilowatt)

kWh (kilowattime)

lx (lux)

dB (desibel)

E eller P?

 

 

 

 

 

 

 

Definisjonsformelen for Effekt

Når vi skal betale energi, betaler vi en pris som er proporsjonal med den energimengden vi forbruker. Vanligvis er ikke prisen oppgitt i kroner pr Joule, men i kroner pr. liter (bensin) eller ører pr. kilowattime (elektrisk strøm). Dette er altså et mål for energimengde (E).

Når vi snakker om energi i dagliglivet, er vi oftest mer interessert i "vandringshastigheten" for energien eller effekten i stedet for energimengden. Det er når energi omdannes fra en form til en annen, at vi kan gjøre oss nytte av den. Når vi f.eks. diskuterer biler, er vi ofte mer interessert i motorytelsen (hestekrefter/effekt) enn i størrelsen på bensintanken (energiinnhold). I forbindelse med elektriske apparater i husholdningen snakker vi mer om Watt enn om Joule. "Vandringshastigheten" for energi kalles effekt.

Effekt er energimengde pr tidsenhet
 (P = E / t)

Symbol:

Benevning/enhet:

P (effekt)

W (watt)

E (energi)

J (joule)

W (arbeid)

J (joule)

I (elektrisk strøm)

A (ampere)

U(elektrisk spenning)

V (volt)

m (masse)

kg (kilogram)

T(temperatur)

K (kelvin) eller
°C (grader celsius)

t (tid)

s (sekund)
h (time) (NB Ikke standard)

Symbolbruk
Hensikten med å bruke symboler er å gjøre live lettere og ikke omvendt. Skrivearbeidet blir mindre og oversikten blir vanligvis bedre. Her følger en oversikt over symboler og benevninger som er aktuelle i forbindelse med energiberegninger. Merk at et symbol kan stå alene mens en benevning etterfølger et tall. Har man forstått det vil man ikke blande arbeid og watt som har samme bokstav.

Tallsymbol kan skape forvirring før man skjønner hvordan de brukes

Mange nuller er upraktisk å skrive og det er da grunnen til at man har innført tallsymbol som da i praksis erstatter et tall. De vanligste er:

Hvordan bruke formelen P=E/t?

Definisjonsformelen for effekt: P=E/t inneholder egentlig 3 formler og de to andre kan utledes av den første ved hjelp av enkle matematiske regler (gange eller dele på begge sider av likhetstegnet og så forkorte). De tre formlene er:

Disse formelene er da svært nyttige i problemstillinger hvor det er snakk om å finne effekt, energimengde eller tid når de to andre størrelsene er oppgitt

Eksempel på bruk av formlene:

1 Hva var gjennomsnittseffekten når et telys med energimengde 800kJ brenner opp i løpet av 5 timer?

2 Hvor mye energi vil en lyspære på 60W forbrukt i løpet av ett døgn?

3 Anta at det tar 6 minutter å koke opp litt vann når bryteren står på 1500W. Finn hvor mye energi som er gått med.

 4 Hvor lenge må man jogge for å forbrenne energien i en halvliter brus?

Ifølge sitat fra nettsiden nedenfor gir en halv liter brus ca 250 kcal. Siden  1 kcal = 4,2 kJ får vi:

Om vi antar et energiforbruk på 670W ved jogging får vi:

 

http://www.lommelegen.no/art/art400.asp

Brus: Farlig for helsa?
..

 Lett-brus vs. sukret brus
En halvliter brus inneholder sukker tilsvarende 25 sukkerbiter! 1 liter brus gir deg rundt 500 kcalorier. 500 kcal tilsvarer omtrent: en quarter pounder osteburger, 4-5 brødskiver med syltetøy, 7 epler eller 6 knekkebrød med kalkunpålegg… Drikker du så mye som 3 liter brus gir det deg 1500 kcal, over halvparten av dagsbehovet til en gjennomsnittsmann!
...

 

Strøm (Elektrisk energi) og formelen P=UI

Eksempler på strømkilder

Figuren under gir en skjematisk fremstilling av hvor vi får strømmen fra som vi bruker til daglig. Generelt er spenninger over ca 50 V farlig og man bør derfor ikke eksperimentere direkte med strømmen i lysnettet som er på 220V. Men det er mulig å gjøre visse beregninger av hvor mye energi det er snakk om i disse tilfellene ved å lese av måler og ved å se på Watt-verdien til ulikt elektrisk utstyr.

Vanligvis er det ufarlig å arbeide med strøm fra et bilbatteri/fritidsbatteri eller fra en batterieliminator. Men man bør være oppmerksom på at disse kildene ikke bør overbelastes. I praksis bør man ikke koble til utstyr som bruker for mye strøm og man bør heller ikke kortslutte utgangen fra disse strømkildene (det vil si å koble sammen de to ledningene som kommer fra strømkilden). I noen tilfeller finnes det sikringer som vi gå i slike tilfeller. I andre tilfeller kan f.eks. batterieliminatoren gå varm og bli ødelagt.

