Runt hela vårt jordklot finns det ett luftrum. Detta luftrum är det vi kallar för atmosfären. Atmosfären består till största delen av kväve (78%) och syre (21%). Det finns även argon, koldioxid samt små mängder av en hel del andra gaser, bland andra ozon som är särskilt viktiga för atmosfärens egenskaper. Utöver detta ingår vattenånga i varierande mängd, det vill säga vatten i gasform. Jordens atmosfär utvecklades inte förrän hundratals miljoner år efter jordens tillkomst. Den utvecklades genom gaser som trängde fram ur jordens inre. För 500-1000 miljoner år sedan blev syrgasmängden så pass hög att ett ozonskikt kunde bildas och skydda organiskt liv. Atmosfären har under de senaste 3-4 miljoner åren varit betydligt kallare än den numera är, och har då haft återkommande istider. Nu är atmosfären inne i en av de korta varma perioder som återkommer omkring vart 100 000:e år och som varar ungefär 10-20 tusen år. Atmosfären är tätast närmast jordytan. Tätheten avtar sedan uppåt, och på 50 km höjd är den inte mer än en tusendel av värdet vid jordytan. Densitet är ett mått av ett ämnes täthet. Mängden massa per volymenhet är större ju högre densitet ett ämne har. Densiteten påverkar därför direkt ämnets vikt. I det internationella enhetssystemet SI (Système internationale d’unités) fastställs densiteten (p) på följande vis:
p=m/V
Där m= massa (kg) och V= volym (m^3).
Luftens densitet används ofta som referens i samband med gaser och vattnets densitet ofta i samband med vätskor. Den ungefärliga densiteten av luft vid 20°C är 1,2 kg/m^3. Både lufttryck och temperatur påverkar densiteten, men den förändras inte särskilt mycket beroende på om det är lågtryck eller högtryck. Vid lågtryck får luften lägre densitet och man säger då att luften är tunnare. Luften blir även kallare och eftersom kall luft har högre densitet stabiliseras det hela och förändringarna blir inte så stora. Den uppvärmda luften vid högtryck som har värmts av solen rör sig snabbare (molekylerna i luften rör sig snabbare) och gasen utvidgas, med andra ord blir luften tunnare och får lägre densitet. Högtryck har dock högre densitet, vilket kompenserar den låga densiteten. Det kan ibland ske förändringar med luftens densitet beroende på väder, till exempel soliga vinterdagar då det kan vara både högtryck och kall luft vilket ger luften en högre densitet.
Vind är flödet av luft i atmosfären och luft rör sig i förhållande till jordytan. Det som får luften att röra sig är skillnader i temperatur och lufttryck. Luften rör sig från områden med högt tryck till områden med lågt tryck. Vinden blir kraftigare ju större tryckskillnaden är. Både solens strålning (temperatur) och jordens rotation påverkar lufttrycket. Lufttrycket blir lägre ju högre upp man kommer i atmosfären, vilket beror på att den ovanliggande luftmängden blir mindre. Varm luft är lättare än kall luft, vilket leder till att luften blir mer lättrörlig. Den varma luften stiger och den kalla luften sjunker, vilket gör att luften byter plats i ett slags kretslopp. Detta visar sig i att marknära luft under dagen börjar stiga uppåt och vindhastigheten ökar. Under natten blir vindhastigheten lägre eftersom markytan avkyls, och så även de lägre luftlagren. Eftersom jorden är ett roterande klot tillkommer Corioliskraften, som är en kraft som påverkar ett föremål när det rör sig på en roterande kropp och den beror på föremålets hastighet. Genom inverkan av Corioliskraften, också kallad Corioliseffekten, blir vinden efterhand nästan vinkelrät mot den riktning åt vilket trycket faller. Vindar kan röra sig i alla riktningar - horisontellt, vertikalt och i virvlar. Corioliskraften motverkar att all den varma luften från tropikerna kommer upp till våra kallare områden när vinden försöker utjämna temperaturskillnaderna, kraften håller kvar värmen/kylan i vissa områden på jorden.
