Kaj je energija?

Kaj ti omogoči, da napišeš nalogo, brcaš žogo in greš v šolo? Doma priklopiš računalnik, napolniš mobilni telefon in si pogreješ kosilo? To je energija.

Energijo potrebujemo za gibanje in življenje. In ker brez energije ne bi bilo življenja, tebe, mene in sosedove Tončke, si strokovnjaki že stoletja prizadevajo, da bi pogruntali čim bolj učinkovite načine pridobivanja energije. Tako so ljudje, denimo, že v prazgodovini vedeli, da sta sonce in ogenj vira toplote, ki jim omogoča, da preživijo.

Naprej

Majhen svet z velikimi učinki

Sonce je veliko in očitno. Opazi ga vsak, mar ne? Začutiš lahko pihljanje vetra, skočiš v rečne brzice, ob jesenskih večerih pa z drvmi zakuriš taborni ogenj. Vse našteto sodi med najstarejše vire energije.

A kako osupli so morali biti strokovnjaki, ko so odkrili, da se ogromne, zares ogromne količine energije skrivajo v majcenih delcih, ki jih ne opazi niti natančno mikroskopsko oko? To je energija, ki je ne otipamo ali vidimo. Skrita je v neskončno majhnih jedrih. In ob odkritju še niso vedeli, da ima ta majhen, neviden svet velike učinke.

Spoznaj, od kod izvira ta energija, ki jo imenujemo jedrska energija, kako jo uporabljamo in tudi zlorabljamo.

Naprej

Dvoje je neskončno: vesolje in človeška neumnost. Za vesolje nisem povsem prepričan. (Einstein)

Fizik Albert Einstein je bil v šoli precej neobetaven, čeprav je kazal veliko nadarjenost za matematiko in fiziko. Po diplomi na tehnični univerzi se je zaposlil v patentni pisarni, leta 1905 pa doktoriral in objavil nekaj znanstvenih člankov. Film izpostavlja leto 1905 kot čudežno leto, v katerem je Einstein raziskoval vrsto fizikalnih problemov: postavil je temelje za teorijo relativnosti (do takrat so verjeli, da je čas absoluten in za vse teče enako, Einstein pa je dokazal, da to ne drži) in zapisal znamenito enačbo. Katero?

Obkljukaj Einsteinovo enačbo. V pomoč ti je povezava.

Preveri Nazaj na ogled filma

Naj vas ne skrbijo vaše težave z matematiko. Zagotavljam vam, moje so večje. (Einstein)

Einstein je v enačbi E = mc² povezal maso (m) in energijo (E) s kvadratom hitrosti svetlobe (c²). Zelo preprosto povedano, trditev pomeni, da se masa lahko spremeni v energijo in obratno. Ta enačba je osnova jedrske sile in je tudi vir rušilne moči jedrskega orožja, o čemer bomo podrobneje govorili v nadaljevanju.

Nazaj k Einsteinu! Posnetek izpostavlja dva družbena problema, o katerih je Einstein javno spregovoril oziroma pisal. Katera dva? Obkljukaj dva pravilna odgovora.

Preveri

Mikro svet

Einstein je raziskoval svet majhnih, nevidnih delcev. A vprašanje, kaj je gradnik vsega obstoječega, so si misleci zastavljali že pred približno 2600 leti. Tedaj njihove radovednosti niso več mogle potešiti mitološke zgodbe, ki so naravne pojave razlagale kot tvorbe in stvaritve nadnaravnih bitij, božanstev.

Tako je antični državnik in filozof (prvi znanstveniki so bili pravzaprav filozofi) Empedokles v 5. stoletju pred našim štetjem trdil, da je stvarnost sestavljena iz štirih elementov: ognja, vode, zraka in zemlje. Pod vplivom ljubezni in boja se ti ves čas združujejo in razhajajo – in tako nekako naj bi nastajalo in izginjalo vse na svetu.

Slabih sto let kasneje je grški učenjak Demokrit, ki je že za časa svojega življenja užival velik ugled, verjel, da snov gradijo drobceni nevidni delci, ločeni s praznimi prostori. Te neizmerno majhne in nedeljive delce je poimenoval atomi.

