FY1-2 Fysiikka luonnontieteenä / Fysiikka, ympäristö ja yhteiskunta Flashcards
- fysiikka tieteenä - mittaaminen - energialähteitä ja tuottotapoja (134 cards)
1
Q
Mitä fysiikassa tutkitaan?
A
Fysiikassa tutkitaan kappaleiden ja ilmiöiden mitattavissa olevia ominaisuuksia kokeellisin ja teoreettisin menetelmin.
2
Q
Miten ja milloin maailmankaikkeus syntyi?
A
13,8 mrd. vuotta sitten, oli hyvin kuumaa ja kaikki maailmankaikkeuden aine oli pakkaantunut hyvin tiiviisti yhteen -> alkuräjähdys -> maailmankaikkeus on laajentunut ja laajentuminen on kiihtyvää (taustasäteily todisteena alkuräjähdyksestä)
3
Q
Selitä luonnontieteellisen menetelmän kulku.
A
Fysiikassa tuotetaan uutta tietoa käyttämällä luonnontieteellistä menetelmää.
1) Luonnonilmiöistä hankitaan tietoa mittausten ja kokeiden avulla.
2) Mittaustuloksista etsitään säännönmukaisuuksia, joiden perusteella laaditaan matemaattinen malli.
3) Matemaattinen malli testataan uusilla kokeilla. Jos malli ei selitä kokeiden tuloksia, se hylätään. Kun jokin malli on läpäissyt riittävän monia testejä, sitä aletaan kutsua luonnonlaiksi.
Esim. Einsteinin massan ja energian vastaavuus: Aineeseen, jonka massa on m, sisältyy sisäinen energia E = mc^2, missä c = valonnopeus tyhjiössä
4
Q
Fysiikan perustutkimus:
A
tutkitaan luonnonilmiöiden fysikaalista perustaa ilman tavoitetta tiedon soveltamiseen. Esim. atomin rakenneosien tutkiminen
5
Q
Fysiikan soveltava tutkimus:
A
etsitään perustutkimuksen pohjalta uusia ratkaisuja eli innovaatioita olemassa oleviin tarpeisiin ja käyttötarkoituksiin
6
Q
Teoreettinen fysiikka:
A
ilmiöitä tarkastellaan puhtaasti matemaattisin menetelmin, ilman käytännön mittaustapahtumaa; selittää kokeellisen fysiikan saamia tuloksia, ja ennustaa uusia ilmiöitä, jotka pitää pystyä varmentamaan kokeellisesti ennen teorian hyväksymistä
7
Q
Laskennallinen fysiikka:
A
tärkeä muilla fysiikan osa-alueilla ja muilla tieteenaloilla; yhtenä pyrkimyksenä jäljitellä tietokoneella luonnossa tapahtuvia prosesseja
8
Q
Klassinen fysiikka:
A
1600-luvulta lähtien; käsittelee mm. mekaniikkaa, lämpöä, valoa, sähköä ja magnetismia
9
Q
Moderni fysiikka:
A
1900-luvun alkupuolelta; nykyfysiikan keskeisiin teorioihin eli suhteellisuusteoriaan ja kvanttimekaniikkaan perustuvaa fysiikkaa
10
Q
Nimeä nykyfysiikan tutkimuskohteita.
A
- uusien energialähteiden kehittäminen
- nanorakenteet
- hiukkasfysiikka
- kvanttitietokoneet
- fuusioenergia
- mustat aukot
- pimeä energia
11
Q
Mitkä ovat kolme ihmiskunnan suurta teknologista murrosta, jotka perustuvat fysiikan keksintöihin?
A
teollisuuden, sähkön ja elektroniikan vallankumoukset
12
Q
Mikä on luonnonlaki?
A
tieteellinen sääntö tai periaate, joka perustuu havaintoihin ja kokeellisiin todisteisiin
13
Q
Mitä fysiikassa tarkoitetaan mittaamisella?
A
kokeellista tutkimustyötä
14
Q
Missä gravitaatiovuorovaikutus vaikuttaa, millainen on sen luonne ja suhteellinen voimakkuus?
A
- kaikkien kappaleiden välillä
- aina vetävä
- 10^-38 (heikoin)
15
Q
Missä sähkömagneettinen vuorovaikutus vaikuttaa, millainen on sen luonne ja suhteellinen voimakkuus?
A
- kaikkien sähköisten kappaleiden välillä
- vetävä tai hylkivä
- 10^-3 – 10^-2 (toiseksi vahvin)
16
Q
Missä vahva vuorovaikutus vaikuttaa, millainen on sen luonne ja suhteellinen voimakkuus?
A
- atomin ytimessä, kvarkkien välillä
- yleensä vetävä, pitää atomin ytimen koossa
- 1 (vahvin)
17
Q
Missä heikko vuorovaikutus vaikuttaa, millainen on sen luonne ja suhteellinen voimakkuus?
A
- kaikkien alkeishiukkasten (hiukkanen, jota ei voida enää jakaa pienempiin osiin, esim. kvarkit) välillä
- aiheuttaa mm. radioaktiivista beetahajoamista
- 10^-12 – 10^-5 (toiseksi heikoin)
18
Q
Miten vuorovaikutuksia voidaan kuvata?
