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	__NOTOC__		__NOTOC__
−	==Leere Seite==
	{|		{|
−	|height="1000px"|	+	|height="950px"|
		+	|}__NOTOC__
		+	==Aufgaben zur Energie==
		+	====Energieträger und Energieformen====
		+	{|class="wikitable" style="float:right;"
		+	!
		+	Energieträger
		+	! colspan="2" "|
		+	Name der Energieform
		+	|-
		+	|
		+	Holz
		+	|colspan="2"|chemische Energie
		+	|-
		+	|
		+	heißes Wasser
		+	|colspan="2"|Wärmeenergie
		+	|-
		+	|
		+	geriebener Luftballon
		+	|colspan="2"|elektrische Energie
		+	|-
		+	|
		+	Licht
		+	|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>
		+	|-
		+	|
		+	laufender Mensch
		+	|Bewegungsenergie
		+	|rowspan="3"|mechanische Energie
		+	|-
		+	|
		+	[[Media:Luftballon Druecken.jpg|zusammengedrückter Luftballon]]
		+	|Spannenergie
		+	|-
		+	|
		+	hochgelegenes Wasser in einem Stausee
		+	|Lageenergie
	|}		|}
−	__NOTOC__
−	==Magnetfelder um Ströme (Ampèrsches Gesetz)==
−	=====Magnetfeld von Kabel und Spule=====	+	'''1)''' Eine Batterie ist ein Energieträger. Denn in der Batterie steckt Energie, mit der man einen Motor antreiben kann.
−	Zeichnen Sie jeweils einige Feldlinien und Flächen ein.	+	*Nenne drei weitere Gegenstände, die auch Energieträger sind und sage, was man mit dieser Energie machen kann.
−	<gallery widths=320px heights=240px  perrow=2>	+	'''2)''' Die Tabelle zeigt, welche verschiedenen Namen man der Energie verschiedener Träger gegeben hat.
−	Bild:Magnetfeld Kabel rein ohneFeld.png|a) Ein stromdurchflossenes Kabel.	+	*Nenne für jede Energieform ein ''anderes'' Beispiel in folgender Art:
−	Bild:Spule weit 4Windungen nur Kabel.png|b) Eine stromdurchflossene Spule.	+	:"Der Wind, also Luft, die sich schnell bewegt, enthält Bewegungsenergie."
−	</gallery>	+	<br style="clear: both" />
−	=====Magnetische Feldstärke=====	+	{|class="wikitable" style="text-align: right; float:right; "
−	:a) Wie wurde die schwere, elektrische und magnetische Feldstärke bereits mit Hilfe einer Probeladung definiert?	+	!style="border-style: solid; border-width: 5px "|
−	:b) Warum ist diese Festlegung im elektrischen und schweren Fall praktikabel, aber im magnetischen Fall nicht?	+	Gegenstand
−	:c) Wie wird daher die magnetische Feldstärke definiert?	+
−	=====Feldstärken berechnen=====	+	!style="border-style: solid; border-width: 5px "|
−	:a) Eine Spule ist 60cm lang, hat einen Durchmesser von 15cm und 2000 Windungen. Es fließt ein Strom der Stärke 300mA durch das Kabel.	+	Energiemenge in Joule
−	:Berechnen Sie die magnetische Feldstärke innerhalb der Spule.	+
−	:b) Ist es egal, ob die Spule einen Durchmesser von 15cm oder von 30cm hat?	+
−	:c) Durch ein Kabel fließt ein Strom mit der Stärke von 20 Ampère.	+
−	:Berechnen Sie die magnetische Feldstärke in einem Abstand von 1cm, 2cm und 3cm vom Kabel.	+
−	=====Horizontalkomponente des Erdmagnetfeldes=====	+	|-
−	[[Datei:Erdmagnetfeld_Feldlinien.png|thumb|100px]]	+	|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
−	[[Datei:Inklinationsbussole_Komponentenpfeile.png|thumb|100px|Ein Inklinationskompass mit eingezeichneten Komponenten des Erdmagnetfeldes.]]	+	Sonnenlicht auf einen m<sup>2</sup> für eine Sekunde
−	Die Feldlinien des Erdmagnetfeldes verlaufen nur am Äquator parallel zur Erdoberfläche und in geographischer Süd-Nord-Richtung. In Deutschland bilden die Feldlinien mit dem Erdboden einen sogenannten [https://de.wikipedia.org/wiki/Inklination_(Magnetismus) Inklinationswinkel] von ungefähr 64°. Die horizontale Komponente ist also in Deutschland kleiner als die senkrecht in den Boden weisende, vertikale Komponente.	+
−	Mit Hilfe einer Spule und eines Kompasses kann man relativ einfach die horizontale Komponente des Erdmagnetfeldes messen. Dazu legt man die Spule in West-Ost-Richtung auf einen Tisch und stellt einen Kompass in die Spule, der sich dann nach Norden ausrichtet. Jetzt läßt man genau soviel Strom durch die Spule fließen, bis die Kompassnadel entweder nach Nord-Ost oder nach Nord-West zeigt. (Wovon hängt das ab?)	+	|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
