Energiprincipen

Energiprincipen är en av fysikens mest grundläggande regler: energi kan aldrig skapas från ingenting och aldrig förstöras. Den kan bara omvandlas från en form till en annan. När du cyklar omvandlas den kemiska energin i dina muskler till rörelseenergi, och när en sten faller omvandlas dess lägesenergi till rörelseenergi på vägen ner.

Energi finns i flera former: rörelseenergi, lägesenergi, värmeenergi, kemisk energi, elektrisk energi och ljusenergi, för att nämna några. I ett vattenkraftverk sker en hel kedja av omvandlingar: vattnet högt upp i en fjällsjö har lägesenergi, som blir rörelseenergi när vattnet rinner nedåt genom en turbin, och som sedan omvandlas till elektrisk energi i en generator. Inget steg i kedjan skapar eller förstör energi, det är bara en omvandling från en form till nästa.

Din egen kropp är en annan omvandlingskedja. Maten du äter innehåller kemisk energi, som kroppen omvandlar till rörelseenergi när du springer eller cyklar och till värme som håller kroppstemperaturen uppe. Nästan all energiomvandling ger samtidigt värme, det är därför en cykel som bromsar blir varm vid bromsklossarna och en motor blir varm när den arbetar.

Vi säger ofta att vi förbrukar energi, men det är inte riktigt sant enligt energiprincipen. Det som faktiskt händer är att energin omvandlas från en användbar form, som el eller den kemiska energin i bensin, till en form som är svårare att använda igen, oftast utspridd värme. Elräkningen mäter alltså egentligen hur mycket energi som omvandlats i ditt hem under en månad, inte hur mycket energi som har försvunnit ur universum. Energin finns kvar, bara utspridd i väggar, luft och avloppsvatten där den inte längre går att samla in och använda på nytt.

Det här lär du dig

Formulera energiprincipen och förklara vad den säger om energi
Identifiera olika energiformer i en omvandlingskedja
Beskriva energiomvandlingarna i ett vattenkraftverk eller i kroppen
Förklara varför uttrycket energiförbrukning egentligen handlar om omvandling

Begrepp att kunna

Energiprincipen: Regeln att energi aldrig kan skapas eller förstöras, bara omvandlas från en form till en annan.
Energiform: Ett sätt energi kan finnas lagrad eller överföras på, till exempel rörelseenergi, lägesenergi, värmeenergi eller kemisk energi.
Energiomvandling: Processen när energi byter form, till exempel när kemisk energi i mat blir rörelseenergi hos en springande person.
Omvandlingskedja: En följd av energiomvandlingar där energin går från en form till nästa, till exempel från lägesenergi till rörelseenergi till elektrisk energi.
Mekanisk energi: Summan av ett föremåls rörelseenergi och lägesenergi vid ett visst tillfälle.

Vanliga svårigheter

Tror att energi förbrukas och försvinner

Många tänker att en glödlampa eller en bil använder upp energi så att den försvinner. Enligt energiprincipen är det fel: energin omvandlas bara till en annan form, oftast värme, som sprider sig i omgivningen. Energin finns fortfarande kvar i universum, den är bara utspridd och svårare att samla in och använda igen.

Blandar ihop energi med kraft

Energi och kraft är olika storheter som ofta blandas samman. En kraft är en påverkan som kan ändra ett föremåls rörelse, medan energi är förmågan att utföra arbete eller orsaka förändring. En stark kraft som bara verkar längs en kort sträcka kan överföra lite energi, medan en svagare kraft som verkar längs en lång sträcka kan överföra mycket mer. En kraft på något som inte flyttar sig överför ingen energi till det alls.

Glömmer att en del av energin nästan alltid blir värme

Elever ser ofta bara den huvudsakliga omvandlingen, som rörelse eller ljus, och missar att en del av energin samtidigt blir värme genom friktion eller motstånd. När en cykel bromsar blir bara en liten del av rörelseenergin ljud. Nästan all blir värme i bromsklossarna, och därför blir de varma efter en hård inbromsning.