Kaj pomeni grška beseda atomos, iz katere se je rodila beseda atom? Pomagaj si s povezavo in obkljukaj pravilen odgovor.

Preveri

Je atom najmanjši gradnik vsega živega in neživega?

Danes vemo, da so voda, zrak, rastline, živali, Zemlja, Sonce, planet, ljudje in vse drugo zgrajeni iz atomov. Toda raziskovanje atomov ni preprosto, saj so ti zelo majhni, tako majhni, da jih z mikroskopom, kakršnega imate v šoli ali doma za preučevanje celic, alg in kar je še takih drobcenih bitij, ne morete videti. Za primerjavo, če bi milijon atomov postavili v vrsto, bi bila ta dolga toliko, kot je debelina lista papirja!

Atomi se med seboj vežejo v skupine več atomov, ki jim pravimo molekule. Toda tudi največje molekule, v katerih je več tisoč atomov, so še vedno zelo majhne in jih ni mogoče kar tako videti.

Demokrit je menil, da so atomi nedeljivi delčki snovi. Toda to ne drži. Pred približno dobrim stoletjem so znanstveniki odkrili, da so tudi atomi sestavljeni in se prav zaradi tega med seboj po lastnostih razlikujejo. Že tako drobceni atomi imajo v sredini čisto majceno jedro, okoli katerega se gibljejo še manjši delci, ki jim pravimo elektroni. Atom si lahko zamišljamo kot nekakšno mikroskopsko osončje, v katerem elektroni potujejo okoli jedra, tako kot planeti krožijo okoli Sonca.

Na povezavi si lahko ogledaš animacijo atoma kemijskega elementa urana (o uranu bomo natančneje govorili v nadaljevanju). Rdeče-modra sredica je jedro atoma, okoli nje krožijo elektroni.

Kako imenujemo delce, ki so v jedru atoma? Obkljukaj dva pravilna odgovora!

Preveri

Sestavi svoj atom!

Najbrž že veš, da so v naravi različni elementi, na primer vodik, kisik, ogljik, dušik … Imenujemo jih kemijski elementi, zbrani in razvrščeni pa so v posebni preglednici, ki jo imenujemo periodni sistem elementov.

Kemijski elementi se med seboj razlikujejo, in sicer po številu protonov v jedru. Povedano drugače, razliko med kemijskimi elementi določa število protonov v njihovem jedru.

V tej angleški igri si lahko sam sestaviš atom. Rešuješ jo tako, da v jedro atoma dodajaš kroglice n in p (n – nevtroni, p – protoni), na ovojnico pa dodajaš kroglice e (e – elektron). Pazi, elektrone moraš uvrstiti čim bližje jedru atoma, na notranje obroče, in šele ko so ti zapolnjeni, tudi na zunanje – pozitivno nabito jedro privlači negativno nabite elektrone, zato ti želijo biti čim bližje jedru. Ustvarjal boš različne kemijske elemente, o katerih boš več izvedel v tej preglednici.

Večina kemijskih elementov je naravnih, nekaj pa so jih znanstveniki iznašli tudi v laboratorijih. Med naravnimi elementi, torej tistimi, ki jih najdemo na Zemlji, je med najtežjimi element uran. Leta 1789 ga je odkril nemški kemik Martin Heinrich Klaproth. Poimenoval ga je z istim imenom kot planet Uran, ki ga je osem let prej odkril astronom William Herschel.

Po gostoti je uran podoben zlatu, kar pomeni, da je zelo težak. Če bi ti zlato v velikosti 100-gramske čokoladne tablice padlo na stopalo, bi ti ga kar močno poškodovalo (mimogrede, tako si tudi najlažje zapomniš kemijsko kratico za element zlato Au – kot auuu!)!

Uran se nahaja v zemlji v obliki rude po številnih mestih na svetu, najdemo ga v tudi v rekah in oceanih.

Tudi Slovenci imamo nahajališče uranove rude. Kje? Pomagaj si s povezavo in označi pravilen odgovor.

Preveri

Eureka, odkrili smo delitev jeder!