		+	1.300 J
−	:a) Die Spule ist 30cm lang und hat 100 Windungen. Bei einer Stromstärke von 48mA zeigt die Nadel genau nach Nord-Ost. Berechnen Sie daraus die Horizontalkomponente.	+	|-
−	:b) Berechnen Sie mit Hilfe des Inklinationswinkels von 64° auch die vertikale Komponente und die gesamte Feldstärke des Erdmagnetfeldes.	+	|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
		+	ein Liter Benzin
−	==Kraftwirkung auf elektrische Stöme im Magnetfeld==	+	|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
−	===Lorentzkraft auf Probeströme im Feld===	+	30.000.000 J
−	=====Richtung der Lorentzkraft=====	+
−	Ein stromdurchflossenes Kabel befindet sich in einem homogenen Magnetfeld. Die (technische) Stromrichtung ist mit einem gelben Pfeil gekennzeichnet, die Feldlinienrichtung mit einem roten und die Richtung der Kraft mit einem blauen Pfeil.	+
−	*Ergänzen Sie in den Zeichnungen die fehlende Kraft-, Strom oder Feldlinienrichtung in der entsprechenden Farbe.	+
−	<gallery widths=180px heights=180px  perrow=4 >	+	|-
−	Bild:Aufgabe_Drei-Finger-Regel_a.png	+	|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
−	Bild:Aufgabe_Drei-Finger-Regel_b.png	+	Akku eines E-Autos<ref>Siehe Wikipedia: [https://de.wikipedia.org/wiki/Tesla_Model_3#Batterietechnik Tesla Model 3]</ref>
−	Bild:Aufgabe_Drei-Finger-Regel_c.png	+
−	Bild:Aufgabe_Drei-Finger-Regel_d.png	+
−	Bild:Aufgabe_Drei-Finger-Regel_e.png	+
−	Bild:Aufgabe_Drei-Finger-Regel_f.png	+
−	</gallery>	+
−	=====Kraft zwischen (anti-)parallelen Strömen II=====	+	|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
−	[[Datei:Magnetfeld_zwei_Kabel_rein.png|thumb|right|320px]]	+	180.000.000 J
−	Dargestellt ist der senkrechte Schnitt durch zwei parallele Kabel und die Stromrichtungen.	+
−	Die Kabel sind 3cm voneinander entfernt und einen halben Meter lang. (Die Dicke der Kabel wird vernachlässigt.) Durch das linke Kabel fließt ein Strom der Stärke von 20 Ampère, durch das rechte ein Strom der Stärke von 3 Ampère.	+	|-
−	<br/>Um die Kraftwirkung auf das rechte Kabel zu berechnen, betrachtet man den rechten Strom als Probestrom im Feld des linken Kabels.	+	|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
−	:a) Zeichen Sie einige Feldlinien des Magnetfeldes des ''linken'' Kabels ein.	+	aufgepumpter Fahrradreifen
−	:b) Bestimmen Sie mit der Drei-Finger-Regel die Richtung der Lorentzkraft auf den rechten Strom und zeichnen Sie die Kraftrichtung ein.	+
−	:c) Berechnen Sie die Feldstärke des linken Magnetfeldes an der Stelle, an der sich das rechte Kabel befindet.	+	|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
−	:d) Berechnen Sie nun die Lorentzkraft auf den rechten Leiter.	+	600 J
−	:e) Berechnen Sie nach der gleichen Methode die Lorentzkraft auf den linken Leiter. Überrascht Sie das Ergebnis?	+
−	<br style="clear: both" />	+	|-
		+	|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
−	=====Definition des Ampères=====
−	Die Einheit der elektrischen Stromstärke, das Ampère, ist eine der sieben Basiseinheiten des [https://de.wikipedia.org/wiki/Internationales_Einheitensystem internationalen Einheitensystems (SI)]. Alle weiteren Einheiten lassen sich auf diese sieben Basiseinheiten zurückführen. Mit Hilfe von sieben mehr oder weniger praktikablen Messvorschriften wird jeweils eine Einheit festgelegt. Die [https://www.ptb.de/cms/ptb/fachabteilungen/abt2/fb-26/ag-261/diestromstrkeeinheitampere.html Definition des Ampères] lautet (noch bis ca. 2018):
−	[[Datei:Definition_Ampere.png|thumb]]
−	:{|
−	Das Ampere ist die Stärke eines konstanten elektrischen Stromes, der, durch zwei parallele, geradlinige, unendlich lange und im Vakuum im Abstand von einem Meter voneinander angeordnete Leiter von vernachlässigbar kleinem, kreisförmigem Querschnitt fließend, zwischen diesen Leitern je einem Meter Leiterlänge die Kraft <math>2 \!\cdot\! 10^{–7}</math> Newton hervorrufen würde.
	|}		|}
−	Die Festlegung des Ampères gehört offensichtlich zu den nicht praktikablen Festlegungen. Aber wieso diese scheinbar willkürliche Kraft von <math>2 \!\cdot\! 10^{–7}</math> Newton pro Meter?
