S5 Luonnon rakenteet, periaatteet ja kiertokulut/Energian säilyminen

Kaikki energia on peräisin auringostaMuokkaa

 
Yhteyttämisessä kasvit muuttavat auringon valoenergian avulla hiilidioksidin ja veden sokeriksi ja hapeksi. Valoenergia muuttuu kemialliseksi energiaksi (sokeri).Klikkaa kuva suuremmaksi, mikäli animaatio ei näy mobiililaitteella.

Energia on meille kaikille tuttu sana. Tarvitsemme sitä elämiseen ja toimimiseen. Me ihmiset ja eläimet saamme energiaa syömästämme ruuasta, mutta myös kulkuvälineet, tehtaat ja laitteet tarvitsevat energiaa toimiakseen.

Kaikki maapallolla käytettävä energia, olipa kyseessä sitten ruuasta saatava energia, sähkölaitteet toimimaan saava energia, taloja lämmittävä energia tai autoja liikuttava energia, on peräisin auringosta. Auringon energia saa kasvit yhteyttämään. Yhteyttämisessä kasvit muuttavat auringon valoenergian kemialliseksi energiaksi, tarkemmin sanottuna sokeriksi. Tällöin sanotaan, että energia varastoituu kasviin. Kun eläin tai ihminen syö kasvin, energia siirtyy tämän käyttöön. Jos taas syömme kasveja syöneen eläimen tai eläimen, joka on syönyt kasveja syöneen eläimen, energia siirtyy syömästämme eliöstä meidän käyttöömme.

Mutta tuleeko bensa muka auringosta? Bensiini ja diesel, joilla useimmat autot vielä kulkevat, tehdään öljystä. Oljyllä voidaan myös lämmittää koteja. Öljy on syntynyt miljoonia vuosia sitten kuolleista eliöistä maan alla. Myös nämä eliöt ovat saaneet energiansa yhteyttämällä auringon avulla tai kuten mekin syömällä toisia eliöitä. Siksi myös noihin miljoonia vuosia sitten kuolleisiin eliöihin varastoitunut energia on lähtöisin auringosta.

Myös tuuli- ja vesivoima ovat auringon aikaansaannoksia, sillä auringon lämpö aiheuttaa tuulet, jotka pyörittävät tuulivoimaloiden potkureita. Auringon lämpö aiheuttaa myös sateet, jotka valuvat jokina järviin ja meriin, ja joissa vesivoimalat tuottavat meille sähköä.

Näiden lisäksi on olemassa muitakin tapoja tuottaa energiaa ihmisille, mutta kaikille yhteistä on, että niissä kaikissa ihmisten käyttöön otettava energia on lähtöisin auringosta.

Energia ei ole ainetta, mutta sen määrää voi mitataMuokkaa

Energiaa on kaikkialla, mutta se ei ole ainetta. Siksi energia ei vie tilaa eikä se paina yhtään. Energia voi kuitenkin sitoutua aineeseen, kuten kasvien valmistamaan sokeriin, ja sokeri painaa. Sokeri vie myös tilaa, koska se on ainetta. Eri ruoka-aineissa on eri määrä energiaa. Esimerkiksi yhdessä kilogrammassa suklaata on paljon enemmän energiaa kuin vaikkapa yhdessä kilogrammassa porkkanoita.

Energian määrää voidaan myös mitata. Energian mittayksikkönä käytetään joulea, jonka lyhenne on J. Ruuissa energia ilmoitetaan yleensä kilojouleina, eli tuhansina jouleina. Yksi kilojoule tarkoittaa siis tuhatta joulea. Erityisesti ruuan energiasta puhuttaessa mittayksikkönä voidaan joskus käyttää myös kaloreita. Sata grammaa Fazerin Sinistä maitosuklaata sisältää energiaa 2260 kilojoulea (kJ) eli 2 260 000 joulea.

Tärkeää muistaa!
  • Kaikki maapallolla oleva energia on auringon aikaansaannosta.
  • Kasvit voivat varastoida auringon valoenergiaa muuttamalla sen kemialliseksi energiaksi (sokeri).
  • Energia ei ole ainetta, eikä siksi paina mitään. Energian määrää voi mitata ja sen mittayksikkönä käytetään joulea (J).

Energia esiintyy eri muodoissaMuokkaa

 
Energia voi esiintyä erilaisissa muodoissa.

Energia voi esiintyä monessa eri muodossa. Auringosta maapallolle säteilee lämpöenergiaa ja valoenergiaa. Maassa auringon energia muuttuu eri muotoihin. Tässä esitellään niistä joitakin.

Kemiallinen energiaMuokkaa

Kemiallisella energialla tarkoitetaan johonkin aineeseen, kuten ruokaan tai vaikkapa autojen käyttämään polttoaineeseen varastoitunutta energiaa, jota voidaan käyttää hyväksi esimerkiksi liikkumiseen.

