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| | ==Leere Seite== | | ==Leere Seite== |
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| − | ===Mit den Ohren sehen===
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| − | Blinde können mit dem sogenannten "Klick-Sonar" sich orientieren.
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| − | *Erläutere, wie das funktioniert.
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| − | Mit den Augen sehen wir ganz ähnlich.
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| − | *Vergleiche das "Sehen" mit den Ohren und das mit den Augen.
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| − | ===Ein Stift=== | + | ==Aufgaben zu Energieverlust und Wirkungsgrad== |
| − | Du schreibst mit einem schwarzen Stift auf einem weißen Papier und kannst die Schrift lesen.
| + | '''1)''' "Ein Automotor hat einen Wirkungsgrad von ca. <math>1/3 \approx 33 \%</math>." |
| − | *Warum ist das Papier hell und die Schrift dunkel?
| + | :Was ist damit gemeint? |
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| − | ===Im Theater===
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| − | <gallery widths=300px heights=190px perrow=2>
| + | |style="vertical-align:top;"| |
| − | Bild:Theaterscene 4Männer.jpg|Bild1: Vier Männer auf der Bühne.
| + | '''2)''' In diesem Energieflussdiagramm ist der Weg der Energie bei einem Kohlekraftwerk dargestellt. |
| − | Bild:Theaterscene_asiatisch.jpg|Bild2: Ein asiatisches Theaterstück.
| + | :'''a)''' Wie geht die meiste Energie der Kohle "verloren"? |
| − | </gallery> | + | :'''b)''' Welchen Wirkungsgrad hat das Kohlekraftwerk ohne Energietransport zum Verbraucher und mit Transport zum Verbraucher? |
| | + | :'''c)''' Bei einem Kraftwerk mit "Kraft-Wärme-Kopplung" werden die umliegenden Gebäude durch die Wärme des Kraftwerks geheizt und mit warmem Wasser versorgt. Durch große Rohre wird diese "Fernwärme" bis in die Häuser geleitet. Kleinere Anlagen werden auch "Blockheizkraftwerk" genannt. |
| | + | :Erkläre was der Vorteil der "Kraft-Wärme-Kopplung" gegenüber einem normalen Kraftwerk ist. Warum macht es einen Unterschied, ob es Sommer oder Winter ist? |
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| | + | [[Datei:Energieflussbild Kohlekraftwerk.png|369px]] |
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| | + | '''3)''' Werden viele Energieumlader zu einer Kette geschaltet, so berechnet sich der Gesamt-Wirkungsgrad, indem man alle einzelnen Wirkungsgrade multipliziert. ([[Energieverluste_und_der_Wirkungsgrad_von_Energiewandlern#Wirkungsgrad|Tabelle von Wirkungsgraden]]) |
| | + | <br/>Fährt zum Beispiel ein Mensch Fahrrad, der vorher ein Brot gegessen hat, so wird die Energie zuerst von der Weizenpflanze von Licht auf das Weizenkorn umgeladen. Der Mensch lädt die Energie des Korns auf die Bewegung um: |
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| − | Erkläre, warum wir auf den Fotos das sehen, was wir sehen:
| + | [[Datei:Energieumladerkette_Vegetarier.png|514px]] |
| | + | :<math> 35\% \cdot 30\% = 0{,}35 \cdot 0{,}3 = 0{,}105 =10{,}5 \%</math> |
| | + | Der Wirkungsgrad beträgt insgesamt ca. 10%. Das heißt ca. 10% der Energie aus dem Sonnenlicht ist in der Bewegung angekommen. |
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| − | ;Bild1
| + | '''a)''' Berechne den Gesamt-Wirkungsgrad von: |
| | + | #einer Glühlampe, die von einem Kohlekraftwerk betrieben wird. |
| | + | #der Energieumladerkette der Dampfmaschine: Dampfmotor > Generator > Glühlampe. |
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| − | A: Die Haare der beiden Männer sind nicht zu sehen, die Gesichter dagegen schon.