Jedro urana ni stabilno, ampak prej ali slej samo od sebe razpade. Pri tem se sprosti veliko energije. To energijo imenujemo jedrska energija. Ujeta je v atomih vseh elementov, ne le v uranu. Večina atomskih jeder v naravi je stabilnih, kar pomeni, da lahko ostanejo nespremenjena milijarde let in z njimi je »zaklenjena« tudi energija, ki jo imajo v sebi. Nekatera jedra, kot so denimo uranova, pa niso stabilna, temveč razpadejo in pri tem v okolico oddajo svojo energijo.

Kako imenujemo pojav, pri katerem nestabilna atomska jedra razpadejo spontano, brez zunanje prisile? Med spodnjimi možnostmi obkljukaj pravilen odgovor.

Preveri

Brez sevanja ni življenja

Kot si že sam pravilno ugotovil, razpade nestabilnih atomskih jeder imenujemo radioaktivni razpad. Pri tem pojavu se »odklene« jedrska energija, ki se sprošča v obliki sevanja.

Ob besedi sevanje te nemara spreleti nelagodje, mogoče pomisliš na zdravnike in na slikanja poškodovanih kosti z rentgenom, pa na nevarna sevanja mobitelov ali računalnikov … no, taka pretirana skrb je odveč. Ločiti moramo umetno in naravno sevanje. In brez zadnjega bi bil naš modri planet brez življenja, hladen in pust.

Aaa, kako, lepo prosim? Se hecamo? Ne. Sevanje je pojav, pri katerem se energija iz vira širi v obliki delcev ali valovanja. Sevanje je torej oddajanje in razširjanje delcev in s tem energije v prostor.

Obstaja, odkar obstaja vesolje. Je normalen del narave in življenja. Sevanje prihaja na primer iz vesolja – sončna svetloba je vrsta sevanja, brez katere življenje na Zemlji ne bi bilo mogoče (rastline s pomočjo svetlobne energije proizvajajo sladkor in kisik, kar imenujemo fotosinteza)!

Ti in jaz tudi sevava? Sevaš tudi ti in sevam tudi jaz. Oddajamo toploto, sevamo pa tudi zaradi radioaktivnih snovi, ki so prisotne v telesu vsakogar: v kosteh se na primer kopičita radioaktivni polonij in radij, v mišicah se nabirata radioaktivni ogljik in kalij. Velika večina sevanj je naravnega izvora (naravno sevanje) in je torej del našega naravnega okolja, le zelo majhen del je plod človekove dejavnosti in razvoja (umetno sevanje).

Ugotovi, ali so spodnji primeri sevanj umetni ali naravni. Pravilno jih poveži, pri tem si pomagaj s povezavo.

Preveri

Nevarno sevanje radioaktivnih snovi

Čeprav je radioaktivnost naraven pojav, star toliko kot vesolje, je bil odkrit šele pred dobrim stoletjem. Med pionirje raziskovanja radioaktivnosti oziroma sevanja štejemo poljsko-francosko znanstvenico Marie Curie.

Z možem Pierrom Curiejem sta raziskovala uran in odkrila dva elementa, ki sta sevala vsaj 400-krat močneje kot uran. Na novo odkrita radioaktivna elementa sta poimenovala polonij in radij. Da bi odkrila posledice sevanja radioaktivnih elementov, je dal Pierre radij v kapsulo in jo 10 ur nosil ob roki. Nastala je odprta rana, ki se dolgo ni zacelila. Šele tedaj sta se zavedela nevarnosti sevanja radioaktivnih snovi; začela sta delati za svinčeno zaveso (nevarno sevanje lahko učinkovito zaustavimo z debelo plastjo snovi, denimo, posebnega betona ali svinca) in redno odvajala radioaktivne hlape. Ugotovila sta, da radioaktivne postanejo tudi snovi v bližini radija. Danes vemo, da je čezmerno radioaktivno sevanje ljudem zelo nevarno.

Znanje o radioaktivnem sevanju s pridom uporabljamo ne le za pridobivanje energije, temveč tudi na drugih področjih. Obkljukaj, katerih. Pomagaj si s povezavo (glej razdelek Široka uporabnost jedrskih tehnologij).