Liike-energiaMuokkaa

Liikkuvalla asialla, elävällä tai elottomalla, on liike-energiaa. Mitä kovemmalla vauhdilla asia liikkuu, sitä enemmän liike-energiaa sillä on. Tämä onkin helppo havaita, kun ihminen törmää toiseen kävellen tai juosten. Juoksevalla ihmisellä on enemmän liike-energiaa, joten toiseen ihmiseen siirtyy törmäyksessä enemmän liike-energiaa. Tämän vuoksi juosten törmäys saa kävelyä todennäköisemmin toisen kaatumaan. Entä kumman taklaus on helpompi ottaa vastaan: ekaluokkalaisen vai opettajan? Jos kevyt ja painava asia liikkuvat samalla nopeudella, painavammalla on enemmän liike-energiaa. Siksi kevyemmän oppilaan törmäys on helpompi ottaa vastaan.

LämpöenergiaMuokkaa

Myös lämpö on energiaa. Mitä lämpimämpi jokin asia on, sitä enemmän siihen on varastoitunut lämpöenergiaa. Kun jotain asiaa lämmitetään, siihen siirtyy lisää lämpö-energiaa. Kun jokin asia jäähtyy, lämpöenergia siirtyy siitä pois.

ÄänienergiaMuokkaa

Äänikin on energiaa. Mitä suurempi ääni kuuluu, sitä enemmän äänienergiaa on.

PotentiaalienergiaMuokkaa

Hieman oudommalta saattaa kuulostaa potentiaalienergia. Potentiaalienergiaa on asialla, joka on noussut tai nostettu irti maan pinnalta. Koska maanvetovoima vetää nostettua asiaa puoleensa, se putoaa, mikäli sitä ylhäällä pitävä asia häviää. Tällöin potentiaalienergia muuttuu liike-energiaksi. Kappaleella on siis potentiaalia, eli mahdollisuus, saada putoamisesta johtuvaa liike-energiaa. Mitä korkeammalle kappale nostetaan ja mitä painavampi se on, sitä enemmän sillä on potentiaalienergiaa.

Energia ei häviä vaan muuttaa muotoaanMuokkaa

Energian säilymislaki tarkoittaa, että energia ei häviä minnekään, se vain muuttaa muotoaan. Tutustutaanpa seuraavaksi hieman tarkemmin mitä tämä tarkoittaa.

Puuhun on varastoitunut yhteyttämisen tuotteena sokeria, eli kemiallista energiaa. Kun puu poltetaan, kemiallinen energia ei häviä mihinkään, vaan se muuttaa muotoaan lämpöenergiaksi ja valoenergiaksi.

Kun bensiinillä toimiva auto liikkuu, sen polttoaineeseen varastoitunut kemiallinen energia palaa auton moottorissa. Energiaa vapautuu polttoaineeen palaessa moottorissa ja moottori muuttaa energian liike-energiaksi. Mitä nopeammin auto liikkuu, sitä enemmän liike-energiaa sillä on. Kun auto jarruttaa, liike-energia muuttuu lämpöenergiaksi, sillä jarrupalat kuumenevat. Mitä suuremmasta vauhdista jarrutetaan, sitä enemmän liike-energiaa muuttuu lämpöenergiaksi. Joskus jarrutuksesta saattaa kuulua myös ääntä, jolloin osa liike-energiasta muuttuu äänienergiaksi.

 
Tämä kuva havainnollistaa yhtä esimerkkiä siitä, kuinka energia muuttaa muotoaan.

Entäpä valot? Kun napsautat katkaisijaa, valo syttyy. Energia lamppuun voidaan tuottaa eri tavoin, mutta syttyessään lamppuun johtoa pitkin tuleva energia muuttuu valoenergiaksi ja lämpöenergiaksi. Uudenaikaiset LED-valot eivät juurikaan lämpene, mutta vanhat hehkulamput kylläkin.

Entä mitä tapahtuu koripallokentällä? Syömästämme ruuasta saatu kemiallinen energia on varastoitunut lihaksiimme. Koripallopelissä lihaksiimme varastoitunut kemiallinen energia muuttuu liike-energiaksi ja lämpöenergiaksi, joskus myös äänienergiaksi. Kemiallisen energian muuttumisen lämmöksi voit huomata siinä, että sinulle tulee kuuma. Kun olet liikkunut ja hikoillut riittävästi, on sinun saatava lisää kemiallista energiaa ruuasta.

Missään näistä tapauksista energia ei ole hävinnyt, vaan sen kokonaismäärä on pysynyt samana. Energia on ainoastaan muuttanut muotoaan.

 
Tämä kuva havainnollistaa energiamuodon muuttumista ja energiamäärän säilymistä. Lopputilanteessa oleva energiamäärät eivät ole tarkkoja määriä.
Tärkeää muistaa!
  • Kaikki energia on peräisin auringosta.
  • Energian mittayksikkö on joule. Sen lyhenne on J.
  • Energia voi esiintyä eri muodoissa.
  • Energian säilymislaki tarkoittaa sitä, että energia ei häviä vaan muuttaa vain muotoaan.

LähteetMuokkaa