Med en vindflöjel eller en vimpel mäts vindens riktning, med andra ord varifrån det blåser, till exempel nordvästlig vind. Vindhastigheten anges i meter per sekund (m/s). De flesta stormar uppkommer på hösten och vintern. Solvärmen fördelas ojämnt över jorden, och vinden försöker jämna ut dessa temperaturskillnader. Detta är orsaken till att det blåser mer på hösten i vår del av världen när det hunnit bildas riktigt kall luft vid nordpolen, samtidigt som luftmassorna i söder fortfarande är högsommarvarma. Vinden försöker också jämna ut tryckskillnaderna mellan högtryck och lågtryck.
Liv
Atmosfären är förstås avgörande för vårt liv på jorden och vi behöver syret i luften för att andas.
Vinden är ett sätt för vissa växter att föröka sig på. Ett exempel på ett träd som använder sig av vinden är björk. Björken har enkönade hängen, men den har både han- och honhängen på samma träd. Hängena består av små blommor. Blomningen sker på våren i samband med lövsprickningen. Björkens frukter är tvåvingade nötter och det är de som sprids med vinden. Den har stor spridningsförmåga och är snabbväxande. Det är även de vindpollinerade växterna som ger allergiska reaktioner, så som pollenallergi. Björk är det vanligaste allergiframkallande lövträdet, dels för dess stora allmänna förekomst men även för att det framkallar extremt hög produktion av pollenkorn. Ett enda hänge med hanblommor kan innehålla fem till tio miljoner pollen. Blomningen börjar i mars/april och är oftast över i slutet av juni. Om man har utvecklat en allergi mot björk är det inte ovanligt att man reagerar även på al och hassel, som är närbesläktade botaniskt sett och som också är vindpollinerade. Efter befruktningen bildas de små björkfröna som, när de mognat, sprids med vinden med hjälp av två små vingar. Pollen måste förflytta sig från ståndarknappen ("hane") till pistillens märke ("hona"). Detta sköts, i björkens fall, med hjälp av vinden. Växter som är vindpollinerande producerar massor av små lätta pollenkorn. Pistillernas märken är ofta förhållandevis stora och klibbiga medan själva blommorna är små och ofta både doft- och färglösa.
Teknik
Vindkraftverk fångar energin i vinden och omvandlar den till mekaniskt arbete, som via en generator omvandlar rörelseenergin till el. Vinden blåser på vindkraftverkets blad. De tryckskillnader som uppstår mellan fram och baksidan gör att bladen roterar. Bladen är formade på liknande sätt som flygplansvingar. Flygplan lyfter för att luftens omväg över vingen gör att luften har en högre hastighet över än under vingen vilket skapar ett undertryck över (luft i rörelse har lägre tryck än stillastående) och en lyftkraft som lyfter planet. När vinden blåser över bladen på vindkraftverket skapas en lyftkraft som gör att bladen roterar. Bladspetsen rör sig ungefär 6 gånger snabbare än vindens hastighet. Turbinaxeln (som bladen sitter på) driver en generator, generatorn håller emot axeln eftersom ingen el skulle alstras om bladen snurrar fritt. Generatorn, som sitter uppe i tornet, alstrar elektricitet som sedan färdas via elkablar ut i det nedgrävda elnätet. En generator alstrar el genom att ett magnetfält och en elektrisk ledning rör sig i förhållande till varandra. En ledningstråd kan lindas runt rotorn och rotorn roterar mellan magneter, då ändras magnetfältet i trådslingan under rotationen och elektrisk ström skapas. Det krävs elektricitet för att starta generatorn så att ett magnetfält kan skapas.
Energi
Det finns energi i vinden och den har använts mycket länge, det var faktiskt en av de första energikällorna människan använde för att utföra ett arbete. Ungefär 0,7 % (genomsnitt) av solens strålningsenergi omvandlas till vindenergi. Vindenergi är rörelseenergin i vinden. Vi människor har sedan lång tid tillbaka utnyttjat styrkan hos vinden. Den har bland annat använts till att driva båtar och väderkvarnar som malde säd, i modern tid tar vi bland annat vinden till hjälp för att skapa elektricitet. Som bekant anses energi inte kunna försvinna eller nyskapas, den omvandlas dock från en form till en annan (se ovan, solenergi till vindenergi). Vi har tidigare skrivit om hur vindenergin omvandlas till elektrisk energi i vindkraftverken.
