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==Eigenschaften von schwerer, elektrischer und magnetischer Wechselwirkung==
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[[Datei:Wechselwirkung_Fernwirkung.png|thumb]]
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[[Datei:Wechselwirkung_Wechselwirkung.png|thumb]]
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Zwei Gegenstände können eine Wechselwirkung aufeinander ausüben.
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==Aufgaben zur Energie==
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Aus einer mechanischen Sichtweise heraus heißt das, dass sie aufeinander [[Kraft_und_Impuls|Kräfte ausüben und Impuls austauschen]]. Ein Gegenstand verliert Impuls, der andere Gegenstand erhält den Impuls.
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====Energieträger und Energieformen====
  
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Offensichtlich besteht eine Wechselwirkung zwischen jeweils passenden ähnlichen Eigenschaften von Gegenständen. Es gibt drei verschiedene physikalische Eigenschaften, die Wechselwirkungen hervorrufen<ref>Außerdem gibt es noch die starke und die schwache Wechselwirkung. Meistens wird die elektro-magnetische WW nur als eine WW gezählt, dann sind es 4 WW. Die starke WW ist unter anderem dafür verantwortlich, dass die Atomkerne zusammenhalten. Die schwache WW ist beim radioaktiven Zerfall von Bedeutung.</ref>.
+
'''1)''' Eine Batterie ist ein Energieträger. Denn in der Batterie steckt Energie, mit der man einen Motor antreiben kann.
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*Nenne drei weitere Gegenstände, die auch Energieträger sind und sage, was man mit dieser Energie machen kann.
  
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'''1)''' Die (schwere) Masse (<math>m</math> in Kilogramm, <math>\rm kg</math>)
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'''2)''' Die Tabelle zeigt, welche verschiedenen Namen man der Energie verschiedener Träger gegeben hat.
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:Alle Gegenstände mit einer (schweren) Masse , werden gegenseitig angezogen. ("Schwere Masse ist homosexuell." ;)
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*Nenne für jede Energieform ein ''anderes'' Beispiel in folgender Art:
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:"Der Wind, also Luft, die sich schnell bewegt, enthält Bewegungsenergie."
  
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'''2)''' Die elektrische Ladung (<math>Q</math> in "Coulomb", <math>1\,\rm C=1\,\rm A\,s</math>), die positiv oder negativ sein kann.
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{|class="wikitable" "
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:Elektrisch gleichnamige Gegenstände werden abgestoßen, ungleichnamige werden angezogen. ("Elektrische und Magnetische Ladung sind hetero und homophob<ref>Siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Homophobie Wikipedia: Homophobie]</ref> ." ;)
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Energieträger
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Name der Energieform
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Holz
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|colspan="2"|chemische Energie
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heißes Wasser
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|colspan="2"|Wärmeenergie
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geriebener Luftballon
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|colspan="2"|elektrische Energie
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|-
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Licht
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|colspan="2"|Lichtenergie<ref>Das Licht selbst besteht nicht aus Energie, es enthält die Energie! Was das Licht selbst ist, kann man nicht so einfach beantworten.</ref>
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|-
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laufender Mensch
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|Bewegungsenergie
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|rowspan="3"|mechanische Energie
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[[Media:Luftballon Druecken.jpg|zusammengedrückter Luftballon]]
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|Spannenergie
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hochgelegenes Wasser in einem Stausee
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|Lageenergie
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|}
  
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'''3)''' Die magnetische Ladung<ref>Die magnetische Ladung wird auch als [http://de.wikipedia.org/wiki/Magnetostatik Polstärke <math>p</math>] bezeichnet.</ref> (<math>Q_m</math> in "Weber", <math>1\,\rm Wb=1\,\rm V\,s</math>), die Nordpol- oder Südpolladung sein kann.
+
<br style="clear: both" />  
−
:Die Enden zweier Gegenstände mit gleichnamigen magnetischen Ladungen werden abgestoßen, ungleichnamige werden angezogen.
+
  
−
*Die Wechselwirkung ist umso größer, je größer die Massen, die elektrischen oder die magnetischen Ladungen sind.
+
'''3)''' Aus der Tabelle kann man ablesen:
−
:Zwei ungleichnamige elektrische oder magnetische Ladungen schwächen sich in ihrer gemeinsamen Wirkung.
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:"Mit der Energie von 38 Stunden Sonnenlicht auf einen Quadratmeter kann man den Akku eines E-Autos aufladen."
−
*Außerdem steigt die Wirkung bei kleinerem Abstand.
+
*Bilde drei weitere Sätze in dieser Art.
  
