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{|
 
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−
|height="900px"|
+
|height="1350px"|
−
|}
+
|}__NOTOC__
−
==Elektrischer Energietransport: Beladungsmaß und Leistung==
+
==Aufgaben zur Energie==
−
====Versuch: Eine helle Lampe====
+
====Energieträger und Energieformen====
−
;Aufbau
+
−
[[Datei:Stromkreis_Versuch_zwei_Lampen_Potential_als_Energiebeladungsmaß.jpg|thumb|Das linke Lampe ist an ein Netzgerät angeschlossen, die rechte über einen Schalter an die Steckdose.]]
+
−
Eine 60W-Glühbirne ist an der Steckdose angeschlossen, die andere (12V/250mA) wird mit einem Netzgerät betrieben. Bei beiden Lampen wird die Stromstärke gemessen.
+
−
;Beobachtung
+
−
Durch beide Lampen fließt der gleiche Strom mit einer Stärke von ca. 0,25 Ampère, aber die an der Steckdose angeschlossene Lampe ist viel heller!
+
  
−
;Folgerung
+
'''1)''' Eine Batterie ist ein Energieträger. Denn in der Batterie steckt Energie, mit der man einen Motor antreiben kann.
−
Offensichtlich ist "der Strom aus der Steckdose" anders als "der Strom aus dem Netzgerät". Der "Steckdosenstrom" transportiert mehr Energie!
+
*Nenne drei weitere Gegenstände, die auch Energieträger sind und sage, was man mit dieser Energie machen kann.
  
−
====Versuch: Kichererbsentransport====
+
'''2)''' Die Tabelle zeigt, welche verschiedenen Namen man der Energie verschiedener Träger gegeben hat.
−
;Aufbau
+
*Nenne für jede Energieform ein ''anderes'' Beispiel in folgender Art:
−
[[Datei:Energiestromstärke Leistung Versuch Erbsenstromstärke.png|400px|left]]
+
:"Der Wind, also Luft, die sich schnell bewegt, enthält Bewegungsenergie."
−
In einer Kiste auf einer Seite des Raumes befinden sich Erbsen. (Man kann auch Streichhölzer nehmen.) Die Erbsen sollen in eine noch leere Kiste auf der anderen Seite transportiert werden. Aber jede Person darf nur zwei Erbsen nehmen!
+
  
−
Wir arbeiten zusammen und schauen, wie schnell wir die Erbsen transportieren können.
+
{|class="wikitable" "
−
<br style="clear: both" />
+
!  
−
 
+
Energieträger
−
;Messwerte und Auswertung
+
! colspan="2" "|
−
In diese leere Tabelle schreiben wir unsere Ergebnisse:
+
Name der Energieform
−
{|class="wikitable" style="text-align: center"
+
−
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
−
Erbsen-<br>beladung
+
−
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
−
Zeit-<br>spanne
+
−
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
−
Personen-<br>anzahl
+
−
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
−
Erbsen-<br>anzahl
+
−
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
−
Personen-<br>stromstärke
+
−
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
+
−
Erbsen-<br>stromstärke
+
 
|-
 
|-
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
+
|
−
<math>2\,\rm \frac{E}{P}</math>
+
Holz
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
|colspan="2"|chemische Energie
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
 
|-
 
|-
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
+
|
−
.
+
heißes Wasser
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
|colspan="2"|Wärmeenergie
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
+
 
|-
 
|-
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
+
|
−
.
+
geriebener Luftballon
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
|colspan="2"|elektrische Energie
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
+
 
|-
 
|-
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
+
|
−
.
+
Licht
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
|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>
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
+
 
|-
 
|-
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
+
|
−
.
+
laufender Mensch
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
+
|Bewegungsenergie
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
+
|rowspan="3"|mechanische Energie
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
+
|-
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
+
|
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
[[Media:Luftballon Druecken.jpg|zusammengedrückter Luftballon]]
 +
|Spannenergie
 +
|-
 +
|
 +
hochgelegenes Wasser in einem Stausee
 +
|Lageenergie
 
|}
 
|}
  
−
Ob wir uns bei den Erbsen verzählt haben, kann man leicht überprüfen. Die Personenanzahl multipliziert mit der Erbsenbeladung muss die Erbsenanzahl ergeben!
+
<br style="clear: both" />
  
−
Die Stromstärken berechnen sich als Personen pro Zeit und als Erbsen pro Zeit.
+
'''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.
  