A
- kenttien avulla makroskooppisia ilmiöitä
- välittäjähiukkasten avulla hiukkasfysiikassa
19
Q
Mikä vuorovaikutus
a) heikkenee nopeasti, mutta yltää äärettömän kauas
b) välittäjähiukkanen fotoni
c) välittäjähiukkanen gravitoni
d) välittäjähiukkanen gluoni
e) välittäjähiukkanen välibosonit
f) läsnä kaikissa kosketusvuorovaikutuksissa
g) suojaa Maata avaruudesta tulevalta hiukkassäteilyltä
h) mahdollistaa hiukkasen muuttumisen toiseksi hiukkaseksi
i) protonin ja neutronin rakenneosasten eli kvarkkien välinen vuorovaikutus
j) jäännösvoima ydinvoimaa
k) aiheuttaa Auringon fuusioreaktiot
A
a) gravitaatio
b) sähkömagneettinen
c) gravitaatio
d) vahva
e) heikko
f) sähkömagneettinen
g) sähkömagneettinen
h) heikko
i) vahva
j) vahva
k) heikko
20
Q
Mikä perusvuorovaikutus on vallitseva seuraavissa tapauksissa:
a) lumi putoaa katolta
b) rikkiatomin ydin pysyy koossa
c) ohut kääremuovi takertuu sormiin
d) magneetit hylkivät toisiaan
e) cesiumydin säteilee elektroneja
f) tietoliikennesatelliitti kiertää maata
g) elektronit ovat elektronipilvessä atomin ytimen ympärillä
h) kitka mahdollistaa liikkumisen
i) kosketat taulutietokoneen näyttöä
j) Auringossa tapahtuvat fuusioreaktiot?
A
a) gravitaatio
b) vahva
c) sähkömagneettinen
d) sähkömagneettinen
e) heikko
f) gravitaatio
g) sähkömagneettinen
h) sähkömagneettinen
i) sähkömagneettinen
j) heikko
21
Q
Miksi kvarkkeja ei saa erilleen toisistaan?
A
Niiden välinen vahva voima on sitä suurempi mitä suurempi niiden välimatka on -> kvarkkeja ei ole luonnossa vapaina hiukkasina.
22
Q
Miksi lähes kaikki SI-järjestelmän perusyksiköt nojautuvat aikaan?
A
Aikaa pystytään mittaamaan tarkimmin.
23
Q
Mitkä ovat SI-järjestelmän perussuureet ja -yksiköt? (7)
A
1) pituus l / s, metri m
2) massa m, kilogramma kg
3) aika t, sekunti s
4) sähkövirta I, ampeeri A
5) lämpötila T, kelvin K
6) ainemäärä n, mooli mol
7) valovoima I, kandela cd
(suureen yksikkö merkitään hakasulkeiden avulla, esim. “ajan yksikkö on sekunti” merkitään [t] = 1 s)
24
Q
Mitä ovat johdannaissuureet?
A
Muut kuin perussuureet (7), jotka voidaan määritellä toisten suureiden avulla, esim. keskivauhti v = s / t
25
Mikä on suureyhtälö?
suureiden väliset riippuvuudet ilmoitetaan suureyhtälöiden avulla, kutsutaan myös yhtälöiksi tai kaavoiksi
26
Mikä on makrokosmos?
muodostuu niistä luonnon rakenteista, jotka ihminen voi havaita aisteillaan; ihminen, planeetta kuineen, Aurinkokunta, galaksi (Linnunrata), galaksijoukko
27
Mikä on mikrokosmos?
muodostuu niistä luonnon rakenteista, jotka ovat liian pieniä havaittavaksi aistinvaraisesti; kvarkki, neutroni/protoni, ydin, atomi, molekyyli ja kide
28
Mitä eroa on aurinkokunnalla ja galaksilla?
Aurinkokunta muodostuu tähdestä (Aurinko) ja sen kiertolaisista (planeetat ym.). Galaksi on suurempi kokoelma tähtiä, planeettoja, ym., eli galaksissa voi olla useampia aurinkokuntia.
29
Mikä on eksoplaneetta?
planeetta, joka kiertää muuta tähteä kuin Aurinkoa, eli se on oman aurinkokuntamme ulkopuolella
30
Mitä galaksin keskellä on?
yleensä supermassiivinen musta aukko, joka vaikuttaa galaksin rakenteeseen ja tähtien liikkeisiin sen ympärillä, esim. Linnunradan keskellä on musta aukko Sagittarius A.
31
Miksi galaksin rakenteet pysyvät omilla radoillaan eivätkä imeydy mustaan aukkoon?
- galaksin sisäiset voimakkaat gravitaatiovuorovaikutukset pitävät tähdet ym. taivaankappaleet omilla kiertoradoillaan
- tähdet liikkuvat galaksin keskustan ympäri, ja niiden liike-energia estää niitä putoamasta suoraan mustaan aukkoon
- galaksin ulkoreunalla olevat tähdet ovat kauempana mustasta aukosta ja siten kokevat heikompaa gravitaatiovoimaa
32
Mikä on kvanttimekaaninen malli ja miksi se kuvaa atomia paremmin kuin Bohrin atomimalli?
Mallin mukaan elektronin liikkeestä on mahdollista tietää vain todennäköisyys, jolla elektroni on tietyssä paikassa elektronipilvessä. Tämä vastaa paremmin oikeaa atomin rakennetta, koska elektronit liikkuvat jatkuvasti suurella nopeudella ytimen ympärillä ns. pomppien epäsäännöllisesti eri suuntiin.
