ETE310 Miljö och Fysik

Transkript

1 ETE310 Miljö och Fysik VT2015 Linköpings universitet Mikael Syväjärvi

2 Vad går kursen ut på? Miljö/klimat-frågor högaktuella Introduktion Översikt Fysik

3 Vad ska vi göra? Seminarier Diskussion! Miljö och fysik - Exempel från teknologier Skriftliga uppgifter; Fri form Innehåll viktigt - inte formen Skriv med egna ord!!! Examination: inskickade skriftliga uppgifter Betygsätts bedömning av examinator (genomarbetat innehåll, ev extrauppgift)

4 Om man missar ett tillfälle? All info läggs upp på hemsidan! Litteratur: skrivs av kursansvarig Uppgifter diskuteras nästa tillfälle. Skickas in innan. Missat skicka in i tid? Skicka när ni är klara. Lästips: En ännu varmare värld Claes Bernes Naturvårdsverket 2007

5 TILLFÄLLE 1 Ge introduktion Beskriva PROBLEMET Hemuppgift 1

6 Några ord om kursansvarig Bördig från Trosa NT gymnasiet Nyköping Y-linjen Linköpings universitet Forskat om nya material för elektronik Disputerat 1999, docent 2004 Forskning Material Fluorescerande kiselkarbid för vita lysdioder Kubisk kiselkarbid som nytt solcellsmaterial Grafen - nobelprismaterialet

7 Global uppvärmning Vad är det? Vad beror den på?

8 Global uppvärmning Uppvärmning i atmosfären nära jordytan Under 1900-talet Ökning grader På grund av koldioxid från industrialisering Men vissa hävdar temperaturökning även av naturliga processer Debatt om orsak!!!

9 Temperaturvariation sedan mitten talet när man kunde göra tillförlitliga mätningar Skillnad jämfört med värdet år 1990

10 FNs klimatrapport Tre delrapporter 1. naturvetenskapen kring klimatförändringarna. 2. effekterna av klimatförändringarna 3. åtgärder som krävs för att bromsa den globala uppvärmningen

11 FNs klimatrapport

12 FNs klimatrapport Människan påverkar klimatet genom utsläpp av växthusgaser och avskogning, och det är bråttom att minska utsläppen om vi ska lyckas begränsa uppvärmningen till max två grader över förindustriell nivå. Skillnaden mot förra rapporten 2007 är att forskarna är ännu säkrare, har bättre modeller, och att vi har förlorat sju år med ökande utsläpp trots den kunskapen. Läget är därför ännu mera kritiskt.

13 Om vi fortsätter som idag, så ligger vi över RCP8,5 RCP representative concentration pathways Skillnaden mellan mängden energi från solinstrålning som träffar jorden och hur mycket energi som jorden strålar ut till rymden igen (W/m 2 ). RCP är ett mått på hur utvecklingen kan se ut Högre värde, desto sämre scenario! Inget scenario är egentligen positivt!!! Det är i princip för sent. Nu kan vi bara minimera skadorna! OM vi gör något!!!!!! NU!!!

14 Bästa scenariot. Om vi börjat förändra vårt sätt att leva. Från nu (helst igår).

15

16

17 Så här ser det ut om vi fortsätter som idag!!!

18

19 Solen är grunden till allt liv

20 Energi från solen till jorden 1500 miljoner TWh årligen kwh villa använder ca kwh Om man kan ta tillvara på allt solljus som strålar in till jorden så skulle det räcka att driva jorden ett år

21 15 miljoner grader i centrum Cirka 6000 grader på ytan Består av väte Väte omvandlas till helium Avger energi i form av strålning Tusentals år från kärna till yta

22

23 Solen 4,6 miljarder år gammal Ännu inte halva sin livslängd Ökar i energi Jordens ungdom Solen inte lika stark Värmde jorden mindre Fanns nästan inget syre Hög andel av växthusgaser Koldioxid, metan, ammoniak Stark växthuseffekt

24 Värmer jorden i ökande grad Fotosyntes Började för ca 3 miljarder år sedan Tog upp koldioxid och gav syre Växthuseffekten försvagades Förändringar av klimatet Istid tropisk värme Variation av växthuseffekt Förändringar av växthuseffekten Variation av klimatet Argument mot modellen för global uppvärmning

25 När vätet är förbrukat Förbränner helium Gravitationskraften minskar Solen sväller Slukar omgivande planeter Förbränner andra grundämnen tills de är slut Sjunker ihop och kallnar

26 Jordens temperatur balans genom naturliga processer Fysik värmeöverföring genom strålning: Energi strålar in från solen Jorden värms upp, men kan inte bara värmas upp, kyler sig genom strålning Energi strålar ut från jorden Energibalans

27 Andra värmeöverföringar konvektion (rörelser av gaser eller vätskor) Ledning Avdunstning sker inte - jorden är isolerad i vakuum

