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==Zum Kondensator==
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==Aufgaben zur Energie==
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====Energieträger und Energieformen====
  
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'''1)''' Vergleichen Sie einen Kondensator mit einem Fahrradreifen.
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'''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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'''2)''' Beschreiben Sie eine technische Bauform eines Kondensators.
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'''2)''' Die Tabelle zeigt, welche verschiedenen Namen man der Energie verschiedener Träger gegeben hat.  
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:(Wikipedia: [https://de.wikipedia.org/wiki/Kondensator_(Elektrotechnik)#Bauarten_und_Bauformen Bauformen von Kondensatoren], [https://duckduckgo.com/?q=capacitor+inside&t=ffsb&iax=1&ia=images Bilder], ...)
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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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'''3)''' Ein idealer Kondensator hat eine konstante Kapazität von 0,33F bei maximal 5V Spannung. Zeichnen Sie die U(Q)-Kennlinie. Lesen Sie an der Kennlin
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{|class="wikitable" "
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Energieträger
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! colspan="2" "|
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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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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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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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'''4)''' Wie verändert ein Dielektrikum die Eigenschaften eines Kondensators? Was bedeutet <math>\epsilon_r=3</math>?ie ab wieviel Ladung und Energie der Kondensator maximal aufnehmen kann.
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<br style="clear: both" />  
  
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'''5)''' Berechnen Sie für einen Plattenkondensator mit kreisförmigen Platten (r=12,25cm) im Abstand von 1cm die Kapazität mit Luft im Zwischenraum.
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'''3)''' Aus der Tabelle kann man ablesen:
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:"Mit der Energie von 38 Stunden Sonnenlicht auf einen Quadratmeter kann man den Akku eines E-Autos aufladen."
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*Bilde drei weitere Sätze in dieser Art.
  
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Der Kondensator wird mit 10kV geladen. Berechnen Sie:
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{|class="wikitable" style="text-align: right; "
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:a) wie stark das elektrische Feld ist,
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!style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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:b) die Kapazität des Kondensators,
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Gegenstand
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:c) wieviel Ladung auf den Platten ist,
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:d) wieviel Energie gespeichert ist und
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:e) welche Kraft auf die Platten wirkt.
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:f) Nun füllt man den Zwischenraum des Kondensators mit Polytetrafluorethylen (Teflon). Es hat eine Permittivität von <math>\epsilon_r= 2</math>. Dann lädt man den Kondensator wieder mit 10kV auf. Berechnen Sie, wie sich die Werte von a) bis e) verändern und wie sich die Energie auf das Feld und das polarisierte Teflon verteilt.
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!style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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Energiemenge in Joule
  
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'''6)''' Ein Liter Benzin enthält ca. 30 MJ Energie. Welcher Kondensator könnte das Benzin als Energieträger ersetzen?
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<br/>Baut man einen Plattenkondensator mit Luft zwischen den Platten, so springt ab einer Feldstärke von 2,5 kV/mm ein Funke über und der Kondensator ist entladen.
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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:a) Entwerfen Sie einen Plattenkondensator, der die gleiche Energiemenge wie ein Liter Benzin speichern kann. (Tipp: Berechnen Sie zuerst die maximale Energiedichte des Kondensators! Dann legen Sie die Spannung fest und berechnen damit den Abstand und die Fläche.)
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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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Um die Durchschlagsfestigkeit (das ist die maximale Feldstärke) des Kondensators zu erhöhen, bringt man ein Dielektrikum zwischen die Platten:
 
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:{|class="wikitable"
 
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!Dielektrikum
 
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!<math>E_{max}</math>
 
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!<math>\epsilon_r</math>
 
 
|-
 
|-
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|Glas
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|  
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|<math>20\,\rm\frac{kV}{mm}</math>
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ein Liter Benzin
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|<math>7</math>
+
 
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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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|Polypropylen
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|  
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|<math>52\,\rm\frac{kV}{mm}</math>
+
Akku eines E-Autos<ref>Siehe Wikipedia: [https://de.wikipedia.org/wiki/Tesla_Model_3#Batterietechnik Tesla Model 3]</ref>
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|<math>2{,}1</math>
+
 
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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180.000.000 J
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|-
 
|-
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|[https://de.wikipedia.org/wiki/Bariumtitanat Bariumtitanat]
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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|<math>500\,\rm\frac{kV}{mm}</math>
+
aufgepumpter Fahrradreifen
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|<math>1000</math> bis <math>10000</math>
+
 
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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 "|
 +
Schulranzen auf einem ein Meter hohen Tisch
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 +
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
100 J
 +
 
 +
|-
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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 "|
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300.000 J
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|-
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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Fahrradfahrerin mit 30 km/h
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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3.000 J
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|-
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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eine Tafel Schokolade
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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2.000.000 J
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|}
 
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:b) Entwerfen Sie für die verschiedenen Dielektrika wieder einen Kondensator, der 30MJ Energie aufnehmen kann!
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<br style="clear: both" />
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==Energiewandler / Energieumlader==
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[[Datei:Aufgaben_Energieumlader.png|399px|left]]
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'''4) Energie für Maschinen'''
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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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:'''a)''' Trage in die Energieumladerdiagramme die passenden Energieträger oder den Namen des Umladers ein!
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:'''b)''' Wie kann man Energie von Licht auf Bewegung umladen? Zeichne dazu zwei geeignete Energieumlader hintereinander.
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<br style="clear: both" />
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[[Datei:Aufgabe_Energie_für_Mensch_und_Tier.png|435px|left]]
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'''5) Energie für den Menschen'''
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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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'''a)''' Trage die Begriffe in die Diagramme unter die Pfeile ein!
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Körner/Fleisch           Körner
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Muskelmasse&Fett&Milch    Muskelmasse&Fett&Milch 
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Kot&Urin                  Kot&Urin
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Wärme                   Wärme
 +
Grashalme           Grashalme
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Bewegung                  Bewegung
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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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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.
  
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'''7)''' Ein aufgeladener Plattenkondensator wird von der Spannungsquelle getrennt und die Platten auseinandergezogen.  
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*Ergänze die farbig markierten Lücken mit geeigneten Energieumladern.
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:a) Wie verändert sich die Spannung, die Ladungsmenge auf den Platten und die Kapazität?
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:b) Wie verändert sich die Feldstärke und der Energiegehalt?
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:c) Wo kommt die nötige Energie her?
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'''8)''' Bei dem Plattenkondensator bleibt beim Auseinanderziehen diesmal die Spannungsquelle angeschlossen. Man stellt sich die gleichen Fragen:
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==Fußnoten==
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:a) Wie verändert sich die Spannung, die Ladungsmenge auf den Platten und die Kapazität?
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<references>
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:b) Wie verändert sich die Feldstärke und der Energiegehalt?
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−
:c) Wo kommt die nötige Energie her?
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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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