Kap. 1: Økologi ”Læren om naturens husholdning”

1.1 Jorda – en juvel i kosmos

For at det er liv på jorda trengs det:

- Energi fra sola. Sola er energikilden i solsystemet og den har eksistert i over fem milliarder år. Alt levende trenger energi, men energien må verken være for stor, for liten eller for varierende.

- Levende organismer trenger flytende vann (H2O)

- Riktig temperatur. Gjennomsnittstemperaturen må ikke være langt under frysepunktet og heller ikke mye over kokepunktet.

- De livsformene vi kjenner, krever kjemiske stoffer som inneholder nitrogen og karbon. For eksempel kan ammoniakk og karbondioksid bygge opp organiske molekyler. Stoffene går i kretsløp. (kretsløp: vann og energi (sola) – organismene bruker de kjemiske stoffene til å bygge opp energirike forbindelser – så brytes de ned igjen og organismene bruker den frigjorte energien til å drive livsprosessene sine. I et kretsløp skjer det samme om og om igjen. De samme stoffene kan brukes flere ganger. )

1.2 Økosystem

- Økologi: Læren om samspillet mellom levende organismer og mellom disse og deres miljø:

- Biosfæren: Biosfæren er den delen av jorda der det finnes liv.

- Biomasse:

- Organiske stoffer: Er de fleste forbindelser som inneholder karbon.

- Økosystem: Er et begrep som innebærer et organismesamfunn (planter, dyr, levende faktorer) og de ikke-levende faktorene i miljøet der disse organismene lever. I systemet danner organismene et næringsnett el. næringskjede. De grønne plantene er produsenter og bygger opp organisk materiale. Dyr som lever av planter, er primærkonsumenter, de som lever av andre dyr er sekundærkonsumenter, osv., mens nedbryterne bryter ned organisk materiale til enklere kjemiske forbindelser.  Eks. på økosystem: et vann, en fjord, ei myr, en skog, en hage, havet, en ørken

-  Individ: En enkel levende organisme. Eks. et menneske, en spurv, en kanin, en rev osv.

- Art: alle individer som har alle vesentlige kjennetegn felles og kan forplante seg med hverandre og få forplantningsdyktige avkom. Eks. alle mennesker.

- Populasjon: (bestand) antall individer av en art innenfor et bestemt område.

- Samfunn: Alle populasjoner som lever innenfor et bestemt område.

- Levende faktorer: (biotiske faktorer): De levende organismene i et økosystem. eks. planter, planteetende dyr, rovdyr, sopp, mikroorganismer.

- Ikke levende faktorer: ikke-levende del av et økosystem. Eks. jordsmonn (inneholder mineraler), luft (inneholder gasser, bla. oksygen og karbondioksid), vann temperatur, vind, lys, bølger osv.

Alt som lever er avhengig av andre levende faktorer og de ikke-levende faktorene. For eksempel plantene kan ikke leve uten vann og mineraler fra jorda, de må ha oksygen og karbondioksid fra lufta, og temperaturer og andre klimatiske forhold. Det samme gjelder dyr.

1.3 Hvem spiser hvem?

- Næringskjeder: Begrep i økologien for hvordan organismene lever av hverandre og hvordan stoff og energi passerer fra en organisme til en annen. Pilene peker i den retningen energi og næringsstoffer blir overført fra en organisme til en annen. En næringskjede kan bestå av flere ledd, og viser hvem som spiser hvem.

Eks.1: Kløver (Produsenter, primærkonsumentene) -> hare (Førsteforbruker, sekundærkonsumentene) -> reven (Andreforbruker) -> gaupe -> nedbrytere (dekomponenter).

Eks. 2: Plankton -> kreps -> ørret -> bjørn -> menneske -> nedbrytere.

- Næringsnett: sammenvevde næringskjeder. En enkel → næringskjede består av en plante (produsent), en planteeter (primær konsument), et rovdyr (sekundær konsument) og en nedbryter. Denne planteeteren kan også spise plantearter som inngår i andre næringskjeder. Setter man opp noen næringskjeder og trekker linjer mellom organismer som inngår i flere kjeder, får man et næringsnett. Næringsnettet kan være en hjelp til å synliggjøre særlig sentrale organismer i et → økosystem.

- Fotosyntese(kjemisk energi): bladene henter inn karbondioksid fra lufta, tar inn vann i røttene, klorofyll, og ved hjelp av energi fra sola bruker plantene disse uorganiske stoffene til å produsere sukker og andre organiske stoffer. Det produseres druesukker gjennom fotosyntesen (C6H12O6).  