33
Mikä on orbitaali?
kvanttimekaniikan mallin mukaan elektronin todennäköinen esiintymisalue
34
Mistä Aurinko koostuu?
pääasiassa ionisoituneesta vedystä ja heliumista; tällaista kaasua kutsutaan plasmaksi.
35
Mikä on nukleoni?
Ytimen hiukkasia, protonia ja neutronia, kutsutaan yhteisellä nimellä nukleoneiksi.
36
Mitkä ovat aineen pienimpiä rakenneosia?
kvarkit ja leptonit
37
Mitkä ovat kvarkkien kuusi eri lajia?
ylöskvarkki, alaskvarkki, outokvarkki, lumokvarkki, tosikvarkki (top-kvarkki) ja kauniskvarkki (bottom-kvarkki)
38
Miksi kvarkit eivät esiinny luonnossa vapaina hiukkasina?
Ne ovat vahvan vuorovaikutuksen vuoksi toisiinsa sitoutuneina.
39
Mitkä ovat leptonien kuusi eri lajia?
elektroni, myoni, tau, elektronin neutriino, myonin neutriino ja taun neutriino
40
Mikä on molekyyli?
sähköisesti neutraali kahden tai useamman atomin yhteenliittymä
41
Mikä on ioni ja miten se eroaa molekyylistä?
Ioni on atomi tai molekyyli, joka on luovuttanut tai vastaanottanut elektroneita, eli se ei ole enää sähköisesti neutraali.
42
Mikä on kiteinen aine?
aine, jonka rakenneosaset muodostavat aineelle ominaisen säännöllisesti toistuvan rakenteen
43
Mikä on amorfinen aine?
aine, jonka rakenneosaset muodostavat aineelle ominaisen epäsäännöllisen rakenteen, esim. lasi
44
Miten molekyylin, kiteen ja amorfisen aineen rakenne pysyy kasassa?
Sähkömagneettisen vuorovaikutuksen avulla.
45
Mitä asioita liittyy mittaustapahtumaan?
- mitattavan kohteen valinta
- kohteeseen liittyvä teoria
- mittaussuunnitelma
- mittaamalla hankittu kokeellinen aineisto
- tulosten käsittely ja graafinen esitys
- virhearviointi
- mittausraportin tekeminen
46
Karkea virhe:
seurausta mittausvälineen epätarkoituksenmukaisesta ja väärästä käsittelystä tai lukemavirheestä; paljastuvat usein tuloksia vertailtaessa; tulee jättää tuloksien ulkopuolelle tai toistaa mittaus
47
Systemaattinen virhe:
toistuu samanlaisena eri mittauskerroilla ja vääristää tulosta aina samaan suuntaan; johtuu esim. laitteen väärästä kalibroinnista, mittausolosuhteiden vaikutuksesta mittaustuloksiin tai analogisen mittarin asteikon vinosta lukemisesta; vaikea havaita
48
Satunnainen virhe:
esiintyy jokaisessa mittauksessa; johtuu esim. epätarkasta mittarin lukemisesta, aistien epätarkkuudesta tai huolimattomuudesta; voidaan pienentää suorittamalla mittaus tietokoneen avulla
49
Absoluuttinen virhe:
kertoo, kuinka paljon mittaustulos enintään poikkeaa suureen mitatusta arvosta, absoluuttisen virheen tarkkuus on sama kuin mittaustuloksen tarkkuus
50
Suhteellinen virhe:
ilmaisee, kuinka suuri (absoluuttinen) virhe on suhteessa mittaustulokseen, ilmoitetaan prosentteina (delta x / xm, jossa xm on mittaustulos ja delta x absoluuttinen virhe) huom. virhe pyöristetään ylöspäin!
51
Vaihteluvälin puolikas:
yksi tapa arvioida virheen suuruutta; delta x = (Xmax - Xmin) / 2, jossa Xmax on mittaustulosten suurin arvo ja Xmin pienin; virhearvio pyöristetään ylöspäin
52
Mikä on malli?
yksinkertaistus tutkittavasta ilmiöstä, esim. matemaattinen malli, graafinen malli, piirrosmalli tai geometrinen malli; mallien avulla selitetään ilmiöitä ja tehdään niistä ennusteita, malleilla on kuitenkin rajallinen pätevyysalue
53
Mikä suure on koordinaatiston pystyakselilla ja mikä vaaka-akselilla?
- pystyakselilla suure, jonka riippuvuutta tutkitaan
- vaaka-akselilla suure, josta pystyakselilla oleva suure riippuu
esim. aika yleensä vaaka-akselilla
54
Miten voidaan ilmaista, että aika t on vaaka-akselilla ja tilavuus V pystyakselilla?
- esitä mittaustulokset t,V-koordinaatistossa
- esitä mittaustulokset aika, tilavuus-koordinaatistossa
- esitä tilavuus V ajan t funktiona
- piirrä kuvaaja V = V(t)
vrt. x,y-koordinaatisto!