Preveri

Jedrska energija

Besedo radioaktivnost slišimo velikokrat, a najpogosteje prav v povezavi z jedrsko energijo. Ko se jedra razcepijo, se sprosti ogromno energije, ki jo lahko pretvorimo v druge oblike energije, denimo električno. Jedrska energija se danes proizvaja v jedrskih elektrarnah, kjer kot glavno surovino uporabljajo uran. Uranovo rudo predelajo v drobne kroglice, ki jih z združevanjem oblikujemo v dolge palice, te pa nameščamo v reaktor elektrarne.

Na povezavi si lahko ogledaš animacijo cepitve uranovega jedra na dve manjši jedri. Pazi, cepitev jedra ni isto kot radioaktivni razpad. Pri radioaktivnem razpadu jedro spontano razpade, cepitev pa je umeten pojav in človeški izum, da bi iz jeder izvabili energijo. Jedra cepimo tako, da jih obstreljujemo z delci (nevtroni), tako kot prikazuje animacija na zgornji povezavi. Šele po »umetni« cepitvi na novo nastali jedri postaneta nestabilni in sami od sebe radioaktivno razpadata, vse dokler ne postaneta stabilni.

Kako s tujko imenujemo cepitev jedrskih atomov? Obkljukaj pravilen odgovor.

Preveri

Kdo napolni tvoj mobilnik?

Potem ko so odklenili energijo, skrito v jedrih posameznih atomov, so znanstveniki začeli gruntati, kako bi jo lahko pretvorili v druge, ljudem, bolj prijazne oblike – denimo, v električno energijo. Elektrika omogoča topel obrok, ogrevane in osvetljene prostore, delo na računalniku … Začeli so graditi jedrske elektrarne. Elektrarna je objekt z napravami za proizvajanje električne energije. Če te zanima razvoj električne energije skozi čas, klikni na povezavo.

Poznamo več vrst elektrarn, take, ki električno energijo pridobivajo iz energije vode (hidroelektrarne), premoga (termoelektrarne) ali iz jedra atomov (nuklearne elektrarne). Na zemljevidu si lahko ogledaš vse elektrarne v Sloveniji.

Kadar govorimo o energijskih virih, ločimo obnovljive in neobnovljive vire energije. Med obnovljive vire energije štejemo vse tiste, ki izhajajo iz stalnih naravnih procesov. Ko iz njih proizvajamo energijo, jih ne porabljamo, zato ni nevarnosti, da bi jih zmanjkalo. Neobnovljivi viri se, kot že samo ime pove, ne obnavljajo. Za njihov nastanek je potrebnih več milijonov let. S pretiranim izkoriščanjem jih bomo izčrpali.

Pravilno poveži različne vire energije z okvirjem, ki mu pripadajo.

Preveri

Jedrske elektrarne

Pri koriščenju nekaterih neobnovljivih virov energije (nafta, premog in zemeljski plin) nastaja ogljikov dioksid, ki se nabira v ozračju poleg naravno prisotnega ogljikovega dioksida. Veliko kopičenje ogljikovega dioksida (in drugih toplogrednih plinov, ki so posledica intenzivnega kmetijstva) prispeva k povečanju delovanja tople grede in posledično h klimatskim spremembam.

Jedrske elektrarne so eden od ukrepov proti izpustom toplogrednih plinov, saj so poleg hidroelektrarn edini veliki dostopni vir električne energije, ki ne sprošča ogljikovega dioksida. Jedrska elektrarna Krško proizvede 40 odstotkov vse električne energije v Sloveniji.

Je jedrska elektrarna nevarna? V reaktorju nastajajo radioaktivne snovi, ki so nevarne živim bitjem, a je, če imamo nadzor nad jedrskim reaktorjem in če ustrezno poskrbimo za zadrževanje teh snovi, jedrska elektrarna v varnem stanju.

Pri delovanju jedrske elektrarne nastajajo jedrski (ali radioaktivni) odpadki. Vir radioaktivnih odpadkov so tudi industrija, medicina in raziskave. Jedrskih odpadkov je v primerjavi s toplotnimi elektrarnami količinsko znatno manj: pri isti količini energije jedrska elektrarna ustvari neprimerljivo manj odpadkov kot toplotna elektrarna.