| + | '''b)''' Vergleiche den Wirkungsgrad von: |
| | + | #einem Benzinauto mit einem Elektroauto, das den Akku mit einem Kohlekraftwerk lädt. |
| | + | #einer Gasheizung mit einer Elektroheizung, die von einem Kohlekraftwerk angetrieben wird. |
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| − | B: Der Anzug dieses Herrn ist deutlich sichtbar, die Anzüge der beiden linken Männer sind nicht zu sehen.
| + | ==Energie im Haushalt== |
| | + | '''1) Energie sparen im Haushalt''' |
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| − | ;Bild2
| + | In einem Haushalt braucht man Energie für die vielen elektrischen Geräte, wie Waschmaschine, Lampen, Computer,... und für die Heizung, das warme Wasser und für das Auto. |
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| | + | *Zeichne ein Diagramm, aus dem hervorgeht, wofür ein durchschnittlicher Haushalt viel Energie benötigt und wofür weniger. (Infos im Artikel: [https://www.ndr.de/ratgeber/klimawandel/CO2-Ausstoss-in-Deutschland-Sektoren,kohlendioxid146.html Energiebedarf in Deutschland]) |
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| − | A: Hier ist es auffällig dunkel.
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| − | B: Der Prinz trägt einen Mantel, der von oben bis unten aus dem gleichen Stoff gemacht ist. Trotzdem ist er an unterschiedlichen Stellen ganz unterschiedlich hell.
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| − | [[Datei:Toepfe_Edelstahl.jpg|thumb|300px]]
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| − | ===Töpfe===
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| − | Auf dem nebenstehenden Bild sieht man Töpfe aus Edelstahl. Manche Stellen des Bildes sind hell, manche dunkel. Erkläre das für die Stellen A bis C.
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| − | :A: Rechts des Griffes sieht man eine dunkle Linie.
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| − | :B/C: Der gesamte rechte Deckel ist dunkler als der linke.
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| − | ===Die Lochkamera===
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| − | Auf der Mattscheibe einer Lochkamera kann man ein Bild sehen, das auf dem Kopf steht.
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| − | *Zeichne den Aufbau der Lochkamera und erkläre, wie das Bild entsteht.
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| − | *Wie verändert sich das Bild, wenn man den Abstand zwischen Schirm und Loch vergrößert? Erkläre dies anhand einer Zeichnung und einem Text.
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| − | *Wie verändert sich das Bild, wenn man die Lochblende verkleinert? Erkläre auch dies mit Text und Bild.
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| − | [[Datei:Auge_Evolution.png|right]]
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| − | [[Datei:Nocube.png|thumb|250px]]
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| − | ===Augen===
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| − | Die Abbildung zeigt vier verschiedene Augentypen.
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| − | *Welche Tiere haben solche Augen?
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| − | *Wie heißen die verschiedenen Augentypen?
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| − | Je komplexer das Auge, desto besser kann man damit sehen. In der Evolution hat sich deshalb das Auge von Typ a) bis zu Typ d) weiterentwickelt.
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| − | *Erläutere für jede Entwicklungsstufe den gewonnenen Vorteil.
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| − | ===Der Sehvorgang===
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| − | Wenn ich aus dem Fenster schaue, dann sehe ich dort einen Kirschbaum.
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| − | *Man kann diesen Vorgang mit dem Prinzip von "Sender und Empfänger" erklären. Was ist damit gemeint?
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| − | *Erkläre die einzelnen Phasen dieses Wahrnehmungsvorganges.
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| − | ===Wahrnehmung===
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| − | Dieses Bild zeigt...?
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| − | Eigentlich nur ein paar schwarze Flecken. Nein, es sind schwarze Kreise mit Aussparungen. Aber nein, es ist ein Würfel!
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| − | *Was kann man aus diesem Bild über das menschliche Sehen lernen?