55
Mitä tarkoitetaan graafisella tasoituksella?
menetelmä, jossa koordinaatistoon pistejoukkoon sijoitetaan kuvaaja, joka kulkee mahdollisimman hyvin pistejoukon kautta; voidaan vähentää satunnaisvirheen vaikutusta lopputulokseen
56
Mitä tarkoittaa interpolointi?
kuvaajalta määritellään arvoja havaintopisteiden väliltä, saadaan luotettavia ennusteita suureiden arvoista
57
Mitä tarkoittaa ekstrapolointi?
kuvaajaa jatketaan alueelle, josta mittaustuloksia ei ole; oletetaan, että tutkittavassa ilmiössä riippuvuus muuttujasta jatkaa samaa käyttäytymistä mittausalueen ulkopuolella, saadaan sitä epäluotettavampia tietoja, mitä kauemmas ekstrapolointi ulotetaan
58
Mikä on lineaarinen malli?
graafinen malli, joka on suora, esim. tietyn aineen massan ja tilavuuden riippuvuus
59
Mikä on fysikaalinen kulmakerroin?
graafisen mallin kulmakerroin / verrannollisuuskerroin; jos kuvaaja on suora, fysikaalinen kulmakerroin ilmaisee uuden suureen, esim. massan ja tilavuuden riippuvuus -> tiheys; mitä jyrkempi suora, sitä suurempi kulmakerroin
60
Miten fysikaalinen kulmakerroin määritetään?
delta y / delta x, suureen muutos saadaan vähentämällä suureen loppuarvosta suureen alkuarvo; (y2 - y1) / (x1 - x2)
61
Mitä on tasainen liike?
kappale liikkuu samanpituisina aikaväleinä aina yhtä pitkän matkan; nopeus on vakio
62
Mitä on tasainen kiihtyvyys?
kappaleen nopeus muuttuu yhtä pitkinä aikaväleinä yhtä paljon
63
Mitä on sidottu energia?
Energiaa, joka liittyy aina johonkin perusvuorovaikutukseen; pitää vapauttaa, ennen kuin sitä voi hyödyntää, esim. puun kemiallinen energia, uraaniytimen sidosenergia (vahva vuorovaikutus)
64
Mitä on vapaa energia?
Energiaa, joka on hyödynnettävissä heti, esim. Auringon säteily sekä liikkuvan veden ja ilman liike-energia
65
Mitä tarkoitetaan energian säilymislailla?
Energian kokonaismäärä pysyy luonnontapahtumissa muuttumattomana; energia ei lisäänny eikä vähene, eikä sitä voida luoda eikä hävittää
66
Mihin energian muuntaminen perustuu kaikissa laitteissa?
Jonkin voiman tekemään työhön, vaikka usein voimia ei mainita; voima voi liittyä esim. gravitaatio- tai sähkömagneettiseen vuorovaikutukseen (-> kosketusvuorovaikutus)
67
Mitä tarkoitetaan Einsteinin suhteellisuusteorialla?
Sen mukaan massa on yksi sidotun energian muoto; massaan m sisältyy energia E = mc^2, jossa c on valon nopeus (pitää ottaa huomioon esim. tarkasteltaessa energian säilymistä ydinreaktiossa, koska osa reagoivien hiukkasten massasta voi muuttua esim. reaktiossa syntyvien hiukkasten liike-energiaksi -> massassa on energiaa)
68
Mikä on energiakaavio?
Kuvaa energian muuntumista; merkitään alku- ja lopputilanne ja näiden väliin nuoli kuvaamaan energiaa muuntavaa prosessia sekä kaikki tapahtumaan liittyvät energiamuodot
69
Mitä tarkoitetaan, kun sanotaan, että energia "huononee"?
Kun mekaaninen energia muuntuu esim. kitkan vaikutuksesta lämpöenergiaksi, se on "huonomaa" energiaa, koska kaikkea syntynyttä lämpöenergiaa ei voi muuntaa takaisin mekaaniseksi energiaksi ja lämpöenergia on hyötykäytön kannalta usein "huonompaa" kuin mekaaninen energia
70
Mitä tarkoitetaan voimalla fysiikassa?
suure, joka kuvaa vuorovaikutuksen voimakkuutta; fysiikassa voima tekee työtä, kun se siirtää kappaletta tai kun kappale liikkuu voiman suunnassa tai sitä vastaan
71
Mitä työllä tarkoitetaan fysiikassa?
Työ on voiman välityksellä tapahtuvaa energian siirtoa kappaleen ja sen ympäristön välillä; työ muuntaa energiaa muodosta toiseen
72
Mitä teholla tarkoitetaan fysiikassa?
Teho ilmaisee energian muuntumisnopeuden; laitteen teho on sitä suurempi, mitä nopeammin energian muuntuminen tapahtuu
73
Miten laitteen käyttökustannukset lasketaan?
Sähkölaitteessa muuntunut energia saadaan yhtälöstä E = Pt, jossa P on laitteen sähköteho ja t käyttöaika; käyttökustannukset lasketaan kertomalla laitteen kuluttama energia energian hinnalla (kun laitteen sähköteho ilmoitetaan kilowatteina (kW) ja käyttöaika tunteina (h), energian yksikkö on kilowattitunti (kWh))
74
Mitä koneen hyötysuhde ilmaisee?
Koneen tai prosessin hyötysuhde ilmaisee, kuinka suuri osa otetusta energiasta saadaan muunnettua halutuksi toiseksi energiamuodoksi
75
Miksi koneen hyötysuhde on aina alle 100%?
Koska koneita käytettäessä osa energiasta muuntuu mm. kitkan vaikutuksesta lämpöenergiaksi eli hukkaenergiaksi
76
Miten Auringon säteilemä energia syntyy?