Glede na količino radioaktivnega sevanja, ki ga oddajajo, ločimo visoke, srednje in nizkoradioaktivne odpadke.

Kako poskrbijo za radioaktivne odpadke? Pomagaj si s povezavo, kjer v razdelku D Radioaktivni odpadki (glej odgovor na vprašanje Ali je možno radioaktivne odpadke varno odložiti?), izveš vse o odlaganju tovrstnih odpadkov. Obkljukaj pravilen odgovor.

Preveri

Jedrske nesreče

Kljub izrednim varnostnim ukrepom se nezgode v jedrskih elektrarnah dogajajo. Najhujša se je zgodila v Ukrajini v Černobilu leta 1986. Eden od reaktorjev je eksplodiral in v okolico se je razletelo ogromno radioaktivnega prahu. Po nekaterih ocenah naj bi šlo za 10 ton radioaktivnih snovi, radioaktivni oblak pa naj bi se razširil nad skorajda vso Evropo, od Skandinavije na severu do Slovenije, Italije in Nemčije na zahodu Evrope. Oblasti so morale evakuirati več kot 100 000 ljudi. Poškodovani reaktor, v katerem je še vedno okoli 200 ton radioaktivnih snovi, so zaprli z betonskim sarkofagom.

Druga velika nesreča se je zgodila v japonski Fukušimi leta 2011. Tamkajšnjo jedrsko elektrarno, ki stoji ob morju, je prizadejal močan potres in zalil cunami. Pri tem se je radioaktivna snov razlila v morje in onesnažila okolico. Težave s to jedrsko elektrarno še vedno rešujejo.

Kakšne so dolgoročne posledice jedrskih nesreč? Pomagaj si s posnetkom o jedrski nesreči v Fukušimi in obkljukaj dva pravilna odgovora.

Preveri

Jedrska energija kot vir najbolj uničevalnega orožja

Sedaj že toliko govorimo o jedrski energiji, da boš tudi sredi noči znal na izust zdrdrati, da se v jedrih atomov skriva veliko energije. Če jedra (umetno) cepimo, to energijo sprostimo. Gre za ogromne količine energije, ki se sprostijo v zelo kratkem času. To spoznanje so ljudje izkoristili, da so izdelali najbolj smrtonosno in uničevalno orožje moderne dobe – atomsko bombo. Količina energije, ki se sprosti ob cepljenju urana, je tolikšna, da lahko uniči cela mesta! Prvič so atomsko bombo uporabili v drugi svetovni vojni, ko so jo Američani odvrgli na dve japonski mesti, da bi končali svetovno vojno z Japonsko.

S pomočjo povezave označi dve japonski mesti, na kateri so Američani odvrgli atomski bombi.

Preveri

Jedrska energija po drugi svetovni vojni

Prva leta po odkritju so jedrsko energijo uporabljali večinoma le za vojaške namene. Šele po drugi svetovni vojni so začeli razvijati jedrsko energijo za proizvodnjo električne energije. Tako so leta 1951 zasvetile prve žarnice, ki jih je napajala električna energija, proizvedena s pomočjo jedrskega reaktorja.

Dve leti kasneje je zaplula prva podmornica na jedrski pogon (namesto motorja je imela jedrski reaktor). Ta ji je omogočal, da je ostala pod vodo dlje kot njene dizelsko-električne prijateljice. V prvem letu plutja je presegla tedanje rekorde tako v globini kot v času zadrževanja pod morjem. Bila je prva podmornica, ki je plula pod ledenimi ploskvami večnega ledu in pod vodo prečila točko severnega Zemljinega tečaja. Podmornico so krstili za Nautilus. Ime so si izposodili iz romana Julesa Verna, ki pripoveduje zgodbo o podmornici in njenem skrivnostnem kapitanu Nemu, ki se je iz mržnje do sveta umaknil v morske globine. Podrobnosti o vsebini izveš na povezavi; ta bo v pomoč pri spodnji nalogi.

Kakšen je naslov romana Julesa Verna, v katerem so zbrane podvodne pustolovščine kapitana Nema in njegove posadke na podmornici Nautilus? Označi pravilen odgovor.