Hvordan måle strøm og spenning? Se Strømmåling

Eksempel på oppgave:

1 Hvor hvor lang tid trenger en varmeovn på 2000W for å "svi av" 1 krone om strømprisen er 0,5kr/kWh.

2 Hvor mye strøm går det gjennom ei pære på 60W?Hva er maksimal effekt man får gjennom en sikring på 10A.

3 En solcelle leverer 3A til et batteri på 12V når det er sol og 0,5A når det er skyet.
- Hva blir effekten i disse to tilfellene.
- Hvor mye energi kan tilføres batteriet i løpet av 12 timer?
- Hva totalenergien i et batteri på 100Ah når det er fullt oppladet.
- Hvor lenge vil en pære på 15W kunne lyse med dagens tilførte energi.

 

Energiforståelse - hva er det?

Etter at vi har definert sentrale begrep innenfor emnet energi, kan det være nyttig å tenke gjennom om energiforståelsen har økt. Et alternativ er at det har blitt mer "huskestoff". Er mengden av enkeltstående faktaopplysninger økt, eller har opplysningene i dette kapittelet falt på plass i en oversiktlig tankestruktur?

Noen testspørsmål:
Kan du i alt som skjer rundt deg identifisere hvilke energiformer som er involvert?
Kan du raskt si hvilke opplysninger du trenger for å bestemme energimengden i ulike situasjoner?
Forstår du forskjellen på energi (E) og effekt (P)? Når vi f.eks. snakker om at en bil bruker 0,7 l/mil, er dette energi eller effekt?

Det finnes endel regneoppgaver knyttet til dette heftet. Her vil vi hevde at det vanligvis ikke er selve matematikken som skaper de største problemene. En manglende grunnleggende forståelse som hindrer at vi kan sette det vi holder på med inn i en sammenheng (tankekonstruksjon), er ofte et større problem.

Et eksempel
Hva mener vi med begrep? Ordet "blyant" blir uten videre forstått av de fleste. Den overnevnte bokstavkombinasjonen står altså for noe som folk er fortrolig med. Men hva er egentlig en blyant? En forklaring kan f.eks. være: Noe langt, tynt som vi kan skrive med. Denne forklaringen er ikke spesielt presis når det gjelder å avdekke det som særmerker en blyant. En mer presis forklaring bør vel inneholde noe om grafitt som er et stoff som lett fester seg til et papir og som lett kan viskes vekk med et viskelær. Merk at vi her bruker andre begrep for å forklare blyant. Om ikke disse nye begrepene er kjent så må vi vurdere å også forklare dem. Begrepet grafitt er vel mer ukjent for elevene enn selve blyantbegrepet. I forklaringen ovenfor er det altså en fare for at vi forvirrer mer enn vi oppklarer. Men betyr det at vi ikke bør prøve å gi elever en dypere forståelse av hva som ligger i begrepet blyant? Begrep kan være av forskjellig type. Hvordan vil du for eksempel forklare begrepet 'blå' for en som er blind? Noen begrep er altså av en type som vanskelig lar seg forklare med mer grunnleggende begrep. Merk ellers at det er mulig å beherske blyanten uten at vi kjenner ordet 'blyant'. I det ligger det blant annet at vi velger å bruke den i rette situasjoner og holder den rett osv.

Tenk så tilbake til definisjonene på energi. Inneholdt disse definisjonene begrep som forvirret? Kan det i tilfelle være mulig å lære disse nye begrepene med støtte fra det mer generelle energibegrepet. Læring foregår ikke alltid etter en lineær progresjon fra det enkle til det kompliserte. Her vil vi videre understreke at kjernen i begrepet energi er en tanke/ide og ikke et ord med 6 bokstaver. Det er derfor viktig at vi prøver å fjerne oss fra ordene i bøker og forelesninger og prøver å konstruere tankeforestillinger som beskriver den naturen som omgir oss. En forskjell på de som behersker fysikk og de som ikke behersker fysikk er kanskje at den sistnevnte gruppen er litt for opphengt i ordene som brukes? Både når det gjelder bruk av blyant og bruk av begrepet energi, er det klart at det trenges praksis over lang tid for å kunne beherske disse. Når vi så senere behersker begrepet energi, er vi ikke lenger så avhengig av de rette ordene. Vi forstår hva det dreier seg om likevel.

