Energi

Vad det är

Energi är en storhet som beskriver förmågan att utföra arbete. Den mäts i joule (J): 1 J är arbetet när kraften 1 N verkar längs 1 m. Energi finns i olika former, och en form kan omvandlas till en annan:

• Rörelseenergi, E = mv²/2. En bil på 1 000 kg i 20 m/s har 1 000 · 20²/2 = 200 000 J = 200 kJ, se rörelseenergi.
• Lägesenergi, E = mgh. En boll på 2 kg på 3 m höjd har 2 · 9,8 · 3 = 58,8 J, se lägesenergi. En hoptryckt fjäder har fjäderenergi, se fjäderns potentiella energi.
• Termisk energi, värmen i ett ämne, se termodynamikens första huvudsats.
• Elektrisk energi. En kilowattimme är 3,6 miljoner joule, se elenergi i kWh.
• Kemisk energi i bränslen och mat, strålningsenergi i ljus och kärnenergi i atomkärnor, där massa och energi hänger ihop, se massa och energi.

Energiprincipen säger att den totala energin i ett isolerat system, ett som inte utbyter energi med omgivningen, är konstant. En boll på 1 kg som faller 5 m förlorar 1 · 9,8 · 5 = 49 J lägesenergi och får 49 J rörelseenergi: v = √(2 · 49/1) ≈ 9,9 m/s, se mekaniska energins bevarande.

Det som inte är energi:

• Effekt. Watt är joule per sekund. En lampa på 10 W omvandlar 10 J varje sekund, se effekt.
• Kraft. Newton är inte joule. Kraften är det som drar; energin är vad som ändras när den drar längs en sträcka.
• Temperatur. 20 °C säger inte hur mycket energi som finns; det beror också på massan och ämnet.

Varför det spelar roll

Energin är det som räknas när man vill följa ett förlopp utan att följa varje kraft. Då räcker det att ta reda på var energin är före och efter: farten längst ner i en backe, hur högt en kula når, hur mycket el en apparat kostar. Arbete är energi som flyttas med en kraft, se arbete, och verkningsgraden säger hur stor del av energin som hamnar där man vill ha den.

Hur ett fall räknas med energin visas i energiprincipen mellan två punkter; en elräkning är samma storhet i kWh.

Vanliga missuppfattningar

• “Energi förbrukas.” Den omvandlas. När en bromsande bil stannar har rörelseenergin blivit värme i bromsar och däck. Den finns kvar, men går inte att använda igen på samma sätt.
• “Energi och effekt är samma sak.” Effekt är energi per tid. 1 kWh är energin, 1 kW är effekten: en apparat på 2 kW som går i 3 timmar använder 6 kWh.
• “Rörelseenergin dubbleras när farten dubbleras.” Den blir fyra gånger så stor, eftersom v ingår i kvadrat. 20 m/s ger fyra gånger energin av 10 m/s.
• “Energiprincipen gäller inte när det finns friktion.” Den gäller för det isolerade systemet, med underlaget medräknat; friktionen omvandlar bara en del av den mekaniska energin till värme. Det är den mekaniska energin som inte är konstant.

Vanliga frågor