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| − | ==Der Begriff des Feldes in der Geschichte der Physik==
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| − | ;Titus Lucretius Carus (Lucrez) (ca. 99-55 v.Chr.):
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| − | :"Lucrez erinnert zuerst an die beständigen, äußerst schnellen und stürmischen Bewegungen der feinen Atome, die in den Poren aller Körper zirkulieren und von ihrer Oberfläche ausstrahlen. Jeder Körper sendet nach dieser Anschauung nach allen Seiten Ströme solcher Atome, welche eine unaufhörliche Wechselwirkung zwischen allen Gegenständen im Raume herstellen. [...] Lucrez lehrt uns, daß vom Magneten eine so heftige Ausströmung stattfindet, daß sie ''durch Verdrängung der Luft einen leeren Raum zwischen dem Magneten und dem Eisen bewirkt'', in welchen dieses hineinstürzt. [...] jene Wirkung [soll] dadurch hervorgebracht werden, daß jeder Körper beständig von allen Seiten von Stößen der Luftatome getroffen wird und daher nach derjenigen Richtung weichen muß, in welcher eine Lücke sich bietet, wenn nicht entweder sein Gewicht zu groß, oder dagegen seine Dichtigkeit so gering ist, daß die Luftströme unbehindert durch die Poren des Körpers ihren Weg nehmen können. Hieraus wird uns denn auch klargemacht, weshalb gerade das Eisen so heftig vom Magnet angezogen wird. Unser Lehrgedicht führt dies einfach auf seine Struktur und sein spezifisches Gewicht zurück, indem die übrigen Körper teils, wie das Gold, zu schwer seien, um durch jene Ströme bewegt und durch den luftleeren Raum an den Magnetstein herangedrängt zu werden, teils, wie das Holz, so porös, daß die Ströme frei und also ohne mechanischen Anstoß hindurchfliegen können."<ref>[http://www.anova.at/1sitemap/Philosophie/38-Lange,%20Friedrich%20Albert%20-%20Geschichte%20des%20Materialismus.pdf#page=1&zoom=auto,-13,800 Friedrich Albert Lange: Geschichte des Materialismus und Kritik seiner Bedeutung in der Gegenwart, 1873], S. 218 </ref>
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| − | ;Averröes (1126-1198):
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| − | :"Der Magnet ''verändert'' die Teile des ''Mediums'', z.B. Luft oder Wasser, wenn er sie berührt, und diese verändern dann die nächsten Teile und so weiter, bis der Magnetismus das Eisen erreicht, in dem eine Wirkkraft hervorgerufen wird, die verursacht, dass es sich dem Magneten nähert."
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| − | ;René Descartes (1596-1650):
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| − | [[Datei:Descartes_Aetherwirbel.jpg|thumb|Der Äther transportiert mit Wirbeln die Planeten um die Sonne.]]
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| − | [[Datei:Descartes_magnetic_field.jpg|thumb|300px|Descartes Darstellung des Erdmagnetfeldes.]]