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{|class="wikitable" style="text-align: right; "
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!style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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Gegenstand
  
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!style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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Energiemenge in Joule
  
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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Sonnenlicht auf einen m<sup>2</sup> für eine Sekunde
  
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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1.300 J
  
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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ein Liter Benzin
  
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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30.000.000 J
  
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|-
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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Akku eines E-Autos<ref>Siehe Wikipedia: [https://de.wikipedia.org/wiki/Tesla_Model_3#Batterietechnik Tesla Model 3]</ref>
  
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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180.000.000 J
  
 +
|-
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
aufgepumpter Fahrradreifen
  
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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600 J
  
 +
|-
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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Schulranzen auf einem ein Meter hohen Tisch
  
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
100 J
  
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|-
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
Ein Liter kochendes Wasser<ref>Im Vergleich zu Zimmertemperatur bei 20°C.</ref>
  
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
300.000 J
  
−
====Ladungsträger im Atommodell====
+
|-
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<gallery widths=200px heights=130px  perrow=3>
+
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|  
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Bild:Festkörper_Isolator.png|Das Modell eines Isolators.
+
Fahrradfahrerin mit 30 km/h
−
Bild:Festkörper_Leiter.png|Das Modell eines Leiters.
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−
Bild:Festmagnet_Weiss-Bezirke_unmagnetisch.png|Das Modell eines magnetisierbaren Gegenstandes.
+
−
</gallery>
+
  
−
*Ein Atom besteht aus einem "festen" Kern aus Protonen und Neutronen mit "weicher" Elektronenhülle. (Entscheidend ist der Energieaufwand!)
+
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
3.000 J
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|-
 +
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
eine Tafel Schokolade
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
2.000.000 J
  
 +
|}
 +
<br style="clear: both" />
  
−
*Alle Materiebausteine tragen schwere Ladungen (Masse).
+
==Energiewandler / Energieumlader==
−
*Protonen tragen positive Ladung und Elektronen negative Ladung.
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*Manche Atome (Fe, Co, Ni) oder Legierungen sind durch die Art ihrer Elektronenhülle ein kleiner Magnet/magnetischer Dipol. (Tragen sowohl Nord- als auch Südpolladung.)<ref>Wikipedia: [https://de.wikipedia.org/wiki/Dauermagnet#Dauermagnetmaterialien Dauermagnetmaterialien] <br>[http://www.heise.de/tp/artikel/26/26091/1.html IBM sucht die Super-Festplatte] Artikel bei heise online über eine "Super-Festplatte", welche die Magnetisierung einzelner Eisenatome zur Datenspeicherung verwendet. <br/> [http://www.ssc.rwth-aachen.de/index.php?menuID=3 Schöne Bilder von atomarer Magnetstruktur] (Prof. Dr. rer. nat. Dronskowski (Institut für Anorganische Chemie, RWTH Aachen))</ref>
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[[Datei:Aufgaben_Energieumlader.png|399px|left]]
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'''4) Energie für Maschinen'''
  
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*In Festkörpern sind die Atome nur schwer verschiebbar, oft in einer regelmäßigen Kristall-Struktur.
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Ein Automotor bekommt mit dem Benzin seine Energie und setzt damit das Auto in Bewegung. Der Motor wird dabei auch sehr heiss. Der Motor lädt die Energie vom Benzin auf die Bewegung des Autos und auf den heissen Motor um. 
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*Die äußere Elektronenhülle ist bei manchen Festkörpern ("Leiter") "leicht" verschiebbar, bei anderen ("Isolator") nicht.
+
:'''a)''' Trage in die Energieumladerdiagramme die passenden Energieträger oder den Namen des Umladers ein!
−
*Die atomaren Magnete sind je nach Art des Festkörpers mehr oder weniger leicht auszurichten.
+
:'''b)''' Wie kann man Energie von Licht auf Bewegung umladen? Zeichne dazu zwei geeignete Energieumlader hintereinander.
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<br style="clear: both" />
  