Vanliga missuppfattningar

Energi förbrukas. Eleven tror att energi tar slut eller försvinner när den används. Enligt energiprincipen omvandlas energi men förstörs aldrig; den kan däremot bli mindre användbar (t.ex. spridd som värme).

I verkligheten

Vatten från en fjällsjö rinner ner genom ett vattenkraftverk, och dess energi når ditt vägguttag som elektrisk energi

Vattnets lägesenergi högt upp omvandlas till rörelseenergi när det faller genom en turbin, och turbinens rörelse omvandlas vidare till elektrisk energi i en generator. Varje steg i kedjan är en omvandling, ingen energi uppstår eller försvinner på vägen.

En cyklist blir svettig och varm efter att ha cyklat uppför en lång backe

Den kemiska energin som lagrats i musklerna från maten omvandlas dels till rörelseenergi och lägesenergi när cykeln tar sig uppför, dels till värme i kroppen. Svetten är kroppens sätt att göra sig av med en del av denna överskottsvärme.

Tips

Välj en vardaglig händelse, som att ladda en telefon eller äta frukost, och skriv ner varje energiform i tur och ordning från start till slut. Att se hela kedjan gör omvandlingarna mycket tydligare än att bara tänka på start och slut.
Byt ut ordet förbrukar mot omvandlar nästa gång du pratar om energi. Det tvingar dig att fundera på vilken ny form energin faktiskt tar, i stället för att bara tänka att den försvinner.
Leta alltid efter värmen när du spårar en energiomvandling. Nästan varje omvandling lämnar efter sig lite värme som är lätt att glömma om du bara tänker på den avsedda effekten, som ljus eller rörelse.

Testa dig själv

1. En kokosnöt faller från ett högt träd och landar orörlig i sanden utan att studsa. Vad hände med den lägesenergi den hade i trädet?

Lägesenergin omvandlades först till rörelseenergi medan kokosnöten föll. Vid nedslaget i sanden omvandlades rörelseenergin vidare till värme, ljud och till att trycka undan och forma om sanden runt kokosnöten. Energin är inte borta, den finns kvar i form av värme och de små förändringarna i sanden och nöten.

2. Förklara varför uttrycket energiförbrukning egentligen är missvisande enligt energiprincipen, trots att vi använder det varje dag.

Energi förbrukas inte i betydelsen att den försvinner. Det som händer är att energi omvandlas från en användbar form, som el, till en form som är svår att använda igen, framför allt värme som sprids i omgivningen. Vi kallar det förbrukning eftersom den användbara formen tar slut för oss, men den totala energin i universum är fortfarande densamma.

3. En cyklist trampar hårt uppför en brant backe och blir alldeles varm i kroppen. Vilka energiomvandlingar sker, och i vilken ordning?

Kemisk energi från maten i musklerna omvandlas först till rörelseenergi som driver cykeln framåt. En del av energin blir lägesenergi eftersom cyklisten samtidigt stiger uppåt i backen. Samtidigt omvandlas en stor del av den kemiska energin direkt till värme i musklerna, vilket är det cyklisten känner som att bli varm.

Ur kursplanen

Fysik åk 7–9 · Fysiken i naturen och samhället
Energins flöde och oförstörbarhet samt olika energislags kvalitet. Olika typer av energikällor samt deras för- och nackdelar för samhället och miljön.
Fysik nivå 1a1 · Energi, energiresurser och elektromagnetism
Energiprincipen samt begreppen arbete, effekt och verkningsgrad för att beskriva omvandling, nyttjande och lagring av energi.
Fysik nivå 1a2 · Energi, energiresurser och elektromagnetism
Energiprincipen, verkningsgrad och hållbar energiresursanvändning.
Fysik nivå 1b · Energi, energiresurser och elektromagnetism
Energiprincipen samt begreppen arbete, effekt och verkningsgrad för att beskriva omvandling, nyttjande och lagring av energi. Hållbar energiresursanvändning.

Källa: Skolverket, centralt innehåll.

Bygger på

Leder vidare till

Energikvalitet och entropi

Träna vidare – gratis

Det här ämnet har inga egna träningsuppgifter än. De här närliggande ämnena har lösta exempel och uppgifter som anpassar sig efter dig: