ENERGIJA V FORMULAH IN BESEDAH ZNANJE O ENERGIJI KOT DEL SPLOŠNE IZOBRAZBE SETA OBLAK november 2007

Današnji svet temelji na porabi energije. Energija je pomembna ne le za fiziko in za naravoslovje, ampak za preživetje človeštva. Vojne potekajo predvsem za nahajališča energijskih virov. Pridobivanje, prenos in poraba energije vplivajo na okolje. Vsak posameznik prispeva k energijski politiki, ko soodloča o tem, iz kakšnih virov se pridobiva energija, ko varčno porablja energijo.

Znanje o energiji je pomembno, ker oblikuje pogled posameznika na vprašanja, povezana z energijo, ker povezuje vse stroke naravoslovja, ker daje stvarne temelje za skrben odnos do okolja. Ali je znanje o energiji, ki ga daje pouk fizike, ustrezno za te namene? Ali je dovolj povezano z izkustvenim dojemanjem, da se ne uskladišči nekje v spominu kot zaprašena šolska učenost?

Energija v pouku fizike delo in sprememba energije, definicija in enote kinetična, potencialna, prožnostna energija izrek o mehanski energiji – ohranitev energije toplota kot način izmenjave energije brez dela (konflikt z izkustvenim dojemanjem) notranja energija – v mehaniki še neopredeljena (trenje), kasneje razčlenjena (termično gibanje, agregatna stanja in fazni prehodi, kemijska vezavna energija, ...) energijski zakon: ΔW = A + Q entropijski zakon (?)

Energija v preostalih poglavjih fizike električno delo – konflikt z vsakdanjim izražanjem (električna energija?!) električna potencialna energija energija magnetnega polja energija valovanja energija fotonov vezavna energija jedra (jedrska energija?!)

Drugi zakon termodinamike se v osnovni šoli tako rekoč ne obravnava. Ob definiciji toplote se pove le, da ta prehaja s toplejšega na hladnejše telo. Glede na to, da se zakon o ohranitvi energije obravnava dovolj izčrpno, se učenec po preprosti logiki vpraša, kam gre porabljena energija.

Srednja šola: M. Hribar idr Srednja šola: M. Hribar idr.: Mehanika in toplota, Modrijan (Reverzibilni in ireverzibilni pojavi, str. 240) Za entropijski zakon lahko najdemo različne formulacije: Toplota ne more sama od sebe prehajati z mest z nižjo temperaturo na mesta z višjo temperaturo. Toplotni stroj ne more vse prejete toplote oddati kot delo in ne more delovati v okolju brez temperaturnih razlik. V sklenjenem sistemu so možne le tiste spremembe, pri katerih se entropija ne zmanjša.

I. Kuščer idr.: Fizika II. del, DZS (Entropija, str. 114) Gibanje s trenjem, deformacije teles, prevajanje toplote (...) in mešanje dveh snovi so primeri ireverzibilnih sprememb. Pri toplotno izoliranem telesu se ireverzibilna sprememba ne da obrniti. To spoznanje omogoča vpeljavo nove količine, entropije, ki se pri vsaki ireverzibilni spremembi toplotno izoliranega telesa poveča. Ireverzibilne spremembe se dajo razumeti z upoštevanjem termičnega gibanja. Zaradi njega stremi mikroskopsko stanje snovi k večjemu neredu; to pa se izraža v povečanju skupne entropije sodelujočih teles.

Predlog za pouk naravoslovja: Richard Boohan, Jon Ogborn: Energija in spremembe, Modrijan 1996 Tako snov kakor tudi energija se širita z mesta, kjer sta zgoščeni (koncentrirani), tja, kjer sta razredčeni. ... Razlike v koncentraciji snovi ali energije povzročajo povzročajo pretakanje snovi in energije. Tokovi zmanjšujejo koncentracijske razlike, ki jih poganjajo. ... Temperaturna razlika poganja termični energijski tok (toplotni tok). ... /str. 10-11/

