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−	==Aufgaben zur Akustik==	+	==Aufgaben zu Energieverlust und Wirkungsgrad==
−	====Schallquellen====	+	'''1)''' "Ein Automotor hat einen Wirkungsgrad von ca. <math>1/3 \approx 33 \%</math>."
−	1) Nenne einige Möglichkeiten Schall zu erzeugen. Was haben alle diese Möglichkeiten gemeinsam?	+	:Was ist damit gemeint?
−	2) Wie kann man die Schwingung einer Stimmgabel sichtbar machen?	+	{|
−		+	|style="vertical-align:top;"|
−	3) Erkläre mit Text und Bild wie eine Schallplatte funktioniert.	+	'''2)''' In diesem Energieflussdiagramm ist der Weg der Energie bei einem Kohlekraftwerk dargestellt.
−		+	:'''a)''' Wie geht die meiste Energie der Kohle "verloren"?
−	4) Was macht man bei einer Pendeluhr, wenn sie ständig vor geht?	+	:'''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.
−	5) Ein Ton hat eine Frequenz von 100 Hz, ein anderer von 500 Hz. Wie unterscheiden sich die beiden Töne, wenn du sie hörst?	+	: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:
−	6) Erkläre den Begriff "Amplitude" an einem Beispiel.	+	[[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.
−	7) Ein Pendel schwingt mit einer Amplitude von 10cm und einer Periodendauer von 0,5 Sekunden. Erkläre mit Hilfe einer Zeichnung und einem Text was das bedeutet.	+	'''a)''' Berechne den Gesamt-Wirkungsgrad von:
		+	#einer Glühlampe, die von einem Kohlekraftwerk betrieben wird.
		+	#der Energieumladerkette der Dampfmaschine: Dampfmotor > Generator > Glühlampe.
−	8) Mit einer verrußten Glasplatte wird die Schwingung einer Stimmgabel aufgezeichnet.	+	'''b)''' Vergleiche den Wirkungsgrad von:
−	::Mit welcher Amplitude und mit welcher Frequenz schwingt die Stimmgabel?	+	#einem Benzinauto mit einem Elektroauto, das den Akku mit einem Kohlekraftwerk lädt.
−	:::[[Datei:Aufgabe Wellenlinien Amplitude Frequenz Ton.png|thumb|407px|none|Die Wellenlinie der Stimmgabel.]]	+	#einer Gasheizung mit einer Elektroheizung, die von einem Kohlekraftwerk angetrieben wird.
−	::Danach ändert man den Versuch zweimal ab und erzeugt zwei andere Wellenlininen.	+
−	::Wie verändert sich der hörbare Ton gegenüber dem ersten Versuch?	+
−	::Wie hat man wohl die anderen Wellenlinien erzeugt?	+
−	:::[[Datei:Aufgabe Wellenlinien Amplitude Frequenz Ton1.png|thumb|407px|none|Die erste Veränderung.]]	+
−	:::[[Datei:Aufgabe Wellenlinien Amplitude Frequenz Ton2.png|thumb|407px|none|Die zweite Veränderung.]]	+
−	9) Ein Lautsprecher erzeugt zunächst einen leisen, hohen Ton. Dann werden die Einstellungen am angeschlossenen Sinusgenerator verändert und der Ton ist lauter. Was wurde verändert?	+	==Energie im Haushalt==
		+	'''1) Energie sparen im Haushalt'''
−	10) a) Zeichne mit roter Farbe in ein Koordinatensystem die Wellenlinie einer Schwingung mit einer Amplitude von 3cm und einer Periodendauer von 0,2 Sekunden.	+	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.
−	:b) Zeichne dann mit blauer Farbe die Wellenline der Schwingung mit doppelter Frequenz aber halber Amplitude ein.	+
		+	*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])
−	11) Auf den Bildern siehst du die Aufzeichnungen verschiedener Klänge und Geräusche. Schreibe darunter wie der Klang / das Geräusch erzeugt worden ist.	+
−	<gallery widths=200px heights150px  perrow=3 >	+
−	Bild:Stimmgabel Oszilloskop.jpg|	+
−	Bild:Knall.jpg|	+
−	Bild:Stimmgabel Überlagerung.jpg|	+
−	Bild:U.jpg	+
−	Bild:A.jpg	+
−	Bild:E.jpg	+
−	Bild:I.jpg	+
−	Bild:O.jpg	+
−	</gallery>	+
−	====Schallausbreitung====	+	'''2) Energiemengen und Kosten berechnen'''
−	'''1)''' Warum kann man im Weltall nichts hören? Beschreibe den Versuch, den wir dazu im Unterricht gemacht haben.	+
