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−	__NOTOC__==Ladung als Quellenstärke und der Fluß eines Feldes==	+	__NOTOC__
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−	===Masse der Erde===	+	==Aufgaben zu Energieverlust und Wirkungsgrad==
−	*Wieviel (schwere) Masse hat die Erde?	+	'''1)''' "Ein Automotor hat einen Wirkungsgrad von ca. <math>1/3 \approx 33 \%</math>."
		+	:Was ist damit gemeint?
−	Dazu kann man näherungsweise die Erde als Kugel betrachten. Den [http://de.wikipedia.org/wiki/Erdradius#Geschichtliches Erdradius] konnte man schon in der Antike bestimmen und wird heute mit Hilfe von Satelliten vermessen:	+	{|
−	:<math>R \approx 6370\,\rm km </math>	+	|style="vertical-align:top;"|
		+	'''2)''' In diesem Energieflussdiagramm ist der Weg der Energie bei einem Kohlekraftwerk dargestellt.
		+	:'''a)''' Wie geht die meiste Energie der Kohle "verloren"?
		+	:'''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]]
		+	|}
		+	'''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:
−	Außerdem kann man auf der Erde die Gravitationsfeldstärke zu <math>g \approx 9 {,}81 \rm \frac{N}{kg}</math> bestimmen.	+	[[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.
−	Mit einer Gravitationsdrehwaage kann man weiterhin die Gravitationskonstante messen:	+	'''a)''' Berechne den Gesamt-Wirkungsgrad von:
−	:<math>G=6{,}673\;84\; \cdot 10^{-11} \mathrm{\frac{m^3}{kg \cdot s^2}}  </math>	+	#einer Glühlampe, die von einem Kohlekraftwerk betrieben wird.
		+	#der Energieumladerkette der Dampfmaschine: Dampfmotor > Generator > Glühlampe.
−	Wie "schwer" ist also die Erde?	+	'''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.
−	===Gravitationsfeldstärke im All===	+	==Energie im Haushalt==
−	*Wie groß ist die Gravitationsfeldstärke in einem Abstand von 6370 km über dem Erdboden?	+	'''1) Energie sparen im Haushalt'''
−	*Welche Kraft wirkt dort auf einen 1000kg schweren Satelliten?	+
−	Lösen Sie diese Aufgabe auf zwei Wegen.	+
−	Einmal, indem Sie die Erdmasse als bekannt voraussetzen. Und einmal, indem Sie sich überlegen, wie sich die Feldstärke verändert, wenn der Abstand zum Erdmittelpunkt verdoppelt wird.	+	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.
		+
		+	*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])
−	===Gravitation in der Erdkugel===	+
−	[[Datei:The_Earth_seen_from_Apollo_17.png|thumb]]	+
−	*Wie groß ist die Stärke des Schwerefeldes innerhalb der Erdkugel?	+
−	:Dazu nehmen wir vereinfachend an, dass die Erde überall die gleiche Massendichte <math>\rho</math> hat, was nicht der Realität entspricht (Vgl. Wikipedia [http://de.wikipedia.org/wiki/Innerer_Aufbau_der_Erde Innerer Aufbau der Erde].)	+
−	:Dann sollten Sie den Satz über die Quellenstärke verwenden:	+
−	::<math>\frac{1}{4 \pi \, G} \, g \, A = m</math>	+
−	:Als geeignete Flächen bieten sich die Oberflächen von Kugeln an.	+
−	===Probekörper im Kondensator===	+	'''2) Energiemengen und Kosten berechnen'''
−	Zwei geladene Platten, je 30cm x 30cm groß, eine mit 8 10<sup>-8</sup> C, die andere mit -8 10<sup>-8</sup> C.	+	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.
−	*Bestimmen Sie die Stärke des elektrischen Feldes unter der Annahme, dass das Feld sich ausschließlich zwischen den Platten befindet und dort homogen ist.	+	*Wieviel Energie benötigt man um die Lampe eine Sekunde, eine Minute oder eine Stunde anzuschalten?
−	*Warum ist dabei die Feldstärke zwischen den Platten nicht vom Abstand der Platten abhängig?	+	*Was kostet Peter die Schreibtischlampe pro Monat und pro Jahr?
−	Zwischen die Platten wird ein negativ geladener Tischtennisball gehängt. Auf ihn wirkt eine Kraft von 0,01 N.	+
−	*In welche Richtung wird der Ball gezogen?	+
−	*Wieviel Ladung sitzt auf dem Ball?	+	'''3) Verschiedene Lichtquellen'''
		+
		+	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.
		+
		+	*Vergleiche die verschiedenen Lampentypen bezüglich Energiebedarf, Wärmeentwicklung und Lebensdauer.
		+
		+	Ein Glühwürmchen kann auch Licht produzieren und zwar mit einem Wirkungsgrad von über 90%
		+	*Was ist damit gemeint?
		+
		+	==Fußnoten==
		+	<references />

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Aktuelle Version vom 4. November 2024, 09:08 Uhr

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Aufgaben zu Energieverlust und Wirkungsgrad

1) "Ein Automotor hat einen Wirkungsgrad von ca. [math]1/3 \approx 33 \%[/math]."

Was ist damit gemeint?

2) In diesem Energieflussdiagramm ist der Weg der Energie bei einem Kohlekraftwerk dargestellt. a) Wie geht die meiste Energie der Kohle "verloren"? 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?

3) Werden viele Energieumlader zu einer Kette geschaltet, so berechnet sich der Gesamt-Wirkungsgrad, indem man alle einzelnen Wirkungsgrade multipliziert. (Tabelle von Wirkungsgraden)
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:

[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.

a) Berechne den Gesamt-Wirkungsgrad von:

1. einer Glühlampe, die von einem Kohlekraftwerk betrieben wird.
2. der Energieumladerkette der Dampfmaschine: Dampfmotor > Generator > Glühlampe.

b) Vergleiche den Wirkungsgrad von:

1. einem Benzinauto mit einem Elektroauto, das den Akku mit einem Kohlekraftwerk lädt.
2. einer Gasheizung mit einer Elektroheizung, die von einem Kohlekraftwerk angetrieben wird.

Energie im Haushalt

1) Energie sparen im Haushalt

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.

• Zeichne ein Diagramm, aus dem hervorgeht, wofür ein durchschnittlicher Haushalt viel Energie benötigt und wofür weniger. (Infos im Artikel: Energiebedarf in Deutschland)

2) Energiemengen und Kosten berechnen

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.

• 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?

3) Verschiedene Lichtquellen

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.

• Vergleiche die verschiedenen Lampentypen bezüglich Energiebedarf, Wärmeentwicklung und Lebensdauer.

Ein Glühwürmchen kann auch Licht produzieren und zwar mit einem Wirkungsgrad von über 90%

• Was ist damit gemeint?

Fußnoten