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| − | <br style="clear: both" />
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| − | ;Isaac Newton (1642-1726):
| + | '''2) Energiemengen und Kosten berechnen''' |
| − | :„Es ist undenkbar, dass leblose, rohe Materie auf andere […] Materie wirken sollte, ohne direkten Kontakt und ohne die Vermittlung von etwas anderem, das nicht materiell ist. Dass die Gravitation eine angeborene, inhärente und wesentliche (Eigenschaft) der Materie sein soll, so dass ein Körper auf einen anderen über eine Entfernung durch Vakuum hindurch und ohne die Vermittlung von etwas Sonstigem wirken soll, […], ist für mich eine so große Absurdität, dass ich glaube, kein Mensch, der eine in philosophischen Dingen geschulte Denkfähigkeit hat, kann sich dem jemals anschließen. ''Gravitation muss durch einen Vermittler erzeugt werden, welcher gleichmäßig nach bestimmten Gesetzen wirkt. Aber ob dieser Vermittler materiell oder immateriell ist, habe ich der Überlegung meiner Leser überlassen''.“
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| − | :(Brief von Isaac Newton an Richard Bentley von 1692/1693 - in: Herbert Westren Turnbull, The correspondence of Isaac Newton 1961, Vol. III, S. 253-254) <ref>„It is unconceivable that inanimate brute matter should (without the mediation of something else which is not material) operate upon and affect other matter without mutual contact; as it must if gravitation in the sense of Epicurus be essential and inherent in it. And this is one reason why I desired you would not ascribe innate gravity to me. That gravity should be innate inherent and essential to matter so that one body may act upon another at a distance through a vacuum without the mediation of any thing else by and through which their action or force may be conveyed from one to another is to me so great an absurdity that I believe no man who has in philosophical matters any competent faculty of thinking can ever fall into it. Gravity must be caused by an agent acting constantly according to certain laws, but whether this agent be material or immaterial is a question I have left to the consideration of my readers.“
| + | Peters Schreibtischlampe hat eine Leistung von 20 Watt. Er schaltet sie am Tag ca. 2 Stunden an. Für eine Kilowattstunde Energie verlangt sein Stromanbieter 25 Cent. |
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| − | zitiert nach Wikipedia: [https://de.wikipedia.org/wiki/Nahwirkung_und_Fernwirkung#Fernwirkung_im_Newtonschen_Gravitationsgesetz Nahwirkung und Fernwirkung]</ref>
| + | *Wieviel Energie benötigt man um die Lampe eine Sekunde, eine Minute oder eine Stunde anzuschalten? |
| | + | *Was kostet Peter die Schreibtischlampe pro Monat und pro Jahr? |
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| − | ;Michael Faraday (1791–1867):
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| − | :"Viele Kräfte wirken offenbar aus der Ferne; ihre physikalische Natur ist uns unverständlich. Trotzdem können wir viel Wahres und Sicheres über sie erfahren, unter anderem über die Eigenschaften des Raumes zwischen dem Körper, der wirkt, und dem, auf den gewirkt wird, oder zwischen zwei aufeinander wirkenden Körpern. Derartige Kräfte werden uns in Erscheinungen wie Schwerkraft, Licht, Elektrizität, Magnetismus usw. offenbart. [...]
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| − | :[...] um den Magneten herum, und durch diesen erhalten muß ein Zustand bestanden haben, [...] der die physikalische Beschaffenheit der magnetischen Kraftlinien beweist. Worin dieser Zustand besteht oder wovon er abhängt, kann man noch nicht sagen. Möglicherweise hängt er, wie ein Lichtstrahl, vom Äther ab;[...] Vielleicht hängt er von einem Spannungs- oder Schwingungszustand ab[...] Experimentell genommen ''ist der bloße Raum magnetisch'', aber in diesem Fall muß der Begriff eines bloßen Raumes ''auch'' denjenigen des ''Äthers'' einschließen; [...]"<ref>"Über die physikalischen Linien der magnetischen Kraft (1855)", zitiert nach [[Exzerpte_der_physik-geschichtlichen_Literatur#Titel|Sambursky]], S. 533-537</ref>
| + | '''3) Verschiedene Lichtquellen''' |
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| − | ;James Clerk Maxwell (1831-1879):
| + | Herbert mag das Licht von Energiesparlampen nicht und beleuchtet sein Wohnzimmer deshalb mit einer Glühlampe. Andrea hat sich dagegen für die gesamte Wohnung Energiesparlampen zugelegt, während Maria sich für LED-Lampen entschieden hat. |
| − | :"Die Phänomene Licht und Wärme geben Grund zur Annahme, dass es einen ätherischen Stoff gibt, der den Raum füllt und Körper durchdringt, der in der Lage ist in Bewegung versetzt zu werden, diese Bewegung von einem Teil zum nächsten weiterzuleiten und diese Bewegung auf grobe Materie zu übertragen um sie zu erwärmen und in vielerlei Hinsicht zu beeinflussen.