Gravitacijski, električni in kemični potencialni klanci: Razlike v potencialni energiji se same od sebe zmanjšujejo, ker se shranjena energija sama od sebe raztrosi med vse več delcev, nakopiči pa se sama od sebe ne. Pojavi, ki potekajo navzdol, lahko poganjajo druge pojave po potencialnem klancu navzgor. Energija se v tem primeru ne raztrosi. /str.15/

In še o stacionarnih stanjih: Posedanje v zakurjeni sobi je podobno sedenju v tolmunu gorskega potoka. Voda pada v tolmun od zgoraj in z enakim tokom izteka iz njega. Gladina vode v tolmunu ostaja nespremenjena. Podobno priteka energija iz grelnika v sobo, nato pa ven iz nje skozi stene in okna. Temperatura v sobi pa ostaja nespremenjena. Tolmun v gorskem potoku in ogrevana soba sta zgled za stacionarne sisteme. ... Sistemi lahko ostajajo v stacionarnem stanju, ki se razlikuje od stanja okolice, če se skoznje pretaka energija, snov ali oboje. /str. 13/

Problematično s stališča fizike: govorjenje je preohlapno, npr. energija “se pretaka”, “koncentracija” energije. Klasični pristop: energija je vedno vezana na sistem – sistem ima energijo, ta se spreminja, ko sistem oddaja ali prejema delo in toploto. Energijski tok pa srečamo pri valovanju. Projekt prenove fizike za srednjo šolo (A-level), ki ga je v tistem času vodil Jon Ogborn, je ostal pri klasičnem pristopu.

Fizika in matematični jezik Ohlapni izrazi iz vsakdanjega življenja dobijo v naravoslovju zožen, jasno opredeljen pomen merljive fizikalne količine (delo, energija). Neustrezni izrazi zbujajo kvečjemu napačne asociacije, npr. gostota. (železo gostejše od lesa??) (v angleščini dva izraza: thick in dense) Tem težavam se ognemo, če zapišemo simbol. Fizikalni zakoni so enolično izraženi le v matematičnem jeziku s simboli.

Pomanjkljivosti matematičnega izražanja Matematični jezik je abstrakten in mnogim tuj. Dijaki zakonov ne znajo ubesediti. Vsakdanje izražanje poteka na drugem nivoju in “formule” nanj ne vplivajo. Čeprav ostajajo v glavah, predstavljajo le balast, ki ni povezan z izkustvenim dojemanjem. V vsakdanjem jeziku je beseda energija (v grščini: delovanje) skrajno ohlapna in največkrat zlorabljena, še posebej v alternativnem zdravilstvu.

Kitajski izrazi za energijo 精力 jīng lì sposobnost, moč, energija 活力 huó lì energija za življenje 气 qì vitalna sapa 能源 néng yuán fizikalna energija (power source)

O energiji naj bi po koncu šolanja vedeli: da prihaja na Zemljo s Sonca, da je neuničljiva, da jo Zemlja nazadnje izseva nazaj v vesolje, da so vsi procesi v naravi povezani z njenim spreminjanjem, da ima različne oblike, kako jo merimo, kako se prenaša, kateri energijski viri so nam na voljo, kaj pomeni, da jo porabljamo.

Kako energijo predstavimo učencem v starosti 10 do 13 let razjasnitev pojma energije: sposobnost za opravljanje dela, za ogrevanje, za svetenje oddajanje in prejemanje energije pretvarjanje energije iz ene oblike v drugo razprševanje energije in pretvarjanje v toploto energijski viri v naravi varčevanje z energijo

Razlaga energije pri igračah in preprostih pripomočkih (hrana →) delo → kinetična energija delo → potencialna energija → kinetična energija delo → prožnostna energija (v igrači) → kinetična energija delo → kinetična energija vrtenja energija v bateriji → prenos energije z elektriko → kinetična energija

delo → kinetična energija → prenos energije z elektriko → svetloba delo → kinetična energija → energija v akumulatorju → prenos energije z elektriko → svetloba delo → notranja energija toplota → delo vezava in sproščanje toplote pri faznem prehodu vezavna (kemijska) energija → toplota (gorenje)

porabljena za tole predstavitev, se je v glavnem razpršila Energija, porabljena za tole predstavitev, se je v glavnem razpršila v okolje kot toplota.