−	'''2)''' Dein Nachbar spielt drei Stockwerke über dir Klavier. Du hörst es laut und deutlich, auch wenn die Fenster geschlossen sind. Woran liegt das? Auch dazu haben wir ein Experiment gemacht. Beschreibe es.	+	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.
−	'''3)''' Mache mehrere Zeichnungen von einer Spiralfeder, die zeigen, wie sich der Schall ausbreitet.	+	*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?
−	'''4)''' Der Schall hat eine Geschwindigkeit von ca. 340 m/s. Ist es dabei egal, ob der Schall laut/leise hoch oder tief ist? Woher weißt du das?
−	'''5)''' Zehn Sekunden nachdem du den Blitz siehst, kannst du den Donner hören. Wie weit ist das Gewitter entfernt? Rechne einmal mit der einfachen Gewitterregel und einmal mit der Schallgeschwindigkeit von 340 m/s.	+	'''3) Verschiedene Lichtquellen'''
−	'''6)''' Ein Gewitter ist zwei Kilometer entfernt. Welche Zeit vergeht zwischen dem Blitz und dem Donner?	+	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.
−	'''7)''' Zur Messung der Schallgeschwindigkeit erzeugt eine Schülerin mit einer Startklappe einen lauten Knall.	+	*Vergleiche die verschiedenen Lampentypen bezüglich Energiebedarf, Wärmeentwicklung und Lebensdauer.
−	:In einer Entfernung von 200m stehen 16 Schülerinnen und Schüler, die vorher alle ihre Stoppuhren gleichzeitig gestartet haben. die Hälfte steht mit dem Gesicht zur Klappe und stoppt die Uhr, wenn sie sehen, wie sich die Klappe schließt. Die andere Hälfte kann die Klappe nicht sehen und stoppt die Uhr, wenn sie den Knall hören.	+
−	Zeiten Klappe schließen sehen (in sec): 10,52 10,39 10,50 10,58 10,43 10,59 10,48 10,54	+
−	Zeiten Knall hören (in sec):            11,15 11,08 11,09 11,20 11,05 11,12 11,08 11,11	+
−	:Bestimme daraus den gemessenen Wert für die Schallgeschwindigkeit.	+
−	'''8)''' Bei einer Messung der Schallgeschwindigkeit mit einem Echo starten sechs Schüler:innen ihre Uhren gleichzeitig. Dann wird mit einer Klappe ein Knall erzeugt. Drei stoppen ihre Uhren, wenn sie sehen, wie der Knall erzeugt wird (sie hören ihn auch sofort). Drei stoppen ihre Uhren, wenn sie das Echo hören. Man folgende Messwerte:	+	Ein Glühwürmchen kann auch Licht produzieren und zwar mit einem Wirkungsgrad von über 90%
−	Strecke vom Ausgangspunkt bis zur Wand: 55m	+	*Was ist damit gemeint?
−	Zeiten Knall hören (in sec): 5,34 5,48 5,25	+
−	Zeiten Echo hören (in sec):  5,62 5,78 5,64	+
−	::Bestimme daraus den gemessenen Wert für die Schallgeschwindigkeit.	+
−	====Ohr und Lärm====	+	==Fußnoten==
−	#Zeichne ein menschliches Ohr im Querschnitt und benenne die einzelnen Teile.	+	<references />
−	#Erkläre wie das Hören des Ohres funktioniert.	+
−	#Schall der laut ist, muss nicht als Lärm empfunden werden und umgekehrt kann ganz leiser Schall sehr störend sein. Finde passende  Beispielsituationen.	+
−	#Antonia benutzt eine spezielle Pfeife, um ihren Hund zu rufen. Wenn sie hineinpustet hört sie nur ein leises Pfeifen, dann kommt er gleich angerannt, auch wenn er weit weg war. Antonias Opa dagegen hat von der Pfeife überhaupt nichts gehört. Erkläre!	+
−	#Ein Schallpegelmessgerät misst die Lautstärke in einem Klassenzimmer zu 60db. Erkläre die Bedeutung des Messwertes, indem du erklärst was 0db sind und wieviel mal lauter 60db sind.	+
−	#Ab welcher Lautstärke können Hörschäden auftreten?	+
−	#Warum ist es so leise, wenn Schnee gefallen ist?	+
−	#Mache je eine Zeichnung wie sich der Schall von einem sprechendem Menschen in einem Klassenzimmer ausbreitet:	+
−	##Ein Zimmer ohne Schalldämmung.	+
−	##Ein Zimmer mit Schalldämmung an der Decke.	+
−	##Ein Zimmer mit Schalldämmung an Decke und einer Wand.	+
−	#Erkläre, warum man sich in einem Zimmer ohne Schalldämmung so schlecht unterhalten kann.	+

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

Leere Seite

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