−
Man bemerkt, dass man die Erbsenstromstärke auch mit Hilfe der Personenstromstärke ausrechnen kann. Dazu muss man nur die Personenstromstärke mit der Beladung multiplizieren!
+
{|class="wikitable" style="text-align: right; "
 +
!style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
Gegenstand
  
−
==Vergleich des Erbsentransports mit dem elektrischen Energietransport==
+
!style="border-style: solid; border-width: 5px "|
−
Mit Hilfe des Erbsentransportes können wir erklären, warum die Lampen so unterschiedlich hell leuchten. Dazu vergleichen wir den Erbsentransport durch Personen mit dem Energietransport durch die elektrische Ladung:
+
Energiemenge in Joule
  
−
*Die im Kreis laufenden Personen entsprechen der im Kreis fließenden Ladung: <math> \text{1 Person } \widehat{=} \text{ 1 Coulomb}</math>
+
|-
−
*Die transportierten Erbsen entsprechen der transportierten Energie: <math> \text{1 Erbse } \widehat{=} \text{ 1 Joule}</math>
+
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
−
*Die Erbsenbeladung entspricht dem elektrischen Potential: <math> \text{1 Erbse pro Person } \widehat{=} \text{ 1 Joule pro Coulomb} = \text{1 Volt}</math>
+
Sonnenlicht auf einen m<sup>2</sup> für eine Sekunde
  
−
Jetzt können wir die entsprechende Tabelle aufstellen:
+
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
1.300 J
  
−
{|class="wikitable" style="text-align: center"
 
−
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
−
Energie-<br>beladung
 
−
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
−
Zeit-<br>spanne
 
−
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
−
Ladungs-<br>menge
 
−
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
−
Energie-<br>menge
 
−
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
−
(Ladungs-)<br>Stromstärke
 
−
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
−
Energie-<br>stromstärke<br>(Leistung)
 
 
|-
 
|-
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
+
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|  
−
<math>12\,\rm V = 12\,\rm \frac{J}{C}</math>
+
ein Liter Benzin
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
 
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
+
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
30.000.000 J
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
 
−
<math>0{,}25\,\rm A=0{,}25\,\rm \frac{C}{s}</math>
+
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
 
|-
 
|-
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
+
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|  
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<math>230\,\rm V = 230\,\rm \frac{J}{C}</math>
+
Akku eines E-Autos<ref>Siehe Wikipedia: [https://de.wikipedia.org/wiki/Tesla_Model_3#Batterietechnik Tesla Model 3]</ref>
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
+
 
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|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
+
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
+
180.000.000 J
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|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
 
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<math>0{,}25\,\rm A=0{,}25\,\rm \frac{C}{s}</math>
+
|-
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|  
 +
aufgepumpter Fahrradreifen
 +
 
 +
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
600 J
 +
 
 +
|-
 +
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|  
 +
Schulranzen auf einem ein Meter hohen Tisch
 +
 
 +
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
100 J
 +
 
 +
|-
 +
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
Ein Liter kochendes Wasser<ref>Im Vergleich zu Zimmertemperatur bei 20°C.</ref>
 +
 
 +
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
300.000 J
 +
 
 +
|-
 +
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
Fahrradfahrerin mit 30 km/h
 +
 
 +
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
3.000 J
 +
|-
 +
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
eine Tafel Schokolade
 +
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
2.000.000 J
 +
 
 
|}
 
|}
 +
<br style="clear: both" />
 +
 +
==Energiewandler / Energieumlader==
 +
 +
[[Datei:Aufgaben_Energieumlader.png|399px|left]]
 +
'''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. 
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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]]
 +
'''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?
 +
<br style="clear: both" />
  
−
Weil wir die Zeitdauer nicht kennen, die Lampen können ja eine Sekunde oder eine Stunde lang angeschaltet sein, können wir uns eine wählen.
+
'''6) Viele verschiedene Energieumlader'''
  
−
Wählt man als Zeitdauer eine Sekunde, ist es einfach die geflossene Ladungsmenge zu bestimmen, denn bei einer Stromstärke von 0,25 Ampère fließen ja gerade 0,25 Coulomb pro Sekunde!
+
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.
−
In zwei Sekunden fließen daher 0,5 Coulomb usw.
+
  
−
Die transportierte Energiemenge ergibt sich aus der geflossenen Ladung mal dem Beladungsmaß.
+
*Ergänze die farbig markierten Lücken mit geeigneten Energieumladern.
  
−
Die Energiestromstärke kann man jetzt entweder als Energie pro Zeit berechnen oder als Ladungsstromstärke mal Beladungsmaß.
+
==Fußnoten==
 +
<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.
Von „http://schulphysikwiki.de/index.php?title=*&oldid=18251“