Fuusioreaktioissa, jossa vety-ytimet liittyvät yhteen ja muodostavat heliumytimiä, ja osa vedyn massasta vapautuu energiana -> Auringon massa pienenee joka sekunti yli 4 miljoonaa tonnia. Aurinko säteilee fuusioissa vapautuvan energian pääosin näkyvänä valona ja lämpö- eli infrapunasäteilynä
77
Mitkä energialähteet eivät ole peräisin Auringosta?
Ydinenergia (uraaniytimen sidosenergia), vuorovesienergia (kuun liikkeet) ja maapallon sisältä saatava geoterminen energia (Maan ytimen radioaktiiviset hajoamiset)
78
Miten tuuli- ja vesienergia sekä öljystä, puusta ja hiilestä saatavat energialähteet perustuvat Aurinkoon?
Aurinko saa aikaan veden ja ilman kiertokulun sekä tuulet. Hiili, öljy ja puu ovat syntynet mm. kasvien fotosynteesin seurauksena, jossa viherhiukkaset muuntavat ilman hiilidioksidin hiiltä pidemmiksi hiiliketjuiksi Auringon säteilyn avulla.
79
Miten uusiutuvat ja uusiutumattomat energialähteet eroavat toisistaan?
Uusiutuvat uusiutuu riittävän nopeasti suhteessa ihmiskunnan käyttötahtiin, uusiutumattomat eivät uusiudu tai ne uusiutuvat liian hitaasti verrattuna käyttömäärään
80
Luettele
a) uusiutuvat
b) uusiutumattomat energialähteet.
a)
- Auringon säteily
- tuuli
- vesi
- biomassa (puu ja hake)
- maalämpö
- geoterminen energia
b)
- fossiiliset polttoaineet (maaöljy, kivihiili, maakaasu (ja turve))
- uraani
- turve
81
Mitä on primäärienergia?
Jalostamatonta energiaa siinä muodossa, jossa se on ennen voimalaitoksissa tapahtuvaa energiantuotantoprosessia, esim. raakaöljyn, maakaasun ja kivihiilen kemiallinen energia ja uraanin massaan sitoutunut energia
82
Mitä on sekundäärienergia?
Energiantuotanto- ja jalostusprosessissa muunnettua energiaa, esim. bensiinin kemiallinen energia, sähkön avulla siirretty energia ja kaukolämpöverkossa jaettu energia
83
Mitkä ovat globaalisti käytetyimmät energialähteet?
öljy, hiili, maakaasu ja uraani
84
Miksi ilmastoa lämmittävien päästöjen määrä kasvaa jatkuvasti?
Päästöjä kasvattaa jatkuvasti lisääntyvä energiantuotanto, muovintuotannon ja lentomatkailun lisääntyminen sekä väestönkasvu Aasian ja Afrikan suurkaupungeissa.
85
Mitä tarkoitetaan aurinkovakiolla?
Aurinkovakio kuvaa Auringon sähkömagneettisen säteilyn kokonaistehoa neliömetriä kohden ilmakehän ulkopuolella, Maan etäisyydellä Auringosta, keskimäärin 1366 wattia /m^2
86
Mitä tarkoitetaan Auringon kokonaissäteilyllä?
Auringosta suoraan tulevaa säteilyä ja hajasäteilyä, eli ilmakehän, pilvien ja maanpinnan heijastamaa säteilyä
87
Miten lämpövoimalaitos ja yhteistuotantovoimalaitos eroavat toisistaan?
Lämpövoimalaitoksissa polttoaineesta vapautuvan energian avulla höyrystetään suljetussa kierrossa olevaa vettä, ja tuotetaan sähköä. Esim. kivihiiltä ja turvetta käyttävät voimalaitokset sekä ydinvoimalaitos ovat lämpövoimalaitoksia. Yhteistuotantovoimalaitoksissa taas tuotetaan sähkö ja lämpöä; osa höyrystä olevasta energiasta otetaan talteen paikallista kaukolämpöverkkoa varten. Yhteistuotantovoimalaitoksen hyötysuhde on parempi, jopa 90%.
88
Mikä on aineen lämpöarvo?
Energiamäärä, joka yhdestä kilogrammasta polttoainetta vapautuu sen palaessa
89
Miksi kivihiiltä käytetään niin paljon energiantuotannossa?
Se on edullista, sitä on runsaasti saatavilla ja sen lämpöarvo on suuri, eli siitä vapautuu paljon energiaa, kun sitä poltetaan
90
Selitä yhteistuotantovoimalaitoksen toimintaperiaate.
1) Höyrykattilassa poltetaan esim. kivihiiltä, josta vapautunut energia höyrystää vettä.
2) Korkeapaineinen höyry muuntuu turbiinissa ja sen akselille rakennetussa generaattorissa pyörimisliikkeen energiaksi.
3) Generaattori tuottaa sähköä.
4) Höyry tiivistyy takaisin vedeksi lauhduttimessa.
5) Lauhduttimesta vesihöyryn energia siirretään kaukolämpöverkkoon.
6) Pumpun avulla pumpataan jäähtynyt vesi takaisin höyrykattilan putkiin.
91
Selitä ydinvoimalaitoksen toimintaperiaate.
1) Kiehutusvesilaitoksen reaktorissa uraaniatomien ytimet halkeavat.
2) Vapautuva energia muuntuu uusien ytimien ja neutronien liike-energiaksi, minkä seurauksena reaktorin lämpötila nousee ja polttoainesauvojen välissä oleva vesi höyrystyy.