Som vi har skrivit tidigare mäts vinden i meter per sekund (m/s). Ibland nämns medelvind i vädersammanhang och då menar man, med en meteorologisk definition, medelvinden under en tidsrymd av 10 minuter. Enligt Nilsson (2005) har vinden också en byighet (variation) som kan vara 50-100 % av medelvinden. De kraftigaste vindbyarna kan alltså vara dubbelt så snabba som medelvinden. Vindstyrkan (vindens kraft) ökar med kvadraten på vindhastigheten. Till exempel har en stormvind på 28 m/s fyra gånger större vindstyrka än en kulingvind på 14 m/s. Nilsson (2005) skriver att det är svårt att jämföra stormar och att svara på frågan om vilken den värsta stormen är som har drabbat Sverige, eftersom det beror på vad man mäter. På Ölands södra grund uppmättes den 17 oktober 1967 en medelvind på 40 m/s, som är den högsta medelvind som uppmätts i Sverige.
Orkanen ”Gudrun” (vindbyar på 42 m/s) över södra Sverige den 8 – 9 januari 2005 orsakade värsta skogsfällningen och störst ekonomisk skada. Tromber kan bildas på olika sätt, småtromber bildas där luften är mycket upphettad, oftast i öknen, på jordytan och arbetar sig uppåt till en höjd på 10-100 meter. En större tromb, eller tornado som det kallas i engelskspråkiga länder, bildas i åskmoln där luften är varm, fuktig och instabil. Under molnet formas en molnslang av roterande luft som sedan når marken. Väl på marken ser tromben ut som ett snurrande rör som förflyttar sig med mycket hög hastighet.
Referenser
materia:
http://www.smhi.se/kunskapsbanken/meteorologi/varfor-blaser-det-1.220, hämtat 2010-04-21
http://skoltips.wordpress.com/2008/03/03/vadret/, hämtat 2010-04-21
Nilsson, L-G & Bokförlaget Semic (2005). ”Stora boken om vädret”. Sundbyberg
http://ne.se.persefone.his.se/lang/lufttryck hämtat 12/3 2010
http://www.smhi.se/sgn0102/n0201/coriolis1.htm
http://ne.se.persefone.his.se/vind/jordrotationens-betydelse
http://www.smhi.se/kunskapsbanken/meteorologi/vadret-pa-vara-breddgrader-1.5599?l=24
hämtat 2010-03-31 12.00
http://sv.wikipedia.org/wiki/Densitet,
http://www.aftonbladet.se/väder/fragorochsvar. hämtad 2010-03-03
Andersson, B. (2008), Bra Böckers LexikonLiv:
Energi:
http://www.ne.se.persefone.his.se/lang/energi/162380 hämtat 2010-03-30
http://www.ne.se.persefone.his.se/lang/vindenergi hämtat 2010-03-30
Svahn, C. (2008) Stora boken om naturfenomen. Sundbyberg:Bokförlaget Semic.
http://www.ne.se.persefone.his.se/lang/tromb/331690 Hämtat 2010-03-22
http://ne.se.persefone.his.se/lang/vind hämtat 12/3 2010
http://ne.se.persefone.his.se/lang/vind#http://ne.se.persefone.his.se/modals/view_picture.jsp?objectId=358386||facebox den 17/3 2010
teknik:
http://www.vattenfall.se/www/vf_se/vf_se/518304omxva/526164energ/527964vind/528024sxxpr/index.jsp Hämtat 8/3 2010
CVI. (2004) Så fungerar ett vindkraftverk- faktablad 3. Högskolan på Gotland.http://www.frostvikeninfo.se/vindkraft/files/Faktablad.pdf hämtat 8/3 2010
Energirådgivningen. (2009). Vindkraft- eff 12.www.energirådgivningen.se
Vattenfall.se
byggindustrin.se
http://www.liu.se/forskning/fragaforskare/gamlafysik.html#hurfunggen
Inga kommentarer:
Skicka en kommentar