28 (elektromagnetisk) Strålning Vibrationer/darrningar i elektriska och magnetiska fält Se som vågor som breder ut sig i ett medium Våglängd - avståndet mellan två vågtoppar Energi ~ 1/l

29 Olika delar av det synliga ljuset har olika våglängd

30 Vid kortare våglängder Ultraviolett ljus, UV Vid längre våglängder infraröd strålningen, IR kallas även värmestrålning

31 Energi och våglängd

32 Energin i solljus IR 53% Synligt ljus 36% UV 11%

33 Strålning mindre än 300 nanometer Atmosfären stoppar Ultraviolett strålning (UV) ozonskiktet Atmosfären Strålning nanometer Atmosfären släpper igenom strålning i ökande grad Strålning över 400 nanometer All strålning släpps igenom

34 Föremål absorberar en del av strålningen Energibalans Resten av strålningen antingen reflekteras eller passerar genom föremålet. Absorberad strålning värmer upp föremålet Varma föremål kyls genom sända ut värmestrålning infraröd strålning kallas svartkroppsstrålning

35 ALLA föremål som har en temperatur sänder ut strålning Strålningen sker som en fördelning av våglängd Infraröda området 700 o C 2700 o C Ultravioletta området 5700 o C Ungefär samma temperatur som solen

36 Man kan använda teoretiska beräkningar för strålning från klotformade föremål Utan atmosfär Temperaturen på jorden -18 o C Inget liv Allt vatten fruset Utan atmosfär

37 Med atmosfär Med atmosfär Temperaturen på jorden 15 o C Liv! Naturlig växthuseffekt Global uppvärmning är en förstärkt växthuseffekt

38 Ökade utsläpp ger högre koncentration av gaser i atmosfär Global uppvärmning Gaserna fångar upp IR strålning och sänder ut igen åt alla håll Mer IR strålning tillbaks mot jorden Jordens temperatur ökar Förstärkt växthuseffekt

39 Molekyler roterar och vibrerar Laddningar kan ändra tyngdpunkt Molekyler kan fånga upp strålning (energi) Roterar snabbare eller kraftigare vibration Vad gör en gas till växthusgas? Fångar endast viss energi som sammanfaller med molekylens vibrationsenergi (den energi som krävs för att få till vibration) Molekyler med likadana atomer och symmetrisk mittpunkt fångar inte upp strålning (blir ej växthusgas)

40 Fånga upp och skicka energi

41 Koldioxid Freoner Kväveoxid Metan Vattenånga Ozon Växthusgaser

42 Växthusgaser Koldioxid (CO 2 ) Bildas vid förbränning av kolföreningar i syremiljö Freoner Förening av kolväte med flour/klor/brom Användes som kylmedium Fasats ut till fördel för andra kylmedium Kväveoxid Vid förbränning: kväve + syre bildar kväveoxid Kan genom omvandling ge marknära ozon

43 Växthusgaser Metan (CH 4 ) Bildas vid nerbrytning av organiska material Avföring, urin från människor och djur Existerar även i naturgas Vattenånga Står till stor del för den naturliga växthuseffekten Ozon Giftig för människan Skyddar från solens UV strålning

44 Andel i atmosfär

45 Växthusgaserna fångar upp värmestrålning och skickar tillbaka till jorden Jorden värms upp ännu mer! Vattenånga viktig för den naturliga växthuseffekten Växthusgaser

46 Examination Genom hemuppgifter till varje tillfälle Uppsatser Fri form, ingen formalia! Ni ska skriva själva med egna ord Betygsättning: G VG MVG Tar upp ämnet i uppgiften Röd tråd i det ni skriver om Egen god diskussion av ämnet

47 Fråga er omgivning (föräldrar, kompisar, m fl) Vad är global uppvärmning? Vad beror den på? Svaren är det intressanta Sammanfatta (minst 3 tillfrågade) Gör egen reflektion över omgivningens medvetenhet Examination Lyssna på media Vilka klimat/miljöfrågor är aktuella? Sammanfatta de aktualiteter ni kommer in på och gör en reflektion Sammanfatta svaren på cirka 2-4 sidor i ett textdokument ms word, open office, enkelt text dokument Tanken är att få inblick i vad som diskuteras NU Skicka med e-post innan nästan tillfälle Skriv namn i dokumentet Ange ETE310 uppgift 1 i ämnesrad

48 12 feb Nästa tillfälle 26 feb 12 mars 26 mars 16 april 7 maj Ämnen som tas upp Belysning: Hur fungerar glödlampa, lågenergilampa, lysdioder? Vindkraft: varför max 59%? Nanoteknik för i morgon: grafen Solceller: hur fungerar de? Vågkraft på frammarsch 21 maj Torsdagar