kinetisk energi

Hvad er kinetisk energi?

Kinetisk energi er bevægelsesenergi. Det er en af mange energiformer. Energi beskrives i fysikkens verden med hjælp af termodynamikkens love. Disse naturlove blev fundet i løbet af det 18. århundrede. Især engelske Sir Isaac Newton har udmærket sig i dette emne. Termodynamikkens love blev det teoretiske grundlag for den industrielle revolution.

Den industrielle revolution ændrede verden for altid. Pludseligt kunne brugsgenstande, værktøj, redskaber, tøj og mad produceres i store mængder og for en brøkdel af prisen. Kæmpe dampende og rygende maskiner erstattede muskelkraft. Sindrige mekaniske konstruktioner som vævemaskiner kunne erstatte tusindvis af flittige fingre.

Men hvad betyder termodynamik, og hvad har det med bevægelsesenergi at gøre?

Mekanik vs. Termodynamik

Indtil Newtons opdagelser var verden mekanisk. Den klassiske mekanik blev allerede behersket af de gamle civilisationer som Ægypten, Grækenland og Rom. Mekanik er tingenes verden.

  • Mekanik: Et system, der ikke kan udveksle stof med omverden eller påvirkes af omgivelserne. En blide er en meget sofistikeret mekanisk maskine. Den udveksler godt nok stof med omverden, når den skyder et tungt projektil mod en bymur. Projektilet indeholder en stor mængde af bevægelsesenergi. Denne energi frigives i et splitsekund, når projektilet ramme bymuren. Men projektilet er ikke en del af maskinen, men bliver slynget ud af maskinen. En blide er ren mekanik.
  • Termodynamik: Et system, der kan udveksle energi med omverden. Energien er i form af varme (termisk) eller arbejde (kinetisk). Hvor mekanik kan sammenlignes med en lukket kasse, er termodynamik en isoleret kasse.

Kinetisk energi styres af de termodynamiske love.

De termodynamiske hovedsætninger

  • Hovedsætning 0: Termodynamisk ligevægt. Denne lov siger, at hvis to systemer med forskellig temperatur kommer i berøring, vil de udjævne hinanden, indtil de har samme temperatur. På simpelt dansk, så smitter varmen af på kulden. Det er fordi kulde faktisk ikke findes. Kulde er simpelthen et underskud på varme. Ligesom luften altid vil fylde et vakuum, vil varme fylde kulde.
  • Hovedsætning 1: Energiens bevarelse. Denne sætning siger, at energi hverken kan skabes eller tilintetgøres. Den samlede energimængde i hele universet er faktisk konstant. Den har altid været det, og vil altid være det. Ligs siden Big Bang, til Big Crunch, er mængden af energi konstant. Energi kan kun omformes. Og i bunden er alt som vi kan se, høre, lugte, smage, føle og måle i sidste ende energi. Fast stof er blot en af mange tilstandsformer for energi.
  • Hovedsætning 2: Entropi og varmetransport. Når du fx opvarmer et gas med en flamme, tilføjer du gasset varmeenergi. Gassens molekyler bevæger sig hurtigere og får brug for mere plads. Derved udvider gassen sin volumen. Der kommer mere uorden i molekylerne. Denne grad af uorden, eller kaos, kaldes for entropi. Varmeenergi kan også ses som molekylernes kinetiske eller bevægelsesenergi.
  • Hovedsætning 3: Det absolutte Nulpunkt. Det er det teoretiske punkt hvor molekylerne ingen kinetisk energi har. Dvs. alle molekyler står stille. I virkelighedens verden findes der ikke et absolut nulpunkt. Det ville nemlig forudsætte fravær af al energi. Men temperaturer i det dybe rum kommer tæt på.

Kinetisk energi formel

Formel for kinetisk energi bliver forklaret her.

Et legemes kinetiske energi E er en halv gange legemets masse m gange legemets hastighed v i anden potens (kvadrat): E=12m⋅v²

På jysk: en genstands kinetiske energi afhænger af dens masse og fart.

Eksempel:

Et tog, der vejer 100 tons og kører 100 km/t, har 4 gange den kinetiske energi af et tog på 100 tons, som kører 50 km/t

Et tog, der vejer 200 tons og kører 100 km/t, har 8 gange den kinetiske energi af et tog på 100 tons, som kører 50 km/t.

Hvordan kan et legeme indeholde kinetisk energi?

Prøv at forestille det dig sådan: Det kræver energi at sætte en fodbold i bevægelse. Et kraftigt spark for eksempel, får bolden til at flyve igennem luften. Energien fra sparket er nok til at bolden kan overvinde tyngdekraftens træk. For en kort stund. Fordi i sidste ende vinder tyngdekraften altid. Men det er ikke kun tyngdekraften der bremser bolden og får den til at falde ned igen. Luftmodstanden spiller også en stor rolle.

Når bolden flyver igennem luften, gnider den mod luftens molekyler. Denne gnidning bremser bolden og producerer også varme. Hvis der hverken fandtes luftmodstand eller tyngdekraft, ville du aldrig se din fodbold igen. Den ville simpelthen flyve af sted i den retning du har sparket den, for al evighed.

Den ville også gemme på den sparkens kinetiske energi, uden tab. Hvis den efter 100 millioner års rumrejse ville ramme en planet i Alpha Centauri systemet, ville den ramme med den samme kraft som dit spark havde.

Hvad bruges kinetisk energi til?

Bevægelsesenergi har mange anvendelser. Alt, hvor der er noget i bevægelse. Når du kører i bil, rider du på bilens kinetiske energi. Den opstår ved at omforme energi i flere trin: Det starter med en kemisk proces: oxidation. Det er når et stof forbinder sig med ilt. Så frigives der store mængder energi i form af varme – ild. I en forbrændingsmotor bliver det faktum at en gas udvider sig under varmepåvirkning, brugt til at drive en motor. Her er udvidelsen så hurtig, at det er en lille kontrolleret eksplosion hver gang et tændrør slår en gnist. Denne termiske energi bliver af bilens motor og gearkasse omformet til kinetisk energi, som driver bilens hjul.

Potentiel energi og kinetisk energi

Kinetisk og potentiel energi er ikke det samme. Potentiel energi er energi der ”hviler sig”. Med andre ord, energi som er oplagret. Fx ved at samle en masse vand i et bassin som ligger højere oppe end turbinen i et vandkraftværk. Vandet er lukket ind og bliver derved isoleret fra tyngdekraften. Så snart du laver en åbning, vil vandet følge tyngdekraftens træk og strømme mod jordens centrum. Når det rammer skovlene i en turbine, bliver den potentielle energi til kinetisk energi. Turbinen omformer så denne kinetiske energi til elektromagnetisk energi. Dvs. turbinen løfter den kinetiske energi til at højere energiniveau. Denne proces medfører også et energitab, som er den mængde af energi der ender som varme.

Skriv en kommentar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.