−
====Entstehung der Ursachen / Ladungen====
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[[Datei:Aufgabe_Energie_für_Mensch_und_Tier.png|435px|left]]
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<gallery widths=200px heights=200px  perrow=3 >
+
'''5) Energie für den Menschen'''
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Bild:Ladungsverschiebung.png|Elektronen sind vom oberen auf den unteren Gegenstand gebracht worden.
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Bild:Ladungsverschiebung_einfach.png|Dadurch ist der obere Gegenstand positiv, der untere negativ geladen.
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Bild:leer.jpg
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Bild:Festmagnet_Weiss-Bezirke_magnetisch.png|Bei einem Festmagneten sind die atomaren Magnete überwiegend gleich ausgerichtet.
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Bild:Festmagnet_vollständig_magnetisiert.png|Dieser Festmagnet ist sogar vollständig magnetisiert.
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Bild:Festmagnet_mit_Ladungen.png|Vereinfachte Darstellung mit Magnetisierungslinien, die von Südpol- zu Nordpolladungen verlaufen.
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Bild:Elektret teilweise polarisiert.png|Bei diesem Elektret<ref>Elektrete sind das elektrische Analogon zu Magneten. Sie enthalten atomare elektrische Dipole, die dauerhaft in eine bestimmte Richtung zeigen können. Dadurch entstehen an den Rändern Polarisationsladungen. (Siehe Wikipedia: [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektret Elektret]) Hauptanwendung ist die Herstellung von Elektretmikrophonen. (Siehe Wikipedia: [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektretmikrofon Elektretmikrophon])</ref> sind die atomaren Dipole überwiegend gleich ausgerichtet.
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Bild:Elektret vollständig polarisiert.png|Dieser Elektret ist sogar vollständig polarisiert.
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Bild:Elektret mit Ladungen.png|Vereinfachte Darstellung mit Polarisierungslinien, die von negativen zu positiven Ladungen verlaufen.
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</gallery>
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*Um einen Gegenstand elektrisch zu laden kann man elektrische Ladungen verschieben, man kann sie nicht erzeugen.
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Mit welchen Energieträgern bekommen der Mensch, eine Kuh, eine Graspflanze und eine Weizenpflanze ihre Energie? In welche Träger wird die Energie hineingesteckt?
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*Um einen Gegenstand zu magnetisieren, muss man seine atomaren Magnete ausrichten.
+
'''a)''' Trage die Begriffe in die Diagramme unter die Pfeile ein!
−
**Bei der Magnetisierung eines Gegenstandes entsteht an den Rändern genausoviel Nordpol- wie Südpolladung. Die Summe der Ladungen ist Null.
+
Körner/Fleisch           Körner
−
**Durch Erhitzung oder Erschütterungen werden die atomaren Magnete eines magnetisierbaren Gegenstandes beweglich.
+
Muskelmasse&Fett&Milch    Muskelmasse&Fett&Milch 
−
*Um einen Gegenstand zu polarisieren, muss man seine atomaren elektrischen Dipole ausrichten.
+
Kot&Urin                  Kot&Urin
−
**Bei der Polarisierung eines Gegenstandes entsteht an den Rändern genausoviel positive wie negative Ladung. Die Summe der Ladungen ist Null.
+
Wärme                   Wärme
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**Durch Erhitzung oder Erschütterungen werden die atomaren Dipole eines polarisierbaren Gegenstandes beweglich.
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Grashalme           Grashalme
 +
Bewegung                  Bewegung
 +
Licht                   Licht
  
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'''b)''' Zeichne eine Energieumladerkette für einen Menschen, der nur Fleisch isst und einen Menschen, der nur Brot ist. Wo kommt schlußendlich die Energie für den Menschen her?
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<br style="clear: both" />
  
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'''6) Viele verschiedene Energieumlader'''
  