- Produsenter: Plantene kalles produsenter fordi de nytter uorganiske stoffer til å produsere organiske stoffer. (forbindelser som inneholder karbon). De lager energi og byggestoffer til førsteforbrukerne.

- Førsteforbrukere: Er de som spiser produsentene, og for næring til å bygge opp livsprosessen.

- Andreforbruker: Er kjøttetere og spiser førsteforbrukerne.

- Næringspyramider: eks:

Næringspyramiden viser at biomassen

 (den samlede mengden av biologisk

 materiale på at sted) og tallet på individer

 minker oppover i næringskjeder. Størrelsen

 på enkeltindividene vil vanligvis øke.

- I naturen blir bare ca.10 % av biomassen og 10 % av energien overført fra ett ledd til det neste i næringskjeden.

- Når en organisme, f.eks. en rev, har spist en hare, blir i gjennomsnitt ca. 90 % av energien i byttedyret brukt til

   - vedlikehold av revekroppen (nydanning av celler osv)

   - nødvendige prosesser i kroppen som transport, forbrenning, nervesignaler og utskilling av avfallsstoffer).

   - Muskelbevegelser

   - Forplanting

   - Varme

Resten av energien, ca. 10 %, bruker reven til å vokse.

1.4 Nedbrytere

- "naturens renholdsarbeidere", organismer (mikroorganismer og smådyr) som bryter ned dødt, organisk materiale til uorganisk materiale som plantene kan nyttegjøre seg. Viktig ledd i en næringskjede. Eks: sopp, mark, insektlarver osv.

1.5 Giftstoffer i næringskjedene

- Hvordan får isbjørnen i seg PCB? De isbjørnene som spiser sel er mest utsatt, fordi i selen har det samlet seg veldig mye giftstoffer. Når isbjørnen spiser selen får isbjørnen i seg den mengden av PCB som selen har igjen fått i seg fra fisken som han har spist, og fisken har fått giften fra maten sin.

Isbjørnen er det siste leddet i næringspyramiden og har derfor fått i seg mest giftstoffer!

- - PCB-stoffet forstyrrer virkningen av hormonene.

-70 % av isbjørnungene dør før de er 3 år.

- svekker dyras læreevne.

- produksjonen minker, dødeligheten øker.

- PCB: (Polyklorerte bifenyler) er en samlebetegnelse på flere giftige organiske stoffer som inneholder klor. PCB er fettløselige stoffer, derfor samler de seg opp, blir akkumulert (giftstoffer som konsentreres i næringskjeden), i fettvevet hos dyr, særlig hos rovdyr, fordi de er ofte øverst i næringspyramiden og har derfor fått i seg mest giftstoffer. Eks på PCB: TBT, som brukes i skipsmaling. Eks.: bly, kvikksølv og kadmium er eksempler på tungmetaller som også konsentreres i næringskjedene

- Bly i naturen: i mose finnes det bly. Det kan komme av menneskeskapte utslipp, som f.eks. blyholdig bensin. (men som det har blitt en nedgang i, på grunn av redusert bruk av blyholdig bensin).

Kap. 2: Energi

2.1 Hva er energi?

• For at noe skal skje, kreves det energi!
• Eks.:
  - Jorda har lys og varme fordi den får energi fra sola. Denne energien gjør at plantene vokser slik at vi får mat å spise og materialer til å bygge med.
  - Med en spent bue kan du skyte pila langt av gårde.
  - Med energi fra musklene kan vi løfte en hammer slik at den kan brukes til å slå ned en spiker i en planke.
  - Energien fra et batteri eller fra en dynamo kan få ei lykt til å lyse.

2.2 Forskjellige typer energi

• Det finnes bare to typer energi: Stillingsenergi og Bevegelsesenergi.
• Bevegelsesenergi: (Kinetisk energi, Ek)

Energien øker med legemets hastighet.

Eks. 1: Du har en sparegris og må knuse den for å få ut pengene. Bruker du en hammer til dette er det bevegelsesenergi som får hammeren noe til å skje - det som gjør at grisen blir knust. Jo mer bevegelsesenergi og masse det er i hammeren, jo lettere er det å knuse grisen.

Eks 2: du går og ser deg ikke for, så krasjer du i et tre. Da kan det hende du skader deg fordi du hadde bevegelsesenergi før sammenstøtet. Jo større bevegelsesenergi du har, jo mer skader du deg.

