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==Leere Seite==
 
 
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|}__NOTOC__
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==Aufgaben zur Energie==
 +
====Energieträger und Energieformen====
  
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|}
+
{|class="wikitable" style="float:right;"
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__NOTOC__
+
!  
−
==Aufgaben zum elektrischen Energietransport==
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Energieträger
−
====1) Energiehunger====
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! colspan="2" "|
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Alle Lebewesen und alle Maschinen brauchen Energie.
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Name der Energieform
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Ein Mensch braucht ohne jede körperliche Anstrengung etwa 7 MegaJoule Energie am Tag. Das nennt man auch den "Grundumsatz". Bei leichter Anstrengung etwa 10-13 MegaJoule pro Tag. Die genaue Energiemenge hängt vom Körpergewicht, vom Geschlecht und weiteren Faktoren ab.
+
−
 
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Körperlich schwer arbeitende Menschen brauchen bis zu 20 MegaJoule pro Tag und Leistungssportler an einzelnen Tagen bis zu 50 MegaJoule Energie pro Tag!
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*Vergleiche den Energiebedarf des Menschen mit diesen Maschinen:
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#Laptop: 30 Watt
+
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#Desktop: 120 Watt
+
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#Auto: 83 KiloWatt<ref>Das entspricht einem Verbrauch von 8 Litern Benzin pro 100 km bei einer Geschwindigkeit von 130 km/h. Damit ist nicht die Leistung gemeint, die zum Antrieb des Autos genutzt wird, sondern die zum Betrieb des Motors benötigt wird. Von der Energie des Benzins werden nur ca. 25% zum Antrieb genutzt, der Rest geht vor allem mit der Abwärme verloren.</ref>
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−
 
+
−
====2) Die Stromrechnung====
+
−
[[Datei:Stromrechnung_Ausschnitt.jpg|thumb|Ausschnitt einer Stromrechnung.]]
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−
Das Elektrizitätswerk liefert Energie mit dem elektrischen Strom nach Hause. Dafür läßt sich der Betreiber natürlich bezahlen.
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Eine Lampe hat eine Leistung von 11 Watt.
+
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:'''a)''' Wieviel Energie benötigt sie in der Sekunde, in der Minute und in einer Stunde?
+
−
 
+
−
In der Stromrechnung wird die Energiemenge nicht in Joule, sondern in "KiloWattStunden" (kWh) angegeben. Mit einer KiloWattStunde Energie kann man ein elektrisches Gerät mit einer Leistung von 1000 Watt eine Stunde lang betreiben.
+
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:'''b)''' Wieviel Joule entspricht einer KiloWattStunde?
+
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Die für ein Gerät benötigte Energie in KiloWattStunden kann man ganz einfach ausrechnen. Wenn man zum Beispiel ein Staubsauger mit einer Leistung von 1200 Watt 30 Minuten lang betreiben will, rechnet man:
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:<math>\text{Energie} = \text{Leistung (in kW)} \cdot \text{Zeit (in h)}</math>
+
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:<math>\text{Energie} = 1{,}2\,\rm kW \cdot 0{,}5\,\rm h = 0{,}6\,\rm kWh</math>
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In dieser Tabelle hat Angela aufgeschrieben, welche Geräte sie am Tag wie lange benutzt. Ihr Elektrizitätswerk berechnet ihr 27 Cent pro KiloWattStunde. Berechne für sie ihren jährlichen Energiebedarf und die Kosten.
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!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
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Gerät
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Leistung
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Zeitdauer
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Energiemenge (in kWh)
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Kosten (in €)
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|-
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Computer
+
Holz
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+
|colspan="2"|chemische Energie
−
80 W
+
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
−
3 h
+
−
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+
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
+
 
|-
 
|-
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
+
|
−
Radio
+
heißes Wasser
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
|colspan="2"|Wärmeenergie
−
10 W
+
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
−
2 h
+
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
+
 
|-
 
|-
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
+
|
−
Fön
+
geriebener Luftballon
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
|colspan="2"|elektrische Energie
−
1500 W
+
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
−
15 min
+
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
+
 
|-
 
|-
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
+
|
−
Elektroherd
+
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>
−
2500 W
+
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
−
1 h
+
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
+
 
|-
 
|-
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
+
|
−
Waschmaschine
+
laufender Mensch
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
|Bewegungsenergie
−
1000 W
+
|rowspan="3"|mechanische Energie
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
−
1 h
+
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
+
 
