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===Praktikum: Umkehrung des Fotoeffekts in einer LED===
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;Aufbau
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|height="1350px"|
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<gallery widths=180px heights=120px  perrow=4>
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|}__NOTOC__
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Bild:Quanten_h-Bestimmung_LED_Versuchsaufbau_klein.jpg|[[Media:Quanten h-Bestimmung LED Beobachtung Messung rote Diode 635nm.ogg|Video einer Messung]]
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==Aufgaben zur Energie==
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Bild:Quanten_Messung_h_LED_Schaltplan.png|Der Schaltplan
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====Energieträger und Energieformen====
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Bild:Fotoeffekt_umgekehrt_Leuchtdioden.jpg|Alternativer Aufbau mit einem Netzgerät und integrierter Spannungsanzeige.
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</gallery>
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Man betreibt Leuchtdioden verschiedener Farben an unterschiedlichen Spannungen. Dabei beobachtet man deren Helligkeit und misst die Stromstärke. Die Diode mit einer Wellenlänge von 960nm beobachtet man mit Hilfe einer Digitalkamera, weil sie, wie die meisten Fernbedienungen, unsichtbares Infrarot-Licht aussendet.
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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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Die anliegende Spannung kann man gut mit einer 4,5V Flachbatterie und einer regelbaren Spannungsteilerschaltung einstellen. '''Damit die Dioden nicht überlastet werden können, sollte man unbedingt den <math>100\,\rm \Omega</math> Vorwiderstand verwenden!'''
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'''2)''' Die Tabelle zeigt, welche verschiedenen Namen man der Energie verschiedener Träger gegeben hat.
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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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Das Voltmeter wird ohne den Vorwiderstand direkt parallel zur Diode geschaltet, das Ampèremeter in Reihe zur LED.
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{|class="wikitable" "
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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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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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Oder: Man lädt einen Kondensator (100 mikroF) mit 3V auf und betreibt damit verschiedenfarbige LEDs.
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<br style="clear: both" />
  
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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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;Beobachtung
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{|class="wikitable" style="text-align: right; "
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Unterhalb einer Mindestspannung leuchten die LEDs nicht mehr und die Stromstärke sinkt auf 0A. Bei rotem Licht ist die Mindestspannung kleiner als bei blauem Licht.
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!style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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Gegenstand
  
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Messwerte:
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!style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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Lichtfarbe                        | IR  | rot | rot | gelb| grün| blau|
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Energiemenge in Joule
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Wellenlänge (nm)                  | 950 | 660 | 635 | 585 | 560 | 465 |
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Mindestspannung mit Ampèremeter (V)|    |    |    |    |    |    |
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−
Mindestspannung mit Auge (V)      |    |    |    |    |    |    |
+
  
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Die LED leuchtet kurz auf, aber der Kondensator entlädt sich nicht vollständig, es bleibt eine Mindestspannung erhalten. Diese Restspannung ist bei der roten LED kleiner als bei der blauen LED.
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|-
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
Sonnenlicht auf einen m<sup>2</sup> für eine Sekunde
  
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Messwerte:
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
1.300 J
  
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Wellenlänge (nm)    |
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|-
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Restspannung (V)    |
+
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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ein Liter Benzin
  
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;Auswertung
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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Man trägt die Spannung über die Energie auf.
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30.000.000 J
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Daraus lässt sich das Plancksche Wirkungsquantum bestimmen.
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==Links==
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|-
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* [http://www.youtube.com/watch?v=eO6JaaBhn-M Video: Versuch: Umkehrung des Photoeffekts in einer Leuchtdiode (LED)] (englisch ; youtube.com: "Planck Constant")
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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*Diese [http://www.youtube.com/watch?v=M2xKVH3QMDw 3D-Animation] erklärt den Aufbau und die Funktion einer LED. (Thomas Schwenke, youtube.de)
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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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*[http://www.leifiphysik.de/web_ph10/versuche/15led/index.htm Übersichtliche Informationen zu Leuchtdioden] über Funktionsweise, Aufbau und Anwendung. (LEIFI)
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*[http://de.wikipedia.org/wiki/Leuchtdiode Wikipedia: Leuchtdiode]
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* [http://www.led-info.de/grundlagen/leuchtdioden.html Umfassende Informationen zu Leuchtdioden] über Funktionsprinzip, Herstellung, Einsatz, Einkauf,... (Hauke Haller, led-info.de)
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180.000.000 J
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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aufgepumpter Fahrradreifen
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600 J
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Schulranzen auf einem ein Meter hohen Tisch
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100 J
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Ein Liter kochendes Wasser<ref>Im Vergleich zu Zimmertemperatur bei 20°C.</ref>
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300.000 J
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Fahrradfahrerin mit 30 km/h
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3.000 J
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|-
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eine Tafel Schokolade
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2.000.000 J
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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 
 +
Kot&Urin                  Kot&Urin
 +
Wärme                   Wärme
 +
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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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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*Ergänze die farbig markierten Lücken mit geeigneten Energieumladern.
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==Fußnoten==
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<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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