3) Vesihöyry kulkee turbiinin läpi, saa sen ja samaan akseliin kytketyn generaattorin käämit pyörimään.
4) Generaattori tuottaa sähköä.
5) Vesi johdetaan lauhduttimeen, jossa se tiivistyy vedeksi.
6) Vesi pumpataan takaisin reaktoriin.
92
Mitä hyviä ja huonoja puolia ydinvoimalaitoksissa on?
Hyvät:
- polttoaine on halpaa
- ei suoria kasvihuonekaasupäästöjä
- pystytään tuottamaan suuri määrä energiaa
Haitat:
- rakentamiskustannukset suuret
- uraanin louhimiseen liittyy riskitekijöitä
- voimalaitosjätteen korkea ja pitkäaikainen radioaktiivisuus
- ydinpolttoaineen loppusijoitus
- voimalaitoksen mahdolliset toimintahäiriöt
93
Mitä kaukolämpö on?
Rakennusten lämmitysmuoto, jossa lämpöä toimitetaan kaukolämpöverkossa kiertävän kuuman veden toi vesihöyryn avulla.
94
Miksi fossiilisia polttoaineita käytetään yhä niin paljon?
- suhteellisen edullisia
- voimalaitosten rakentaminen suhteellisen edullista
- lämpöarvot korkeampia kuin esim. puupolttoaineiden
- runsaasti saatavilla
95
Mitä haittaa fossiilisista polttoaineista on?
- voimalaitosten hiilidioksidipäästöt suuria
- paljon keuhko- ja sydänsairauksia aiheuttavia hiukkaspäästöjä
- kivihiilen kaivostoiminnasta aiheutuu ympäristökuormaa
- maakaasun tuotannosta syntyy hieman metaanivuotoja
- turveaumat syttyvät herkästi palamaan
- turpeentuotanto vaatii suuret maa-alueet
96
Mitä tarkoitetaan hiilidioksidin talteenotolla (CCS) voimalaitoksissa?
Vähentää voimalaitosten hiilidioksidipäästöjä; esim. sähkösuodattimet ja rikinpoistolaitokset ottavat talteen n. 90% rikki- ja hiukkaspäästöistä.
97
Mikä on fissio?
Fissiossa raskas ydin hajoaa kevyemmiksi ytimiksi ja tällöin vapautuu massaan sitoutunutta energiaa (vrt. fuusio)
98
Miten voimalaitosjäte ja korkea-aktiivinen ydinjäte eroavat toisistaan?
Voimalaitosjätettä on matala- ja keskiaktiivinen jäte, esim. huoltotöissä käytetyt suojavaatteet, joihin on tarttunut radioaktiivisia aineita. Korkea-aktiivinen jäte ydinjäte on reaktorista poistettua käytettyä ydinpolttoainetta.
99
Miten ydinjäte hävitetään?
Aluksi käytettyä polttoainetta säilytetään vesialtaissa useita vuosikymmeniä, loppusijoituksessa polttoainesauvat pakataan loppusijoituskapseleihin, jotka sijoitetaan moninkertaisin suojauksin varustettuina vähintään 400m syvyyteen kallioperään.
100
Mikä on sähkönsiirtoverkko?
Voimalaitosten tuottamaa energiaa siirretään kuluttajille koko maan kattavan sähkönsiirtoverkon avulla; koostuu kantaverkosta, alueverkosta ja jakeluverkosta.
101
Mitä on potentiaalienergia?
kappaleen energiaa, joka perustuu kappaleen sijaintiin Maan gravitaatiokentässä; E(p) = mgh, jossa m = massa, g = putoamiskiihtyvyys ja h = kappaleen sijainti valittuun potentiaalienergian nollatasoon nähden
102
Mitä on mekaaninen energia?
kappaleen potentiaalienergian ja liike-energian summa
103
Selitä vesivoimalaitoksen toimintaperiaate.
1) Vesi padotaan
2) Veteen kohdistuva paino muuntaa veden potentiaalienergian liike-energiaksi
3) liike-energia muuntuu turbiinissa ja sen akselille rakennetussa generaattorissa pyörimisliikkeen energiaksi
4) generaattori tuottaa sähköä
104
Mistä veden tuottoteho riippuu?
siitä, kuinka paljon veden potentiaalienergiaa muuntuu sekunnissa liike-energiaksi; riippuu veden putouskorkeudesta ja virtaamasta (kuinka suuri tilavuus vettä virtaa sekunnissa)
105
Mitä hyviä ja huonoja puolia tuulivoimassa on?
Hyvät:
- ei suoria päästöjä
- uusiutuva energialähde
- elinkaaren aikaiset hiilidioksidipäästöt pieniä
- edullinen
- vaatii vain pienen pinta-alan
Haitat:
- näköhaitta
- meluhaitta
- saattaa häiritä ilmavalvontatutkia sekä TV- ja radioliikennettä
- tuotanto vaihtelee olosuhteiden, sään ja vuodenajan mukaan
106
Mitä hyviä ja huonoja puolia vesivoimassa on?