|-
 
|-
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
+
|
−
Einige Lampen
+
[[Media:Luftballon Druecken.jpg|zusammengedrückter Luftballon]]
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
+
|Spannenergie
−
40 W
+
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
−
3 h
+
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
+
 
|-
 
|-
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
+
|
−
Fernseher
+
hochgelegenes Wasser in einem Stausee
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
|Lageenergie
−
80 W
+
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
−
2 h
+
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
 
|}
 
|}
  
−
====3) Lampen im Auto und zu Hause====
 
−
Neuere LED-Lampen haben zu Hause und in Automobilen Einzug gehalten. Ein 12-Watt-LED-Autoscheinwerfer ist genauso hell wie eine 12-Watt-LED-Lampe zu Hause. Die Elektrik im Auto wird mit einer Spannung von 12 Volt angetrieben, zu Hause beträgt die Netzspannung 230 Volt.
 
−
:Vergleiche die Stromstärken der beiden Lampen.
 
  
−
====4) Sicherungen====
+
'''1)''' Eine Batterie ist ein Energieträger. Denn in der Batterie steckt Energie, mit der man einen Motor antreiben kann.
−
[[Datei:Sicherungskasten.jpg|thumb|120px|Sicherungskasten einer Wohnung]]
+
*Nenne drei weitere Gegenstände, die auch Energieträger sind und sage, was man mit dieser Energie machen kann.
−
In Wohnungen ist jeder Raum über eine Sicherung an das Stromnetz angeschlossen. Die maximale Stromstärke beträgt häufig 16 Ampère.
+
−
:'''a)''' Welche dieser Geräte kann man ''gleichzeitig'' in der Küche betreiben?
+
−
:# Wasserkocher 2000W
+
−
:# Staubsauger 2400W
+
−
:# Radio 20W
+
−
:# Lampe 10W
+
−
:# Mixer 1600W
+
−
[[Datei:Sicherungskasten_Kfz.jpg|thumb|120px||Sicherungskasten eines Autos. Die Sicherungen sind mit der maximalen Stromstärke in Ampère beschriftet.]]
+
−
Auch in Autos sind Sicherungen verbaut, um die Kabel vor Überhitzung zu schützen. Anders als in der Wohnung sind dies einfache Schmelzsicherungen, die bei zu großer Stromstärke einfach durchschmelzen und dann ersetzt werden müssen.
+
  
−
Beim Starten wird der Verbrennungsmotor von einem Elektromotor, dem "Anlasser", gedreht. Der Anlasser hat eine Leistung zwischen einem und zwei KiloWatt und bekommt seine Energie aus der Auto-Batterie, die eine Spannung von 12 Volt hat.  
+
'''2)''' Die Tabelle zeigt, welche verschiedenen Namen man der Energie verschiedener Träger gegeben hat.  
−
:'''b)''' Der Anlasser ist ohne Sicherung direkt an die Batterie angeschlossen. Warum wohl?
+
*Nenne für jede Energieform ein ''anderes'' Beispiel in folgender Art:
 +
:"Der Wind, also Luft, die sich schnell bewegt, enthält Bewegungsenergie."
 +
<br style="clear: both" />
  
−
====5) Batterien und Akkus als Energiespeicher====
+
{|class="wikitable" style="text-align: right; float:right; "
−
[[Datei:Auto-Starterbatterie.jpg|thumb|Ein Bleiakkumulator für's Auto ("Auto-Batterie")]]
+
!style="border-style: solid; border-width: 5px "|  
−
[[Datei:Auto-Starterbatterie eingebaut.jpg|thumb|120px|So wird sie eingebaut.]]
+
Gegenstand
−
Aus Versehen läßt Peter das Licht über Nacht an seinem geparkten Auto an.
+
  
−
:'''a)''' Warum kann das zu einem Problem werden?
+
!style="border-style: solid; border-width: 5px "|
−
An Peters Auto sind zwei Frontscheinwerfer mit je 12 Watt und zwei Rücklichter mit je 3 Watt.
+
Energiemenge in Joule
−
:'''b)''' Wieviel Strom fließt durch die Lampen und wieviel durch die Batterie?
+
−
Die Frage ist nun, ob am nächsten Morgen die Batterie "leer" ist, also keine Energie mehr enthält.
+
  
−
Auf Batterien ist angegeben "wie groß" sie sind. Bei Peters Autobatterie findet sich zum Beispiel die Aufschrift 12V/44Ah. Das bedeutet, dass die Batterie 44 Stunden lang einen Strom der Stärke 1 Ampère antreiben kann. Oder 22 Stunden lang einen Strom der Stärke 2 Ampère.
+
|-
 +
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
Sonnenlicht auf einen m<sup>2</sup> für eine Sekunde
  
−
:'''c)''' Wie lange kann man mit dieser Batterie eine 12-Watt-Lampe betreiben?
+
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
−
:'''d)''' Wieviel Coulomb Ladung hat die Batterie dabei verschoben?
+
1.300 J
−
:'''e)''' Wieviel Joule Energie hat die Batterie dabei der Lampe geliefert?
+
−
:'''f)''' Wie lange kann die Batterie also die beiden Scheinwerfer und die Rückleuchten gleichzeitig betreiben?
+
  
−
Auf Batterien und Akkus findet man die Angabe der sogennannten "Kapazität". Diese gibt an, wieviel Ladung die Batterie verschieben kann:
+
|-
−
#Smartphone: 3,7V / 1300mAh
+
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
−
#Laptop: 10,95V / 7100mAh
+
ein Liter Benzin
−
#Bohrschrauber: 12V / 1200mAh
+
 
−
#AA-Mignon: 1,2V / 2000mAh
+
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
−
#älteres Motorrad: 6V / 4Ah
+
30.000.000 J
−
:'''g)''' Berechne, wieviel Ladung die Batterien anschieben können und wieviel Energie dabei transportiert wird.
+
−
Ein Liter Benzin enthält ca. 30 MegaJoule Energie und in den Tank eines Autos passen ca. 50 Liter.
+
−
:'''h)''' Wieviele Laptop-Akkus können den vollen Benzintank ersetzen?
+
  
−
====6) Teure und billige Energie====
 
−
Energie kann man mit ganz verschiedenen Energieträgern kaufen. Die Heizung zum Beispiel kann man mit Heizöl, Gas, Holz-Pellets, elektrisch oder mit Fernwärme betreiben. Das Auto bekommt die Energie mit Benzin und eine Taschenlampe mit einer Batterie. Mit welchem Energieträger ist die Energie denn am billigsten?
 
−
{|class="wikitable" style="text-align: center"
 
−
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
−
Energieträger
 
−
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
−
Trägermenge
 
−
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
−
Kosten pro Träger
 
−
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
−
Energiebeladung<br>(Heizwert)
 
−
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
−
Kosten pro Energie<br>(in Cent/MJ)
 
−
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 
−
Kosten pro Energie<br>(in Cent/kWh)
 
 
|-
 
|-
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
+
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|  
−
Benzin
+
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 "|
+
 
−
1 Liter
+
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
+
180.000.000 J
−
1,30 €
+
 
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
−
30 MJ/l
+
−
|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: 5px "|  
−
Heizöl
+
aufgepumpter Fahrradreifen
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
 
−
1 Liter
+
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
+
600 J
−
0,50 €
+
 
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
−
35 MJ/l
+
−
|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: 5px "|  
−
Erdgas<br>(Haushalt)
+
Schulranzen auf einem ein Meter hohen Tisch
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
 
−
1 <math>m^3</math>
+
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
+
100 J
−
0,66 €
+
 
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
−
40 <math>\rm MJ/m^3</math>
+
−
|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: 5px "|  
−
Holz-Pellets
+
Ein Liter kochendes Wasser<ref>Im Vergleich zu Zimmertemperatur bei 20°C.</ref>
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
 
−
1000 kg
+
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
+
300.000 J
−
230 €
+
 
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
−
14 MJ/kg
+
−
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+
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "| 
+
 
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|-
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
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−
"Strom"
+
Fahrradfahrerin mit 30 km/h
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
+
 
−
100.000 Coulomb
+
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
+
3.000 J
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1,73 €
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230 J/C
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Batterie
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eine Tafel Schokolade
−
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
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AA-Mignon 2300mAh
+
2.000.000 J
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0,50 €
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+
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1,5 V
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==Fußnoten==
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<references />
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'''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.
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<br style="clear: both" />
 +
 
 +
==Energiewandler / Energieumlader==
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 +
[[Datei:Aufgaben_Energieumlader.png|399px|right]]
 +
'''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.
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<br style="clear: both" />  
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[[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
 +
 
 +
*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" />
 +
 
 +
'''6) Viele verschiedene Energieumlader'''
 +
 
 +
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.
 +
 
 +
*Ergänze die farbig markierten Lücken mit geeigneten Energieumladern.

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

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?

  • 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.


Referenzfehler: Es sind <ref>-Tags vorhanden, jedoch wurde kein <references />-Tag gefunden.

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