Energian häviämättömyyden laki. Eli energian määrä on vakio, mutta vain sen muoto muuttuu.
Jos meillä on vettä vaikkapa miljoona litraa 100m korkeudessa, siinähän on potentiaalienergiaa varastoituneena, verrattuna siis 0m tasoon. Vesi on jollakin konstilla tietysti ensin saatu tuonne 100m tasoon, jolloin on kulutettu energiaa.
Ok, jos vettä juoksutetaan sitten tuo 100m korkeuden verran alaspäin ja otetaan turbiinilla ja siihen kytkettynä olevalla generaattorilla talteen sähkönä. Syntyy melkoinen määrä energiaa, kun potentiaalienergia muuttuu ensin mekaaniseksi energiaksi ja siitä sitten generaattorilla sähköenergiaksi.
Miten käy jos samainen miljoona litraa juoksutetaan putkea pitkin vain alempaan tasoon? Mihin häviää sen sisältämä potentiaalienergia, jos sitä ei oteta talteen sähköenergiaksi? Syntyykö siitä lämpöä saman verran kuin mitä generaattori olisi tuottanut sähköä? Potentiaalienergian täytyy siis laskea vai onko niin, että potentiaalienergia jätetään "ottamatta ulos" ja se siis säilyy mutta vain verrattuna uutta 0m tasoa alempana olevaan -100m tasoon?
Jos meillä on vettä vaikkapa miljoona litraa 100m korkeudessa, siinähän on potentiaalienergiaa varastoituneena, verrattuna siis 0m tasoon. Vesi on jollakin konstilla tietysti ensin saatu tuonne 100m tasoon, jolloin on kulutettu energiaa.
Ok, jos vettä juoksutetaan sitten tuo 100m korkeuden verran alaspäin ja otetaan turbiinilla ja siihen kytkettynä olevalla generaattorilla talteen sähkönä. Syntyy melkoinen määrä energiaa, kun potentiaalienergia muuttuu ensin mekaaniseksi energiaksi ja siitä sitten generaattorilla sähköenergiaksi.
Miten käy jos samainen miljoona litraa juoksutetaan putkea pitkin vain alempaan tasoon? Mihin häviää sen sisältämä potentiaalienergia, jos sitä ei oteta talteen sähköenergiaksi? Syntyykö siitä lämpöä saman verran kuin mitä generaattori olisi tuottanut sähköä? Potentiaalienergian täytyy siis laskea vai onko niin, että potentiaalienergia jätetään "ottamatta ulos" ja se siis säilyy mutta vain verrattuna uutta 0m tasoa alempana olevaan -100m tasoon?
Vastaukset 10
Vanhimmat
En ole mikään fyysikko, mutta alaspäin juokseva vesi ei jää leijumaan ilmaan vaan törmää johonkin.
Vaikka veden potentiaalisesta energiasta ei otettaisi mitään talteen, tulee se käytetyksi kitkaan, pyörteisiin ja muuhun eroosioon kun se maahan tai seisovaan veteen törmää.
Vaikka se kaikki potentiaalienergia menisi veden lämpenemiseen, olisi kasvu vain asteen kymmenesosia.
Potentiaalienergia muuttuu liike-energiaksi ja liike-energia haihtuu lopulta lähinnä kitkalämpönä ympäristöön.
H = 100m, c = 4200 J/kgK, g = 9,81 m/s^2, v1 = 0 ja v2 = veden nopeus putkessa pudottuaan H metriä.
--> deltaT = gH/c - (v2^2)/2c
jos v2 = sqrt(2gH), niin deltaT = 0
jos v2 = 0, niin deltaT = gH/c = 0,23 astetta
Lämmöksihän se muuttuu.
Kuten laskelma yllä osoittaa, lämpö sitoo yllättävän paljon energiaa verrattuna potentiaaliin. Sitä ei uskoisi silloin, kun rahtaa kottikärryillä hiemkkaa ylämäkeen:)
Jatkokysymys: Paljonko vettä on virrattava Imatrankoskessa, kun keitän vedenkeittimessä litran teevettä 20-asteisesta kiehuvaksi. Otetaan oletetaan talteenoton ja siirron ym. hyötysuhteeksi (hatusta vedetty) 50 %. Joudut ensin selvittämään Imatran vesivoimalaitoksen putouskorkeuden.
Niin tota laskelmieni mukaan noin kaksi litraa.
On se vähän enemmän. Vedenkeittimen hyötysuhde lienee noin 90%, joten veden kuumentamiseen tarvitaan sähköenergiaa 80*4200/0,90 = 373333 J.
Imatrankosken putouskorkeus on muistaakseni 26 m ja jos kokonaishyötysuhde on annettu 50%, niin vettä pitää koskessa pudota 373333 / (0,5*9810*26) = 2,93 m^3 eli pyöreesti 3000 litraa.
Lisäksi veden virratessa pelkästään alla olevaan tasoon siihen jää jälkiliikettä ja kuohuntaa tunneiksi. josta se sitten pikkuhiljaa kitkan takia häviää ja haihtuu lämpönä. joten tuo "marttan00" todella hyvin laskema (Kade) lämpötila on maksimaalinen lämpeneminen ja todellisuudessa lämpötila jää vielä tuostakin. ehkä jossakin kohtaa voi paikallista lämpenemistä pn pistemäisesti enemmän mutta keskiarvo alle tuon.
Sama kysymys vähän toisella tavalla
huoneessa on kattolamppu joka loistaa
katkaiset sähkön katkaisijasta
mihin valo katoaa?
Hienoja vastauksia, kiitos kaikille vastanneille. Yllättävän vähän tuo vesi lämpenisi ja varmaankin lähinnä kitkan vaikutuksesta!
Valokysymyksen vastaus taitaa olla, että valo katoaa siihen samaan paikkaan kuin kattolampun palaessakin, eli se absorboituu huoneen seiniin lämmöksi (olettaen ettei huoneessa ole ikkunoita).