Eks 3: (tegning)

(tegning mangler)

Massen og farten avgjør hvor stor bevegelsesenergi en gjenstand har!!

Formel: 0,5mv2 ( eks: 0,5 * 100kg * (10m/s)2 = 5000 J = 5 J

- Stillingsenergi: (Potensiell energi, Ep)

Eks 1: Hvis du binder et tau i en tung sekk og heiser sekken høyt opp i et tre, bruker du energi fra maten du har spist og overfører det dermed til dekken. Det nederste nivået (bakken) er nullnivået. Når sekken henger i treet har den fått stillingsenergi, og energien er nøyaktig like stor som den energien du brukte for å få sekken opp i treet.

Eks 2: i stabburet henger en skinke. Setter du en stol under skinka blir fall lengden kortere, og skinka vil derfor ha fått mindre fart om tauet hadde blitt kuttet, enn om skinka hadde falt i golvet.

Eks 3: strikken i en sprettert har stillingsenergi. Når vi slipper strikken, farer den tilbake og gir bevegelse til steinen.

Eks 4: (tegning)

Formel: Ep = mgh (massen * 9,8 * høyden = J)

Massen og høyden over nullnivået avgjør hvor stor stillingsenergi en gjenstand har!!

- Varme: Varme i dagliglivet = temperatur i fysikken (For eksempel å holde seg varm med varme klær)

           Varme i fysikken = energioverføring på grunn av temperaturforskjell. (For eksempel: når vi setter ei gryte med kaldt vann på ei plate, går det energi fra plata og videre til det som er oppi gryta). Jo høyere varme (temperatur) jo fortere ”vibrerer” atomene og molekylene i stoffet (bevegelsesenergi).

2.3 Energi kan omdannes

For eksempel sekken henger i treet. Dersom vi kutter tauet vil sekken falle ned, og fallhastigheten øker etter hvert som sekken som sekken nærmer seg bakken.

Det som skjer er at bevegelsesenergien øker, mens stillingsenergien minker. Når sekken treffer bakken er all stillingsenergien blitt til bevegelsesenergi.

Eks.: Tegning:

2.4 Energimengden er konstant

Første energilov: Energi kan ikke skapes eller forsvinne, men den kan overføres fra en form til en annen.

Eks1 på energikjede: Frokost (mateenergi) -> Menneske (bevegelsesenergi, varmeenergi) -> Sykkel (bevegelsesenergi) -> Dynamo (lysenergi, varmeenergi)

Eks på at energi blir overført om omdannet:

   - når ved brenner i ovnen, gir det økt bevegelsesenergi (varmeenergi) i lufta.

   - Bensin fra tanken blir gjort om til blant annet bevegelsesenergi og motorvarme.

   - Maten vi spiser, gir vekst, fornyelse, varme og krefter i kroppen.

2.5 Energikvalitet og virkningsgrad

- Energi har høy kvalitet når den lett kan overføres til nyttige former. (For eksempel når du bremser med en sykkel, vil farten avta, og i tilegg blir både hjulene, bremsene og veien varmet opp. Bevegelsesenergien i sykkelhjulene har høy kvalitet fordi bremsingen lett fører til at både hjulene, bremsene og asfalten i veien blir varmet opp.)

Høy kvalitet: bevegelsesenergi, solenergi, lysenergi.

- Energi har lav kvalitet når en liten prosentdel kan utnyttes. For eksempel varmeenergi har lav kvalitet.

- Andre energilov: Energikvaliteten minker i en energioverføring.

- Virkningsgrad: Virkningsgraden forteller hvor stor del av den tilførte energien som blir til nyttig energi.

- Oppgave: Svar:

2.5.3: I følge varedeklarasjonengir ei sparepære på                     

11 W like mye lys som ei vanlig pære på 60 W. hvor

mye større virkningsgrad har sparepæra enn den

vanlige pæra?

2.6 energikilder

Jordas energikilder:

- Viktigste energikildene i Norge: Vannkraft og olje.

- Ikke-fornybare energikilder: Hører til det vi kaller lagerressurser. Det er fordi de utvikler seg så sent (flere millioner år). Og en gang kan de være brukt opp, vi bør derfor bruke mindre av ikke-fornybare energikilder. Bruken av ikke-fornybare energikilder fører med seg en del miljøproblemer. Når de forbrenner dannes det karbondioksid , og det blir frigjort nitrogenoksider og svoveloksider (karbondioksid øker drivhuskraften, svovel- og nitrogenoksider fører til sur nedbør).

