3.1 Energi og energiformer

Energi er overalt

Tenk over noe helt vanlig: Du slår på lyset om morgenen. Solen varmer ansiktet ditt gjennom vinduet. Du spiser frokost, og kroppen din får kraft til å bevege seg. Du tramper på sykkelen til skolen, og hjulene spinner. Alt dette har noe grunnleggende til felles, nemlig energi.

Energi er et av de mest sentrale begrepene i hele naturfagen, og likevel er det overraskende vanskelig å peke på det og si «der er det». Du kan ikke se energi direkte. Du kan ikke ta på den, lukte den eller smake den. Men du kan se hva energi gjør. Den får baller til å rulle, lyspærer til å gløde, motorer til å brumme og is til å smelte. Energi er evnen til å utføre arbeid eller forandre noe, og den er helt avgjørende for alt som skjer i naturen.

I dette kapittelet skal vi dykke inn i energiens verden. Vi skal utforske hva energi egentlig er, lære om seks ulike energiformer, forstå hvordan energi måles, og oppdage hvordan energi kan skifte fra én form til en annen. Gjør deg klar for å se verden med nye øyne.

Hva er egentlig energi?

La oss starte med det grunnleggende. Energi er evnen til å utføre arbeid eller forandre noe. Det høres kanskje litt abstrakt ut, men tenk på det slik: Når noe har energi, kan det få ting til å skje. En ball som beveger seg har energi fordi den kan flytte på andre ting den treffer. Et batteri har energi fordi det kan drive en lommelykt. Solen har energi fordi den sender ut lys og varme som gjør livet på jorda mulig.

Det finnes tre viktige egenskaper ved energi som du bør kjenne til. For det første kan energi aldri forsvinne eller skapes fra ingenting. Den kan bare omdannes fra én form til en annen. Dette kalles energibevaring, og det er et av de mest fundamentale prinsippene i fysikken. For det andre finnes energi i mange forskjellige former, som bevegelse, varme, lys, lyd og elektrisitet. For det tredje måles energi i enheten joule, forkortet J, oppkalt etter den britiske fysikeren James Prescott Joule. Én joule er omtrent den energien du trenger for å løfte et lite eple én meter opp i luften. Fordi det er en ganske liten mengde, bruker vi ofte kilojoule (kJ), som er tusen joule.

I matpakker angis energiinnhold i kilojoule eller kilokalorier. Én kilokalori tilsvarer 4,18 kilojoule. En sjokoladeplate kan for eksempel inneholde rundt 2000 kJ energi.

De seks energiformene

Nå som du vet hva energi er, skal vi se nærmere på de viktigste formene energi kan ha. Vi deler gjerne inn i seks hovedtyper.

Den første er kinetisk energi, altså bevegelsesenergi. Alt som beveger seg har kinetisk energi, enten det er en bil på motorveien, en ball som kastes eller vinden som blåser. Jo raskere noe beveger seg og jo tyngre det er, desto mer kinetisk energi har det. En bil på 1000 kg som kjører i 20 meter per sekund har hele 200 000 joule kinetisk energi.

Den andre er potensiell energi, eller stillingsenergi. Dette er lagret energi som skyldes posisjon. En stein på toppen av et fjell har tyngdepotensiell energi fordi tyngdekraften kan få den til å falle. Jo høyere opp og jo tyngre steinen er, desto mer potensiell energi har den. Det finnes også elastisk potensiell energi, som i en spent bue eller en sammenpresset fjær.

Den tredje er kjemisk energi, som er lagret i kjemiske bindinger mellom atomer. Maten du spiser inneholder kjemisk energi som kroppen bryter ned for å holde seg varm og i bevegelse. Bensin, batterier og ved inneholder også kjemisk energi.

Den fjerde er elektrisk energi, som skyldes bevegelse av elektriske ladninger gjennom ledninger. Det er denne formen som driver alt fra lyset i taket til mobilen i lommen din. Den femte er strålingsernergi, altså elektromagnetisk energi, som forplanter seg som bølger. Sollys, mikrobølger og røntgenstråler er alle eksempler. Den sjette er termisk energi, eller varmeenergi, som skyldes bevegelse av partikler i et stoff. Jo varmere noe er, desto raskere beveger partiklene seg.

Energi kan omdannes

En av de mest fascinerende tingene med energi er at den hele tiden skifter form. Vi kaller dette energiomforminger, og de skjer overalt rundt oss, hele tiden.

Når du spiser frokost, omdannes kjemisk energi i maten til termisk energi som holder kroppen varm, og til kinetisk energi som lar deg bevege deg. Når du sykler til skolen, omdanner kroppen din kjemisk energi til bevegelsesenergi i beina, som igjen overføres til sykkelen. Solcellepaneler omdanner strålingsernergi fra solen til elektrisk energi. I en lommelykt omdannes kjemisk energi i batteriet til elektrisk energi, og deretter til lys og varme i pæren.

Vi kan tegne energikjeder for å vise disse omformingene. For eksempel, i et vannkraftverk ser kjeden slik ut: Solen varmer opp vann som fordamper og danner skyer. Regnet faller i fjellene, og vannet samles i et magasin høyt oppe, der det har potensiell energi. Når vannet slippes ned, omdannes potensiell energi til kinetisk energi. Vannet treffer turbiner som spinner, og generatorer omdanner bevegelsen til elektrisk energi. Til slutt kan den elektriske energien bli til lys i lyspæren din hjemme.

Legg merke til at i hvert trinn av en slik kjede tapes alltid noe energi som varme. En lyspære omdanner ikke all strømmen til lys; en god del blir til varme. Denne varmen er ikke «borte», men den er spredt og vanskelig å utnytte. Det er derfor vi aldri kan oppnå hundre prosent effektivitet.

Oppsummering

I dette kapittelet har vi utforsket et av naturfagets aller mest sentrale begreper: energi. Vi har lært at energi er evnen til å utføre arbeid eller forandre noe, og at den måles i joule.

Vi har blitt kjent med seks viktige energiformer. Kinetisk energi er bevegelsesenergi, og alt som beveger seg har den. Potensiell energi er lagret energi som skyldes posisjon, enten det er høyde over bakken eller en spent fjær. Kjemisk energi er lagret i kjemiske bindinger, som i mat, bensin og batterier. Elektrisk energi skyldes bevegelse av ladninger og driver alle de elektroniske apparatene vi omgir oss med. Strålingsernergi forplanter seg som elektromagnetiske bølger, slik som sollys. Termisk energi skyldes bevegelse av partikler og henger sammen med temperatur.

Vi har også oppdaget at energi aldri forsvinner eller skapes fra ingenting. Den omdannes bare fra én form til en annen, noe vi kan visualisere gjennom energikjeder. I hvert omformingstrinn tapes noe energi som varme til omgivelsene, noe som betyr at vi aldri kan oppnå hundre prosent effektivitet. Denne forståelsen av energi er grunnlaget for alt vi skal lære videre om fysikk.