Hyvät:
- ei suoria päästöjä
- uusiutuva energianlähde
- elinkaaren aikaiset hiilidioksidipäästöt pieniä
- voimalaitokset pitkäikäisiä
- soveltuu energian tarpeen vaihteluiden hallintaan
- pystytään käynnistämään ja pysäyttämään nopeasti
- tulvien ehkäisy
Haitat:
- patoaltaiden vaihteleva veden korkeus ja virtaama vaikuttavat ekosysteemiin
- vaelluskalojen reitit häiriintyvät
- altaiden alle jäävästä biomassasta voi vapautua kasvihuonekaasuja
107
Mitä hyviä ja huonoja puolia auringon säteilyenergiassa on?
Hyvät:
- saasteeton, uusiutuva ja ehtymätön luonnonvara
- Auringon säteily ilmaista
- tuotantovaiheessa lämmön ja sähkön tuotanto päästätöntä
Haitat:
- vaatii suuret maa-alueet
- saatavuus vaihtelee alueittain sekä sääolosuhteiden mukaan
- aurinkokeräimien ja paneelien rakentaminen luo kustannuksia ja rasittaa ympäristöä
108
Mitä hyviä ja huonoja puolia bioenergiassa on?
Hyvät:
- jos biomassan käyttö ei ylitä sen kasvua, on energiantuottotapa hiilineutraalia
- suuret varannot
Haitat:
- korkea kosteusprosentti -> huonompi lämpöarvo
- vaatii suuret polttoainemäärät
- kuljetukseen kuluu fossiilisia polttoaineita
- hiilinielut pienenevät
- kaatopaikkojen biojätteet tuottavat metaania (voidaan hyödyntää energialähteenä, jolloin metaanipäästöt ilmakehään pienenevät
109
Mitä on lämmön talteenotto?
poistoilman sisältämää lämpöä siirretään takaisin tuloilmaan; vähentää asuinrakennusten energiankulutusta, parantaa rakennuksen energiatehokkuutta ja pienentää ilmanvaihdon aiheuttamaa lämpöhäviötä
110
Mitä hyviä ja huonoja puolia vedyn käyttämiseen energialähteenä liittyy?
Hyvät:
- vedyn palaessa syntyy vettä ja sivutuotteena typen oksideja, eli se on päästötön
- suuri lämpöarvo
- runsaasti saatavilla
Haitat:
- vedyn valmistusvaiheessa maakaasusta syntyy hiilidioksidia
- räjähdysherkkää
- vedyn erottamiseen hapesta elektrolyysillä kuluu paljon sähköä
111
Miten fuusiovoimalaitos toimii?
(reaktion käynnistäminen vaatii erittäin korkean lämpötilan)
1) vedyn isotoopit deuterium ja tritium yhdistyvät heliumiksi ja samalla syntyy neutroni
2) osa hiukkasten ja reaktiossa syntyvien neutronien liike-energiasta voidaan käyttää sähkön tuotantoon
112
Mitä hyviä ja huonoja puolia fuusiovoimalaitoksella on?
Hyvät:
- polttoainetta loputtomasti
- ei hiilidioksidipäästöjä tai merkittäviä ympäristöhaittoja
Haitat:
- toimivuudesta ei olla varmoja
- hanke Ranskassa on maksanut valtavasti
- tritiumin saantiin saattaa liittyä ongelmia
113
Mikä on SMR?
pieni moduuleista rakennettava ydinreaktori, jonka sähköteho on 10-300MW; voidaan käyttää sähkön- ja lämmöntuotantoon
114
Mitä tarkoittaa kasvihuoneilmiö ja miksi se on merkittävä elämälle maapallolla?
Auringosta tuleva lyhytaaltoinen säteily läpäisee Maan ilmakehän ja heijastuu Maan pinnasta pidempiaaltoisena lämpösäteilynä. Ilmakehä kuitenkin estää jossain määrin lämmön karkaamisen ja heijastaa säteilyä takaisin maahan. Ilman kasvihuoneilmiötä Maan keskilämpötila olisi noin -18 C, jolloin vesi ei olisi nestemäisessä muodossa ja elämä maapallolla olisi mahdotonta.
115
Mitkä ovat Maan ilmakehän merkittävimmät kasvihuonekaasut ja mitä yhteistä niillä on?
vesihöyry (H2O), hiilidioksidi (CO2), metaani (CH4), otsoni (O3) ja dityppioksidi (N2O)
Kasvihuonekaasujen molekyyleissä on vähintään kolme atomia -> Maasta tuleva pitkäaaltoinen lämpösäteily saa ne värähtelemään -> värähtely lähettää samanlaista pitkäaaltoista säteilyä satunnaisiin suuntiin, myös takaisin Maan pinnalle
116
Mitä tarkoittaa kasvihuoneilmiön voimistuminen?
ilmakehästä palautuu yhä enemmän maapallon lähettämää lämpösäteilyä takaisin maanpinnalle johtuen energiantuotannossa, liikenteessä, teollisuudessa ja maataloudessa syntyvistä suuremmista määristä kasvihuonekaasuja; ilmiön seurauksena maapallon keskilämpötila nousee ja ilmasto lämpenee
117
Mitä tarkoittaa ilmastonmuutos?
Maapallon lämpeneminen ja siitä aiheutuvat ilmaston häiriöt; seurauksia mm. napa-alueiden jäätiköiden sulaminen, meren pinnan nousu ja tuulten voimistuminen
118
Mitä pienhiukkaset ovat ja mistä niitä syntyy?
esim. tie- ja maapöly, noki, tiesuola, vesihöyry, hiilipöly, rikkihiukkaset ja erilaiset molekyyliryppäät, joiden halkaisija on alle 2,5 mikrometriä. Niitä syntyy mm. puun pienpoltosta, liikenteestä, teollisuudesta, fossiilisista polttoaineista, metsäpaloista ja tulivuorenpurkauksista
119
Miksi pienhiukkaset ovat haitallisia?
