החוברת · דף לימוד
המרות אנרגיה ושימור
מדעים · כיתה ח׳ · פרק 11: אנרגיה, סביבה ושינוי אקלים
אנרגיה לא נשארת באותה צורה - היא משתנה מצורה לצורה בכל רגע! בואו נגלה איך זה קורה ולמה אנרגיה אף פעם לא נעלמת.
אנרגיה משנה צורות
אחד הדברים המרתקים ביותר באנרגיה הוא שהיא משנה צורות כל הזמן! כשאנחנו מדליקים נורה, אנרגיה חשמלית הופכת לאור וחום. כשאנחנו רצים, אנרגיה כימית מהמזון הופכת לתנועה וחום.
המרה = שינוי צורה
אנרגיה עוברת מצורה אחת לאחרת - מחשמל לאור, מכימי לתנועה
שרשראות המרה
לרוב יש סדרת המרות - כימית ← תרמית ← קינטית ← חשמלית
שימור האנרגיה
הכמות הכוללת של אנרגיה תמיד נשמרת - לא נוצרת ולא נעלמת
מהי המרת אנרגיה?
המרת אנרגיה היא תהליך פיזיקלי שבו כמות מוגדרת של אנרגיה משנה את מופעה מצורה אחת (למשל כימית) לצורה אחרת שוות ערך (למשל קינטית או תרמית), תוך שמירה מלאה על סך הג'ולים במערכת הסגורה.
כמעט כל פעולה בחיים שלנו כוללת המרת אנרגיה מצורה לצורה!
שרשראות המרה בחיי היומיום
מכונית
שרשרת ההמרה:
קינטית (תנועה) ← תרמית (חום) ← כימית (בנזין)
• הבנזין מכיל אנרגיה כימית
• השריפה במנוע משחררת חום
• החום מניע בוכנות
• הבוכנות מסובבות גלגלים
• המכונית נוסעת!
טלפון נייד
שרשרת ההמרה:
אור + קול ← חשמל ← כימי (סוללה)
• הסוללה מאחסנת אנרגיה כימית
• האנרגיה הופכת לחשמל
• החשמל מפעיל את המסך (אור)
• החשמל מפעיל רמקול (קול)
• החיבור למטען: חשמל ← כימי
אופניים
שרשרת ההמרה:
קינטית ← כימית (מזון בגוף)
• אכלנו ארוחת בוקר (אנרגיה כימית)
• הגוף מפרק את המזון
• השרירים מקבלים אנרגיה
• הרגליים דוחפות את הדוושות
• האופניים נעים!
מזגן
שרשרת ההמרה:
העברת חום ← קינטית ← חשמלית
• החשמל מפעיל מנוע
• המנוע מניע קומפרסור
• הקומפרסור דוחס גז
• הגז סופג חום מהחדר
• החדר מתקרר!
המרות אנרגיה בהקשר ישראלי
מגדל השמש באשלים
שרשרת המרה מרשימה:
חשמלית ← קינטית ← תרמית ← אור (שמש)
1. מאות מראות מרכזות אור השמש
2. האור הופך לחום עצום (600°C!)
3. החום מחמם מים להפוך לבאדים
4. הקיטור מסובב טורבינות
5. הטורבינות מייצרות חשמל
עובדה: המגדל גבוה 240 מטר - הגבוה בישראל!
תחנת כוח חגית בחיפה
שרשרת המרה קלאסית:
חשמלית ← קינטית ← תרמית ← כימית (פחם)
1. שורפים פחם (אנרגיה כימית)
2. החום מרתיח מים
3. הקיטור מסובב טורבינות ענקיות
4. הטורבינות מייצרות חשמל
5. החשמל מגיע לבתים
בעיה: התחנה מזהמת - פליטת CO₂
שדות סולאריים בנגב
המרה ישירה ויעילה:
חשמלית ← אור (שמש)
1. תאים פוטו-וולטאיים קולטים אור
2. האור ישירות הופך לחשמל!
ללא שלבי ביניים של חום וקיטור
יתרון: המרה יעילה יותר ונקייה
עובדה: ישראל במקום 5 בעולם ייצור לנפש
הידרואנרגיה בים המלח
ניצול הפרשי גובה:
חשמלית ← קינטית ← פוטנציאלית
1. מים מהכנרת (גובה -210 מ')
2. זורמים לים המלח (גובה -430 מ')
3. בדרך עוברים בטורבינות
4. התנועה מייצרת חשמל
פוטנציאל: 220 מטר הפרש גובה = הרבה אנרגיה!
חוק שימור האנרגיה
אחד החוקים החשובים והיסודיים ביותר בפיזיקה!
חוק שימור האנרגיה נכון תמיד ובכל מקום ביקום - אף פעם לא נמצאה חריגה ממנו!
מדוע אי אפשר לבנות מכונית שנוסעת לנצח בלי לתדלק?
סיכום: מושגי מפתח
המרת אנרגיה
מעבר אנרגיה מצורה אחת לאחרת - כמו חשמל לאור או כימי לתנועה
שרשרת המרה
סדרת המרות עוקבות - למשל: כימית ← תרמית ← קינטית ← חשמלית
חוק שימור האנרגיה
אנרגיה לא נוצרת ולא נעלמת - רק משנה צורה. הכמות הכוללת נשמרת תמיד
אנרגיה "אבודה"
אנרגיה שהפכה לחום מפוזר - לא באמת אבודה, אלא לא שימושית יותר
יעילות
היחס בין אנרגיה שימושית לכוללת, באחוזים. LED: 90%, להט: 5%
מנוע נצח
בלתי אפשרי! סותר את חוק שימור האנרגיה - אנרגיה תמיד "מתבזבזת" לחום
אם חוק שימור האנרגיה אומר שאנרגיה לא נעלמת, למה אנחנו צריכים לחסוך בחשמל?