−	:Berechnen Sie dazu die Kraft, die auf ein ein Meter langes Teilstück dieser "unendlich" langen Leiter ausgeübt wird. (Vergleiche dazu die Aufgabe "Kraft zwischen (anti-)parallelen Strömen II"!)
−	=====Feldstärkemessung mit Probestrom=====	+
−	[[Datei:Elektro_Magnet_mit_Polen_Linien_Flächen.jpg|thumb||Ein schon älteres Modell eines Elektromagneten mit eingezeichneten Polen, Feldlinien und Flächen.]]	+	'''3)''' Aus der Tabelle kann man ablesen:
−	Um die magnetische Feldstärke eines Elektromagneten zu messen, hängt man ein 2cm langes Leiterstück senkrecht zu den Feldlinien in das Magnetfeld und misst die darauf wirkende Lorentzkraft. Bei einer Stromstärke von 20A bestimmt man die Kraftwirkung zu 35mN.	+	:"Mit der Energie von 38 Stunden Sonnenlicht auf einen Quadratmeter kann man den Akku eines E-Autos aufladen."
−	:Berechnen Sie die Feldstärke des Magnetfeldes.	+	*Bilde drei weitere Sätze in dieser Art.
	<br style="clear: both" />		<br style="clear: both" />
−	=====Kabel im Erdmagnetfeld=====	+	==Energiewandler / Energieumlader==
−	Das Erdmagnetfeld hat in Deutschland eine Stärke von ca. 40A/m. (Das entspricht ca. 50 mikroTesla.)	+
−	:a) Welche Kraft erfährt ein Stromkabel, dass von 20A durchflossen wird und 1m lang ist maximal?	+	[[Datei:Aufgaben_Energieumlader.png|399px|right]]
−	:b) Wie muss man das Kabel ausrichten, um die wirkende Kraft möglichst groß oder möglichst klein zu haben?	+	'''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.
		+	<br style="clear: both" />
		+
		+	[[Datei:Aufgabe_Energie_für_Mensch_und_Tier.png|435px|right]]
		+	'''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?
		+	*Trage die Begriffe in die Diagramme unter die Pfeile ein!
		+
		+	Brot/Fleisch   Grashalme
		+	Muskelmasse&Fett&Milch
		+	Muskelmasse&Fett&Milch
		+	Kot&Urin          Kot&Urin
		+	Wärme           Wärme
		+	Grashalme   Weizenkörner
		+	Bewegung          Bewegung
		+	Licht           Licht
−	===Lorentzkraft auf bewegte Ladungen im Magnetfeld===	+	*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?
−	=====Flugbahnen=====	+	<br style="clear: both" />
−	Die geladenen Teilchen bewegen sich auf ein begrenztes und homogenes Magnetfeld zu.	+
−	:a) in welche Richtung wirkt beim Eintauchen in das Magnetfeld die Lorentzkraft?	+
−	:b) Beschreiben Sie die Bahnkurve der Teilchen nach dem Eintauchen und skizzieren Sie eine mögliche in der Zeichnung.	+
−	=====Sonnenwind trifft auf das Erdmagnetfeld=====	+	'''6) Viele verschiedene Energieumlader'''
−	[[Datei:Erdmagnetfeld_mit_Sonnenwind.jpg|thumb|Eine künstlerische Darstellung des Erdmagnetfeldes und des Sonnenwindes.]]	+
−	Der sogenannte "Sonnenwind" besteht aus schnellen, elektrisch positiv oder negativ geladenen Teilchen, die von der Sonne ausgesendet werden. In der Zeichnung sind vier Teilchen und deren Bewegungsrichtung eingezeichnet.	+
−	:Kennzeichnen Sie die Kraftrichtung auf die Teilchen mit einem Pfeil.	+
−	:Erklären Sie wie sich die Bahn der Teilchen durch das Erdmagnetfeld ändert.	+
−	=====Hall-Sonde=====	+	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.
−	*Erklären Sie die prinzipielle Funktionsweise einer Hall-Sonde.	+
−	==[[Aufgaben zum Elektro-Magnetismus (Lösungen)|Lösungen]]==	+	*Ergänze die farbig markierten Lücken mit geeigneten Energieumladern.

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Aktuelle Version vom 17. November 2025, 23:13 Uhr

Aufgaben zur Energie

Energieträger und Energieformen

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

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."

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

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.

Energiewandler / Energieumlader

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.

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?

• Trage die Begriffe in die Diagramme unter die Pfeile ein!

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

• 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.

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