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| − | :Also muss die bei der Erwärmung des Körpers übertragene Energie vorher in dem bewegten Medium gewesen sein, denn die Schwingungen verließen die Wärmequelle einige Zeit bevor sie den Körper erreichten, und in dieser Zeitspanne muss die Energie zur Häfte als Bewegungsenergie des Mediums und zur Hälfte als Spannenergie vorgelegen haben."<ref>"We have therefore some reason to believe, from the phenomena of light and heat, that there is an ethereal medium filling space and permeating bodies, capable of being set in motion and of transmitting that motion from one part to another, and of communicating that motion to gross matter so as to heat it and affect it in various ways.<br/>Now the energy communicated to the body in heating it must have formerly existed in the moving medium, for the undulations had left the source of heat some time before they reached the body, and during that time the energy must have been half in the form of motion of the medium and half in the form of elastic resilience." Aus: "[https://en.wikisource.org/wiki/Page%3AA_Dynamical_Theory_of_the_Electromagnetic_Field.pdf/2 A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field]", 1864. S. 460</ref>
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| − | Albert Einstein beschreibt die neue Sicht auf Felder in der Maxwellschen Theorie so:
| + | *Vergleiche die verschiedenen Lampentypen bezüglich Energiebedarf, Wärmeentwicklung und Lebensdauer. |
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| − | :"Bei Faradays Experiment ist ein Draht erforderlich, der für das elektrische Feld zeugen kann, wie ja auch bei Örsteds Versuch ein Magnetpol oder eine Magnetnadel zum Nachweis des magnetischen Feldes gebraucht wird. Maxwells neues Theorem greift nun aber weit über diese Erfahrungstatsachen hinaus. Elektrisches und magnetisches Feld sind - oder, kürzer ausgedrückt: das ''elektromagnetische'' Feld ist nach Maxwells Theorie etwas Reales. Das elektrische Feld wird durch ein veränderliches magnetisches erzeugt, ganz gleich, ob nun ein Draht vorhanden ist, mit dem es sich nachweisen läßt, oder nicht. Ein magnetisches Feld wiederum wird durch ein veränderliches elektrisches Feld hervorgerufen, auch wenn kein Magnetpol da ist, der das anzeigt."<ref>Albert Einstein, aus: [[Literatur/Links#Geschichte_der_Physik|[Ein1938]]] S.99</ref>
| + | Ein Glühwürmchen kann auch Licht produzieren und zwar mit einem Wirkungsgrad von über 90% |
| − | :"Das elektromagnetische Feld ist für den modernen Physiker nicht minder wirklich als der Stuhl, auf dem er sitzt."<ref>Albert Einstein, aus: [[Literatur/Links#Geschichte_der_Physik|[Ein1938]]] S.103</ref>
| + | *Was ist damit gemeint? |
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| − | ;Albert Einstein (1879-1955): Gravitation durch Krümmung der 4dim Raum-Zeit
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| − | ;Quantenfeldtheorie: (Feynman),
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| | ==Fußnoten== | | ==Fußnoten== |
| | <references /> | | <references /> |
Der Wirkungsgrad beträgt insgesamt ca. 10%. Das heißt ca. 10% der Energie aus dem Sonnenlicht ist in der Bewegung angekommen.
In einem Haushalt braucht man Energie für die vielen elektrischen Geräte, wie Waschmaschine, Lampen, Computer,... und für die Heizung, das warme Wasser und für das Auto.
Peters Schreibtischlampe hat eine Leistung von 20 Watt. Er schaltet sie am Tag ca. 2 Stunden an. Für eine Kilowattstunde Energie verlangt sein Stromanbieter 25 Cent.
Herbert mag das Licht von Energiesparlampen nicht und beleuchtet sein Wohnzimmer deshalb mit einer Glühlampe. Andrea hat sich dagegen für die gesamte Wohnung Energiesparlampen zugelegt, während Maria sich für LED-Lampen entschieden hat.
Ein Glühwürmchen kann auch Licht produzieren und zwar mit einem Wirkungsgrad von über 90%