Preveri

Atomi za mir

Po tragedijah v Hirošimi in Nagasakiju so se septembra leta 1954 sestale nekatere evropske države in se zavzele za prepoved jedrskega orožja. Leto kasneje je bila ustanovljena Mednarodna agencija za jedrsko energijo, njen cilj pa je spodbujanje varne, zanesljive in predvsem miroljubne uporabe jedrskih tehnologij. To pomeni, da spodbujajo razvijanje jedrske energije le za vir drugih energij in raziskovanje, ne pa za uničevalne namene. Povojna gibanja (skupine ljudi z določenim ciljem) proti jedrskemu orožju je združeval slogan, ki ga je leta 1952 v svojem govoru predstavil kasnejši ameriški predsednik Eisenhower. Če zelo dobro razumeš angleško ali pa si samo radoveden, lahko na povezavi pogledaš izviren posnetek govora.

Na povezavi preberi ime tega programa in ga obkljukaj med spodnjimi odgovori.

Preveri

Atomi spletejo znanstvene vezi

Septembra leta 1954 so ustanovili še nekaj zelo pomembnega. Evropski center za nuklearne raziskave, ki danes velja za najimenitnejši evropski laboratorij, v katerem raziskujejo znanstveniki vseh narodov in vseh ras. Nam je bolj znan pod kratico CERN.

Trikrat hura za to dejanje! Z ustanovitvijo centra za nuklearne raziskave je jedrska fizika končno dobila svoj smisel – v miru in v raziskavah, ki odgovarjajo na znanstvene probleme!

Danes v Cernu gradijo velike naprave (strokovno jih imenujejo pospeševalniki delcev), s pomočjo katerih želijo odkriti začetke vesolja.

Kako imenujemo trenutno najbolj zanesljivo teorijo, ki razlaga nastanek vesolja? Pomagaj si s povezavo in označi pravilen odgovor.

Preveri

S Cernom povezani tu in zdaj

Cern je znan tudi po izumu, ki ga danes uporablja skorajda vsak Zemljan. Njegov uporabnik si tudi ti. Njihovo pogruntavščino uporabljaš tu in zdaj, ko bereš in rešuješ tole učno pot.

Katera ideja se je rodila v Cernu? Pomagaj si s povezavo in označi pravilen odgovor.

Preveri

Nuclear energy

Atoms are tiny particles that make up every object in the universe. Nuclear energy is energy found in the nucleus (centre) of an atom. Unfortunately, nuclear energy is also linked to weapons of war. In August 1945, near the end of World War II, the United States used atomic bombs on two Japanese cities, leading to the death of approximately 200,000 people.

Circle the two towns destroyed by atomic bombs.

Preveri

Nuklearenergie

Atome sind kleine Teile, aus denen jedes Objekt im Universum besteht. Die Kern- oder Nuklearenergie ist die Energie im Atomkern. Leider ist die Kernenergie auch mit Kriegswaffen verbunden. Im August 1945, kurz vor Ende des Zweiten Weltkriegs, haben die USA Atombomben auf zwei japanische Städte geworfen. Ungefähr 200 000 Menschen sind dadurch gestorben.

Kreise die zwei Städte ein, die durch Atombomben vernichtet wurden.

Preveri

Energija prihodnosti

Znanstveniki že desetletja iščejo načine, kako bi še drugače izkoriščali energijo, ki se skriva v jedrih atomov. Mnogo več energije bi namreč lahko pridobivali s postopkom zlivanja jeder. Tak proces poteka na Soncu in drugih zvezdah, pri njem pa ne nastajajo radioaktivni odpadki.

Med najbolj presunljivimi predstavami narave, ki se nanašajo na energijo, je strela. Že Nikola Tesla je imel idejo, da bi elektriko pridobivali z »lovljenjem strel«. Znanstveniki se trudijo in z zanimivimi projekti, kot je stanovanjski objekt, ki elektriko pridobiva iz energije strel, raziskujejo tudi druge vire energije.

V času mitološke razlage sveta so ljudje verjeli, da strele in grom pošiljajo bogovi. Kako imenujemo slovansko božanstvo groma in bliska? Označi pravilen odgovor.

Preveri