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*Bringt man positive und negative Ladung an einer Stelle zusammen, so schwächt sich die Wirkung. Entscheidend ist der Ladungsunterschied.  
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In [[Media: Energieumlader-Tabelle_teilausgefüllt_als_Aufgabe.pdf|dieser Tabelle]] sind viele Energieumlader aufgeführt. Auf der linken Seite sieht man, mit welchem Träger sie ihre Energie bekommen und oben kann man ablesen, mit welchem Träger sie die Energie wieder abgeben. Ein Baum bekommt seine Energie mit dem Licht und speichert sie in seinem Holz. Ein Ofen wiederum kann seine Energie mit Holz bekommen und sie mit der warmen Luft wieder abgeben.
−
*Bringt man Nordpolladung und Südpolladung an einer Stelle zusammen, so schwächt sich die Wirkung. Entscheidend ist der Ladungsunterschied.
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*Ein Gegenstand mit ebensoviel positiver wie negativer Ladung wirkt nach Außen wie ein neutraler Gegenstand, wenn die Ladungen gleichmäßig verteilt sind.
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*Ein Gegenstand mit ebensoviel Nordpol- wie Südpol-Ladung wirkt nach Außen wie ein neutraler Gegenstand, wenn die Ladungen gleichmäßig verteilt sind.
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====Vergleiche====
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*Ergänze die farbig markierten Lücken mit geeigneten Energieumladern.
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=====Stärke=====
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Im Alltag ist die magnetische Wechselwirkung am stärksten. Schon kleine Magnete werden mit großen Kräften zusammengezogen. Elektrische Kräfte, wie zwischen zwei geriebenen Luftballons sind verhältnismäßig klein.
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Erst bei großen Massen wie der Erde ist die schwere Wechselwirkung deutlich spürbar.
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=====Reichweite=====
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*Es gibt keine negative Massen.
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*Die meisten Gegenstände enthalten fast gleichviel positive und negative elektrische Ladung. (Weil gleichnamige Ladung voneinander abgestoßen wird, ist es schwer elektrische Ladung anzuhäufen.)
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*Alle Gegenstände enthalten gleichviel Nord- und Südpolladung.
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Im Gegensatz zur elektrischen Ladung kann man von schwerer Masse ganz viel anhäufen. In einem großen Abstand wirkt daher nur noch die Gravitation von massereichen Gegenständen, wie Erde, Mond oder Sonne. Bei einem Magnet heben sich in größerer Entfernung die Wirkung der beiden Pole auf.
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=====Beweglichkeit/Magnetisierung/Polarisierung/Influenz<ref>Die Begriffe Influenz und Polarisierung beschreiben die Veränderung eines Gegenstandes in der Nähe von elektrischen oder magnetischen Ladungen. Man kann also von elektrischer oder magnetischer Polarisation/Influenz sprechen. Bei Magneten hat sich zusätzlich der Begriff der Magnetisierung eingebürgert. Von "Elektrisierung" dagegen spricht man im physikalischen Sinne nicht. Dieser Begriff wird eher umgangssprachlich für eine Verschiebung der elektrischen Ladung benutzt.</ref>=====
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Bild:Influenz_magnetisch_1.png|'''Magnetisierung (magnetische Influenz):''' Ein unmagnetischer aber magnetisierbarer Gegenstand.
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Bild:Influenz_magnetisch_2.png|Wird in der Nähe eines Südpols magnetisiert.
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Bild:Influenz_magnetisch_3.png|Vereinfachte Darstellung mit Magnetisierungslinien, die von Südpol- zu Nordpolladungen verlaufen.
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Bild:Influenz_elektrisch_1.png|'''Verschiebungspolarisation (elektrische Influenz):''' Ein Isolator wird in der Nähe eines geladenen Gegenstandes...
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Bild:Influenz_elektrisch_2.png|polarisiert. Die Elektronenhüllen verschieben sich.
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Bild:Influenz_elektrisch_3.png|Vereinfachte Darstellung mit Polarisierungslinien, die von negativen zu positiven Ladungen verlaufen.
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Bild:Influenz_Wasser_1.png|'''Orientierungspolarisation (elektrische Influenz):''' Haben die Moleküle einen elektrischen Dipol (zB Wasser)...
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Bild:Influenz_Wasser_2.png|so werden die Moleküle gedreht.
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Bild:Influenz_elektrisch_3.png|Nach Außen ergibt sich das gleiche Ergebnis wie bei der Verschiebung der Elektronenhüllen.
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Bild:Influenz_elektrisch_Leiter_1.png|'''Ladungsverschiebung (elektrische Influenz):''' Bei einem Leiter werden in der Nähe eines geladenen Gegenstandes...
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Bild:Influenz_elektrisch_Leiter_2.png|Ladungen verschoben.
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Bild:Influenz_elektrisch_Leiter_3.png|Der Gegenstand ist nicht polarisiert. <br>Es entsteht trotzdem ein elektrischer Dipol.
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</gallery>
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*Elektrische Ladung ist in einigen Stoffen sehr beweglich, in anderen nicht.
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*Magnetische Ladung ist immer fest an den magnetisierten Gegenstand gebunden.
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*In einem elektrisch neutralen Gegenstand werden in der Nähe eines elektrisch geladenen Gegenstandes die Ladungen verschoben. (elektrische Influenz)
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*In einem magnetisierbaren Gegenstand werden in der Nähe einer magnetischen Ladung die atomaren Magnete ausgerichtet. (magnetische Influenz)
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*Elektrische Ladungen lassen sich nur sehr schlecht speichern/anhäufen. Elektrische Ladungen lassen sich nur schwer trennen.
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*Ein Gramm Kupfer hat eine positive Ladung von fast 3 Millionen Coulomb!
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*Bei Nichtleitern gibt es keine frei beweglichen Elektronen, aber die Elektronenhülle ist trotzdem verschiebbar.
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==Häufige Fehler==
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*Die Magnetpole befinden sich an den Enden der Magnetisierung. Es ist sinnvoll diese farbig zu markieren. Häufig wird aber eine ganze Hälfte eines Permanentmagneten grün oder rot gezeichnet.
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==Fußnoten==
 
==Fußnoten==
−
<references />
+
<references>

Aktuelle Version vom 31. Dezember 2025, 15:13 Uhr

Aufgaben zur Energie

Energieträger und Energieformen

1) Eine Batterie ist ein Energieträger. Denn in der Batterie steckt Energie, mit der man einen Motor antreiben kann.