Vi kan sammenligne læring av et begrep med å vandre over en bakketopp. Først kommer motbakken, og så kommer den lette utforbakken. For de som strever i motbakken, kan det kanskje være litt motiverende å få et innblikk i det vi møter på andre siden. Personlig har jeg opplevd at fysikk er blitt enklere de siste årene fordi jeg har begynt å se sammenhenger i stadig flere forhold. Det betyr at kunnskapen kan lagres mer rasjonelt oppe i hodet. Når vi slå sammen informasjon, blir informasjonsmengden mindre (mindre dobbeltlagring). Det blir da raskere å finne fram til det vi trenger i øyeblikket. Mindre informasjon betyr imidlertid ikke mindre muligheter til å forklare ulike fenomen i naturen. Tvert imot har jeg opplevd at den lille informasjonen som ligger igjen, kan forklare flere ulike forhold enn de mange faktaopplysningene jeg hadde i hodet da jeg avsluttet det formelle fysikkstudiet. Nå er det ikke mulig å formulere resultatet av mange års erfaringer med noen få ord på en slik måte at andre kan få en fullstendig innsikt. Her vil jeg likevel prøve å beskrive en tankestruktur som illustrere den forenklingen som er nevnt her.

To grunnformer for energi
All energi faller innenfor to hovedgrupper av energi: potensiell energi og kinetisk energi. Den kinetisk energien "ligger i hastigheten" og den potensielle energien "ligger i plasseringa" i et kraftfelt. I begge disse tilfellene er det ett eller annet som "har" energien. Energien eksisterer da bare i forhold til et referansesystem. I det først tilfellet må farten bestemmes i forhold til et referansesystem, og i det andre tilfellet må vi definere et nullpunkt i kraftfeltet.

Ifølge denne grunnforståelsen hører kjemisk energi og atomenergi med til gruppen potensiell energi fordi det her er snakk om å flytte ting i et kraftfelt. Til venstre vises hvordan vi kan tegne mye og lite potensiell energi på makronivå, molekylnivå og atomnivå. Det som er felles, er altså at det er mer energi jo lenger de ulike partiklene er fra hverandre.

Innenfor gruppen kinetisk energi finner vi da varme, elektrisitet og lys. Her er det henholdsvis molekyler, elektroner og elektriske felt som beveger seg. Disse bevegelsene kan være mer kaotiske enn i en bil som beveger seg langs en vei, men det er en form for bevegelse. Merk at det også i dette tilfellet er snakk om et makronivå (bilen), et molekylnivå (varme) og et atomnivå (elektrisitet og lys).

Energioverføring på to nivå
Om vi så videre skal forklare hvorfor energi kan omformes fra en form til en annen, er det i prinsippet ikke noe vanskeligere enn å forklare en pendel som svinger. I pendelen veksler energien mellom potensiell energi i enden av banen (høyest i gravitasjonsfeltet) og kinetisk energi midt på banen (størst fart). Dette er energiutveksling på første nivå. Hvis vi på samme måten tenker at atomer og elektroner svinger fram og tilbake som følge av at krefter holder dem på plass, vil det skje en tilsvarende veksling mellom kinetisk og potensiell energi. Det finnes imidlertid en grunnleggende lovmessighet innenfor elektrisitetslæren som sier at ladninger som akselereres vil sende ut elektromagnetisk stråling. Siden molekyl og elektron består av ladninger, vil de svingningene som er nevnt ovenfor bety at de sender ut elektromagnetisk stråling (lys og varme). Resultatet vil bli at de mister energi på samme måten som pendelen.

Siden det finnes mange molelkyl og elektroner, vil det alltid være noen som fanger opp den utsendte energien. Derfor vil vi ha en evigvarende omforming av energi. Dette kan ilustreres med to koblede pendler. Utvekslingen av energi mellom ulike molekyl og elektron kan betraktes som energiutveksling på et andre nivå. Koblingen mellom pendlene tilsvarer da de elektromagnetiske strålene. Ved hjelp av ulik teknologi er det så til en viss grad, mulig å styre energiutveksling til de energiformene vi ønsker. Da får vi slike energiutvekslinger som f.eks. skjer i planter ved fotosyntese eller i ei solcelle. Her blir energien i lys styrt inn i henholdsvis energirike kjemiske bindinger og elektrisk strøm.

For noen vil kanskje denne forklaringa forvirre mer enn den klargjør. Det kan likevel være lønnsomt på lengere sikt å bruke litt tid til å prøve å forenkle tilværelsen slik som skissert her. Personlig synes jeg at det er "oppbyggelig" å oppleve at en forklaringsmodell fungerer både i mikrokosmos og makrokosmos. Det har i neste runde gitt meg frimodighet til å bruke denne forklaringsmodellen i nye situasjoner. Erfaringen så langt er at den synes å fungere. Naturen er enkel i bunnen! (Men veien til å forstå det kan være tidkrevende.)