- Fornybare energikilder: Er kretsløpsressurser, energikilder som blir produsert hele tiden, og er derfor mer miljøvennlige.

2.7 Kraft (F)

Krefter (F) kan forandre farten, retningen og formen til en gjenstand.

Eks. på kraft:

   - Fra naturen: Vindkreftene fører seilbåten av gårde.

   - Fra oss mennesker: Kraften fra armene dine dreier sykkelstyret og får sykkelen til å svinge.

   - Fra teknologien: Det virker en kraft fra motoren som gjør at bilden begynner å bevege seg.

Eks. på deforming:

   - Når en presse omdanner ei stålplate til en bilskjerm.

   - Når du tygger på en tyggis.

Friksjon: eks. på friksjon: Tegning:

(tegning mangler)

Krefter kan måles: Kraft kan vi måle med en fjærvekt, og måles i newton (N). På skalaen leser vi hvor stor tyngdekraften er.

Når summen av krefter er 0, står vi i ro, eller er i universet.

Tyngdekraft (G):

Tyngdekraft er en kraft som virker mellom gjenstander.

Eks. på tyngdekraft:

   - Henger vi en gjenstand i en fjærvekt (kraftmåler), er det tyngdekraften som drar på denne gjenstanden og får fjæra til å trekke seg nedover.

   - Når en strikkhopper faller mot vannet, er det tyngdekraften som drar ham.  

   - Det er tyngdekraften som trekker deg nedover slik at badevekta viser hvor mye du veier.

Når du står trekkes du nedover pga. tyngdekraften, og så er det motkraften som gjør at du står oppreist.

2.8 Masse og Tyngde

Masse (m): er et mål for stoffinnholdet i en gjenstand, og måles i kg. Massen er lik uansett hvor du er.

Eks. tegning:

(tegning mangler)

Tyngde (G): Tyngde er et mål for hvor sterkt tyngdekraften virker på en gjenstand. Tyngden i en gjenstand er ikke konstant, for den er avhengig av hvor stor massen er.

Månen har mye mindre masse enn jorda, og derfor blir tyngden til alle gjenstander på månen bli mindre enn tyngden på jorda. på månen er tyngden bare 1/6 av tyngden på jorda. I verdensrommet er det ikke tyngdekrefter, og derfor har alle gjenstander tyngden 0 N.

Formel: G = m * g

Forholdet mellom tyngde og masse: er tyngdekraftkonstanten (g) og er 9,8N/kg.

Eks. forsøk:

Forsøket viser at uansett hvilke lodd du henger på vekta, vil forholdet mellom tyngde og masse være 9,8 N/kg (tyngdekraftkonstanten)

2.9 Arbeid (W) og effekt (P)

Arbeid: (W)

Arbeid i dagligtale: for eksempel jobber som brannmann, politi, kassadame osv. eller at vi jobber hjemme i huset, med vasking, rydding osv.

Arbeid i fysikken: arbeid er en kraft som virker over en strekning. Arbeid er energioverføring, og har derfor måleenheten joule (J) (newtonmeter er det samme, Nm).

Horisontalt arbeid (bortover):

Eks: Du bruker en kraft på 10 N og drar ei vogn bortover en 10 m lang strekning. Hvor stort arbeid gjør du?

W = 10 N * 10 m = 100 Nm = 100 J = 0,10 kJ

Tegning:

(tegning mangler)

Vertikalt arbeid: (oppover)

Eks.: Du løfter en kasse på 10 kg opp på et 1,0 m høyt bord. Hvor stort arbeid utfører du?

G = m * g = 10 kg * 9,8 N/kg = 98 N

W = F *s

W =98 N * 1, 0 m = 98 Nm = 98J = 0, 10 kJ

Tegning:

(tegning mangler)

Effekt (P): Effekt er et mål for hvor fort et arbeid (W) blir gjort. Enheten er watt (W).

Formel: Effekt = arbeid/tid

             P = W/t

Eks: Du løfter en kasse og gjør et arbeid på 98 N. hvis du bruker 2 sekunder på å løfte denne kassen, hva blir effekten?

P = W/t

98 J/ 2,0 s = 49 W

Hvis vi skal finne energien, omformer vi likningen

P = W/t til W = P * t

Hestekraft: en gammel enhet for effekt. Blir brukt på bla. bil-, båt-, og mopedmotorer.

1 hk = 736 W = 0,736 kW

Formler som vi må kunne: