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==Leere Seite==
 
 
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{|
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|height="830x"|
+
|height="800px"|
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+
 
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==Aufgaben zu Kräften==
+
==Elektrischer Energietransport: Beladungsmaß und Leistung==
−
==Energie und Energieträger==
+
====Versuch: Eine helle Lampe====
−
'''1)''' Eine Batterie ist ein Energieträger. Denn in der Batterie steckt Energie, mit der man einen Motor antreiben kann.
+
;Aufbau
−
*Nenne drei weitere Gegenstände, die auch Energieträger sind und sage, was man mit dieser Energie machen kann.
+
[[Datei:Stromkreis_Versuch_zwei_Lampen_Potential_als_Energiebeladungsmaß.jpg|thumb|Die 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!
  
−
'''2)''' Die Tabelle zeigt, welche verschiedenen Namen man der Energie verschiedener Träger gegeben hat.
+
;Folgerung
−
*Nenne für jede Energieform ein ''anderes'' Beispiel:
+
Offensichtlich ist "der Strom aus der Steckdose" anders als "der Strom aus dem Netzgerät". Der "Steckdosenstrom" transportiert mehr Energie!
−
:"Der Wind, also Luft, die sich schnell bewegt, enthält Bewegungsenergie."
+
  
−
{|class="wikitable"
+
====Versuch: Kichererbsentransport====
−
!
+
;Aufbau
−
Energieträger
+
[[Datei:Energiestromstärke Leistung Versuch Erbsenstromstärke.png|400px|left]]
−
!colspan="2"|
+
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!
−
Name der Energieform
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|-
+
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|
+
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Holz
+
−
|colspan="2"|chemische Energie
+
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|-
+
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|
+
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heißes Wasser
+
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|colspan="2"|Wärmeenergie
+
−
|-
+
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|
+
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geriebener Luftballon
+
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|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
+
−
|}
+
  
−
'''3)''' Aus der Tabelle kann man ablesen:
+
Wir arbeiten zusammen und schauen, wie schnell wir die Erbsen transportieren können.
−
:"Mit der Energie von einer Stunde Sonnenlicht auf einen Quadratmeter kann man eine Autobatterie aufladen."
+
<br style="clear: both" />
−
*Bilde drei weitere Sätze in dieser Art.
+
−
 
+
−
{|class="wikitable" style="text-align: right;  "
+
−
!style="border-style: solid; border-width: 5px "|
+
−
Gegenstand
+
−
 
+
−
!style="border-style: solid; border-width: 5px "|
+
−
Energiemenge in Joule
+
  
 +
;Messwerte und Auswertung
 +
In diese leere Tabelle schreiben wir unsere Ergebnisse:
 +
{|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: 5px "|  
+
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
−
Sonnenlicht auf einen m<sup>2</sup> für eine Sekunde
+
<math>2\,\rm \frac{E}{P}</math>
−
 
+
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
−
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|  
+
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
−
1.300 J
+
|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 "|  
+
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
−
ein Liter Benzin
+
.
−
 
+
|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 "|
−
 
+
|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 "|  
−
Autobatterie
+
.
−
 
+
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
−
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
+
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
−
4.000.000 J
+
|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 "|  
+
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
−
aufgepumpter Fahrradreifen
+
.
−
 
+
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
−
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
+
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
−
600 J
+
|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 "|  
+
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
−
Schulranzen auf einem ein Meter hohen Tisch
+
.
−
 
+
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
−
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
+
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
−
100 J
+
|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 "|
+
−
Ein Liter kochendes Wasser<ref>ImVergleich 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
+
−
 
+
 
|}
 
|}
  
−
==Energiewandler / Energieumlader==
+
Ob wir uns bei den Erbsen verzählt haben, kann man leicht überprüfen. Die Personenanzahl multipliziert mit der Erbsenbeladung muss die Erbsenanzahl ergeben!
−
'''1) 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. 
+
Die Stromstärken berechnen sich als Personen pro Zeit und als Erbsen pro Zeit.
  
−
*Trage in die Energieumladerdiagramme die passenden Energieträger oder den Namen des Umladers ein!
+
Man bemerkt, dass man die Erbsenstromstärke auch mit Hilfe der Personenstromstärke ausrechnen kann. Dazu muss man nur die Personenstromstärke mit der Beladung multiplizieren!
−
[[Datei:Aufgaben_Energieumlader.png|399px]]
+
  
−
'''2) 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 Licht       Licht Wärme   Wärme Bewegung
 
−
Muskelmasse&Fett&Milch  Muskelmasse&Fett&Milch    Grashalme Weizenkörner
 
−
Kot&Urin                      Kot&Urin      Bewegung
 
  
−
[[Datei:Aufgabe_Energie_für_Mensch_und_Tier.png|435px]]
 
  
−
*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?
 
  
  
−
'''3) 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.
 
  
−
'''4) Energieumladerketten'''
 
  
−
Die Energieumladerketten sind durcheinandergeraten! Schneide die Einzelteile aus und bringe sie in die richtige Reihenfolge.
 
  
−
'''a)''' Ein "Flummi" wird vom Boden aufgehoben und losgelassen. Er fällt, hüpft wieder hoch, er fällt und hüpft wieder hoch, usw.
 
  
−
[[Datei:Aufgabe elastischer Ball Energieumladerkette durcheinander.png|705px]]
+
==Vergleich des Erbsentransports mit dem elektrischen Energietransport==
 +
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:
  
−
'''b)''' Eine Kugel aus Knete wird hochgehoben und fallengelassen. Sie fällt auf den Boden und bleibt dort liegen. Danach hat die Kugel auf der Unterseite eine Delle.
+
*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>
 +
*Die Erbsenbeladung entspricht dem elektrischen Potential: <math> \text{1 Erbse pro Person } \widehat{=} \text{ 1 Joule pro Coulomb} = \text{1 Volt}</math>
  
−
[[Datei:Aufgabe Knetball Energieumladerkette durcheinander.png|509px]]
+
Jetzt können wir die entsprechende Tabelle aufstellen:
  
−
[[Datei:Pfeil_und_Bogen_Bogenschützen.jpg|thumb|100px]]
+
{|class="wikitable" style="text-align: center"
−
[[Datei:Zielscheibe.jpg|thumb|100px]]
+
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
−
'''c)''' Man spannt den Bogen und läßt die Sehne los. Der Pfeil fliegt davon und bleibt in der Zielscheibe stecken.
+
Energie-<br>beladung
−
 
+
!width="16%" style="border-style: solid; border-width: 4px "|  
−
[[Datei:Aufgabe Pfeil und Bogen Energieumladerkette durcheinander.png|500px]]
+
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 "|
 +
<math>12\,\rm V = 12\,\rm \frac{J}{C}</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: 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 "|
 +
<math>230\,\rm V = 230\,\rm \frac{J}{C}</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: 4px "|
 +
<math>0{,}25\,\rm A=0{,}25\,\rm \frac{C}{s}</math>
 +
|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
 +
|}
  
−
'''d)''' Der "Grashüpfer" wird auf den Tisch gedrückt, der Saugnapf hält ihn fest. Kurze Zeit später springt er hoch, fällt wieder runter und bleibt auf dem Tisch liegen.
+
Weil wir die Zeitdauer nicht kennen, die Lampen können ja eine Sekunde oder eine Stunde lang angeschaltet sein, können wir uns eine wählen.  
  
−
[[Datei:Aufgabe Grashüpfer Energieumladerkette durcheinander.png|727px]]
+
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 zwei Sekunden fließen daher 0,5 Coulomb usw.
  
−
==[[Aufgaben_zur_Energie_(Lösungen)|Lösungen]]==
+
Die transportierte Energiemenge ergibt sich aus der geflossenen Ladung mal dem Beladungsmaß.
  
−
==Fußnoten==
+
Die Energiestromstärke kann man jetzt entweder als Energie pro Zeit berechnen oder als Ladungsstromstärke mal Beladungsmaß.
−
<references />
+

Aktuelle Version vom 30. April 2025, 12:19 Uhr

Elektrischer Energietransport: Beladungsmaß und Leistung

Versuch: Eine helle Lampe

Aufbau
Die 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

Offensichtlich ist "der Strom aus der Steckdose" anders als "der Strom aus dem Netzgerät". Der "Steckdosenstrom" transportiert mehr Energie!

Versuch: Kichererbsentransport

Aufbau
Energiestromstärke Leistung Versuch Erbsenstromstärke.png

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.

Messwerte und Auswertung

In diese leere Tabelle schreiben wir unsere Ergebnisse:

Erbsen-
beladung

Zeit-
spanne

Personen-
anzahl

Erbsen-
anzahl

Personen-
stromstärke

Erbsen-
stromstärke

2EP

.

.

.

.

Ob wir uns bei den Erbsen verzählt haben, kann man leicht überprüfen. Die Personenanzahl multipliziert mit der Erbsenbeladung muss die Erbsenanzahl ergeben!

Die Stromstärken berechnen sich als Personen pro Zeit und als Erbsen pro Zeit.

Man bemerkt, dass man die Erbsenstromstärke auch mit Hilfe der Personenstromstärke ausrechnen kann. Dazu muss man nur die Personenstromstärke mit der Beladung multiplizieren!







Vergleich des Erbsentransports mit dem elektrischen Energietransport

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:

  • Die im Kreis laufenden Personen entsprechen der im Kreis fließenden Ladung: 1 Person ˆ= 1 Coulomb
  • Die transportierten Erbsen entsprechen der transportierten Energie: 1 Erbse ˆ= 1 Joule
  • Die Erbsenbeladung entspricht dem elektrischen Potential: 1 Erbse pro Person ˆ= 1 Joule pro Coulomb=1 Volt

Jetzt können wir die entsprechende Tabelle aufstellen:

Energie-
beladung

Zeit-
spanne

Ladungs-
menge

Energie-
menge

(Ladungs-)
Stromstärke

Energie-
stromstärke
(Leistung)

12V=12JC

0,25A=0,25Cs

230V=230JC

0,25A=0,25Cs

Weil wir die Zeitdauer nicht kennen, die Lampen können ja eine Sekunde oder eine Stunde lang angeschaltet sein, können wir uns eine wählen.

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 zwei Sekunden fließen daher 0,5 Coulomb usw.

Die transportierte Energiemenge ergibt sich aus der geflossenen Ladung mal dem Beladungsmaß.

Die Energiestromstärke kann man jetzt entweder als Energie pro Zeit berechnen oder als Ladungsstromstärke mal Beladungsmaß.

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