  • Nenne drei weitere Gegenstände, die auch Energieträger sind und sage, was man mit dieser Energie machen kann.

2) Die Tabelle zeigt, welche verschiedenen Namen man der Energie verschiedener Träger gegeben hat.

  • Nenne für jede Energieform ein anderes Beispiel in folgender Art:
"Der Wind, also Luft, die sich schnell bewegt, enthält Bewegungsenergie."

Energieträger

Name der Energieform

Holz

chemische Energie

heißes Wasser

Wärmeenergie

geriebener Luftballon

elektrische Energie

Licht

Lichtenergie[1]

laufender Mensch

Bewegungsenergie mechanische Energie

zusammengedrückter Luftballon

Spannenergie

hochgelegenes Wasser in einem Stausee

Lageenergie


3) Aus der Tabelle kann man ablesen:

"Mit der Energie von 38 Stunden Sonnenlicht auf einen Quadratmeter kann man den Akku eines E-Autos aufladen."
  • Bilde drei weitere Sätze in dieser Art.

Gegenstand

Energiemenge in Joule

Sonnenlicht auf einen m2 für eine Sekunde

1.300 J

ein Liter Benzin

30.000.000 J

Akku eines E-Autos[2]

180.000.000 J

aufgepumpter Fahrradreifen

600 J

Schulranzen auf einem ein Meter hohen Tisch

100 J

Ein Liter kochendes Wasser[3]

300.000 J

Fahrradfahrerin mit 30 km/h

3.000 J

eine Tafel Schokolade

2.000.000 J


Energiewandler / Energieumlader

Aufgaben Energieumlader.png

4) Energie für Maschinen

Ein Automotor bekommt mit dem Benzin seine Energie und setzt damit das Auto in Bewegung. Der Motor wird dabei auch sehr heiss. Der Motor lädt die Energie vom Benzin auf die Bewegung des Autos und auf den heissen Motor um.

a) Trage in die Energieumladerdiagramme die passenden Energieträger oder den Namen des Umladers ein!
b) Wie kann man Energie von Licht auf Bewegung umladen? Zeichne dazu zwei geeignete Energieumlader hintereinander.


Aufgabe Energie für Mensch und Tier.png

5) Energie für den Menschen

Mit welchen Energieträgern bekommen der Mensch, eine Kuh, eine Graspflanze und eine Weizenpflanze ihre Energie? In welche Träger wird die Energie hineingesteckt? a) Trage die Begriffe in die Diagramme unter die Pfeile ein! 

Körner/Fleisch	          Körner
Muskelmasse&Fett&Milch    Muskelmasse&Fett&Milch  	
Kot&Urin                  Kot&Urin
Wärme	                  Wärme
Grashalme	          Grashalme
Bewegung                  Bewegung
Licht	                  Licht

b) Zeichne eine Energieumladerkette für einen Menschen, der nur Fleisch isst und einen Menschen, der nur Brot ist. Wo kommt schlußendlich die Energie für den Menschen her?

6) Viele verschiedene Energieumlader

In dieser Tabelle sind viele Energieumlader aufgeführt. Auf der linken Seite sieht man, mit welchem Träger sie ihre Energie bekommen und oben kann man ablesen, mit welchem Träger sie die Energie wieder abgeben. Ein Baum bekommt seine Energie mit dem Licht und speichert sie in seinem Holz. Ein Ofen wiederum kann seine Energie mit Holz bekommen und sie mit der warmen Luft wieder abgeben.

  • Ergänze die farbig markierten Lücken mit geeigneten Energieumladern.

Fußnoten

  1. ↑ Das Licht selbst besteht nicht aus Energie, es enthält die Energie! Was das Licht selbst ist, kann man nicht so einfach beantworten.
  2. ↑ Siehe Wikipedia: Tesla Model 3
  3. ↑ Im Vergleich zu Zimmertemperatur bei 20°C.
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