Ne aiheuttavat ihmisille sydän- ja hengityselinsairauksia. mm. nokihiukkaslaskeumat sulattavat lunta ja jäätiköitä, koska noki sitoo tehokkaasti Auringon säteilyä; tummuvat jäätiköt ja niiden sulaminen lisäävät Auringon säteilyn sitoutumista maapalloon ja siten lämmittävät maapalloa
120
Mistä kasvihuonekaasupäästöjä syntyy?
- teollisuustuotanto
- asuntojen lämmitys
- sähköntuotanto
- liikenne
- ruuan tuotanto
121
Mistä metaania syntyy?
- suot ja kosteikot
- kaatopaikat
- karjatalous
- jäteveden puhdistaminen
- pieni määrä energiantuotannossa
122
Mistä syntyy fluorattuja kasvihuonekaasuja (F-kaasuja)?
vain ihmisen toiminnoista;
- aerosolit
- kylmä- ja ilmastointilaitteet
- lämpöpumput
päästöt melko vähäisiä, mutta ilmastoa lämmittää vaikutus suuri
123
Mikä on hiilidioksidiekvivalentti
CO2 ekv. tai CO2 e kuvaa ihmisen tuottamien muiden kasvihuonekaasujen kuin hiilidioksidin lämmitysvaikutusta tietyssä ajassa suhteessa hiilidioksidiin
124
Mitä tarkoittaa hiilineutraalius?
valtio aiheuttaa kasvihuonekaasupäästöjä vain sen verran kuin sen omat hiilinielut kykenevät päästöjä sitomaan
125
Mikä on hiilinielu?
prosessi, jossa ilmakehän hiilidioksidia sitoutuu maaperään, metsiin ja mereen
126
Mikä on keskimääräinen energiankulutus henkilöä kohden globaalisti ja Suomessa?
maailmalla noin 20MWh/hlö, Suomessa 70MWh/hlö; luonnonvaroja kulutetaan globaalisti 2-kertaa enemmän ja Suomessa 4-kertaa enemmän Maan kantokykyyn nähden
127
Miten energiatehokkuutta voidaan parantaa?
sama määrä tuotetta tai palvelua tuotetaan pienemmällä määrällä energiaa tai hyötykäytetään prosesseissa syntyvä hukkaenergia, kierrätetään/uusiokäytetään tuotteita
128
Mistä johtuu Suomen korkea energiankulutus asukasta kohden?
- kylmä ilmasto -> lämmitys 25%
- pitkät välimatkat -> liikenne 16%
- korkea elintaso
- energiavaltainen teollisuus 47% (metsäteollisuus, kemianteollisuus, metalliteollisuus)
129
Mitä hyötyä ja haittaa hajautetusta energiantuotannosta olisi?
- energian siirtämisen kulut pienenevät
- voidaan hyötykäyttää jo olemassa olevia prosesseja, rakennuksia ja materiaalien sivuvirtoja, esim. karjataloudesta sivutuotteena biomassaa, kotitalouksien katoille aurinkopaneelit aurinkopuiston perustamisen sijaan
- uusiutuvat energialähteet -> hiilidioksidipäästöt vähenevät
- haasteet sähköverkon suunnittelussa ja ylläpidossa -> älykkäät sähköverkot, jotka osaavat arvioida sähkön tuotantoa ja kulutusta sekä ohjata tuotantoa automaattisesti
130
Miten asumiseen kuluvaa energiamäärää voidaan pienentää?
- alentamalla huoneiden lämpötilaa
- säästämällä lämmintä käyttövettä
- älykkäät lämmitysjärjestelmät
- rakennusten paremmalla suunnittelulla
131
Miten kotitalouksissa käytetään välittömästi ja välillisesti energiaa?
- välitön energiankulutus: kotona käytetty energia (lämmitys, valaistus, ruuanlaitto) ja omalla autolla liikkumiseen käytetty energia
- välillinen energiankulutus: tavaroiden ja palveluiden suunnittelu, valmistus, pakkaus, varastointi ja kuljetus
132
Miten hiilijalanjäljen voi laskea?
1) Kulutusperusteinen laskutapa: ruoka, tavarat ja muu kulutus riippumatta siitä, onko syntyneet päästöt tuotettu Suomessa vai muualla, myös tuotteiden valmistuksen aiheuttamat päästöt otetaan huomioon
2) Alueperusteinen laskutapa: ottaa huomioon vain tuotteen käytön aikana aiheutuvat päästöt
133
Miten hiilijalanjälkeään voi pienentää?
- uusiutuvien energialähteiden käyttö
- energian säästäminen
- matkustamisen vähentäminen
- päästöjen kompensointi (laskennallista)
134
Mitä Pariisin sopimuksessa on sovittu?
tavoitteena pitää maapallon keskilämpötilan nousu selvästi alle 2`C:ssa ja pyrkiä rajoittamaan keskilämpötilan nousu 1,5`C:een suhteessa esiteolliseen aikaan -> vaatii yksilön hiilijalanjäljen pudottamista alle kolmeen t. CO2 ekv. vuoteen 2030 mennessä
