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|}__NOTOC__
<gallery widths=180px heights=130px  perrow=4>
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==Aufgaben zur Energie==
Bild:Löschschlauch_Jugendfeuerwehr.jpg|Durch den Schlauch fließen 100 Liter pro Minute!
+
====Energieträger und Energieformen====
Bild:Autobahn Verkehrsfluss.jpg|Hier fahren ca. 2000 Autos pro Stunde vorbei.
+
Bild:Simulation Verkehrsfluss Ring Martin Treiber.jpg|Warum staut sich hier der Verkehr?<br> [https://traffic-simulation.de/ring.html Simulation des Verkehrsflusses]
+
Bild:Soaring teapot fountain temple city.jpg|Und ewig fließt das Wasser... <br /> ([https://www.youtube.com/watch?v=L4ctY6O0N1o Video der Teekanne].)
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</gallery>
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==Versuche==
+
'''1)''' Eine Batterie ist ein Energieträger. Denn in der Batterie steckt Energie, mit der man einen Motor antreiben kann.
===Versuch: Wasserstromstärke eines Wasserhahns===
+
*Nenne drei weitere Gegenstände, die auch Energieträger sind und sage, was man mit dieser Energie machen kann.
;Aufbau:
+
  
Der Wasserhahn wird voll aufgedreht und ein Messzylinder mit zwei Litern Wasser gefüllt. Mit mehreren Stoppuhren wird gemessen wie lange das dauert.
+
'''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."
  
;Messung:
+
{|class="wikitable" "
Wassermenge: 2l
+
!
Zeitdauer: 9,87s 10,32s 9,94s 10,12s 10,23s
+
Energieträger
 
+
! colspan="2" "|
;Auswertung
+
Name der Energieform
 
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|-
Mittelwert der Zeitdauer: <math>10,096\,\rm s</math>
+
:<math>\text{Stromstärke}=\frac{\text{Wassermenge}}{\text{Zeitdauer}} = \frac{2\,\rm l}{10{,}096\,\rm s}=0{,}198\rm\frac{l}{s}</math>
+
Statt in Litern pro Sekunde kann man die Stromstärke auch in Millilitern pro Sekunde angeben:
+
:<math> I = \frac{2000\,\rm l}{10{,}096\,\rm s} = 198\rm\frac{ml}{s} \ \ \ \ \ \text{ }</math> In einer Sekunde kann man also ungefähr ein Wasserglas füllen.
+
 
+
Die Stromstärke kann man auch in Litern pro Minute angeben. Das ist der 60-fache Zahlenwert von der Angabe in Litern pro Sekunde.
+
 
+
Oder in Millilitern pro Minute. Dazu mulipliziert man die Maßzahl noch mit 1000:
+
:<math> I = 0{,}198\rm\frac{l}{s} = 11{,}89\rm\frac{l}{min} = 11890\rm\frac{ml}{min} </math>
+
 
+
===Versuch: "Menschenstromstärke"===
+
;Aufbau:
+
 
+
Eine Schulklasse läuft im Kreis um eine Tischreihe. An einer Stelle des Kreises stehn zwei Schüler:innen und zählen dort 10 Sekunden lang wieviele Personen vorbeilaufen. Eine dritte Schüler:in stoppt mit einer Handstoppuhr die Zeit.
+
:'''a)''' Die Klasse läuft gemächlich im "Gänsemarsch".
+
:'''b)''' Die Klasse läuft gemächlich in Zweierreihen.
+
:'''c)''' Die Klasse läuft zügig in Zweierreihen.
+
 
+
;Messung
+
:'''a)''' 7 Personen in 10 Sekunden
+
:'''b)''' 13 Personen in 10 Sekunden
+
:'''c)''' 22 Personen in 10 Sekunden
+
 
+
;Auswertung
+
:'''a)''' <math>I_{Pers}= \frac{7\,\rm Pers}{10\,\rm s} = 0{,}7\,\rm\frac{Pers}{s}</math>
+
:'''b)''' <math>I_{Pers}= \frac{13\,\rm Pers}{10\,\rm s} = 1{,}3\,\rm\frac{Pers}{s}</math>
+
:'''c)''' <math>I_{Pers}= \frac{22\,\rm Pers}{10\,\rm s} = 2{,}2\,\rm\frac{Pers}{s}</math>
+
<br>Die Menschenstromstärke hat sich durch die Zweierreihe im Vergleich zur Einerreihe ungefähr verdoppelt, was ja auch logisch ist, denn es laufen zwei Personen nebeneinander.
+
<br>Auch durch die größere Laufgeschwindigkeit passieren mehr Personen pro Zeit die Zählstelle und somit erhöht sich die Stromstärke.
+
 
+
{|class="wikitable" style="border-style: solid; border-width: 4px "
+
 
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Die Menschenstromstärke gibt an, wieviele Personen pro Sekunde im Mittel an der Zählstelle vorbeilaufen.
+
Holz
<br>Eine große Stromstärke erreicht man, indem viele Personen nebeneinander laufen und indem die Personen schnell laufen.
+
|colspan="2"|chemische Energie
|}
+
|-
 
+
===Versuch: Messen der Stromstärke===
+
;Aufbau
+
[[Bild:Versuch Messung der Stromstärke Aufbau.png|thumb|none]]
+
Drei Lämpchen sind in einem verzweigten Stromkreis eingebaut.
+
<br style="clear: both" />
+
 
+
;Beobachtung
+
Das Lämpchen 1 leuchtet wesentlich heller als die Lämpchen 2 und 3.
+
 
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;Folgerung und Messung
+
[[Bild:Versuch Messung der Stromstärke Aufbau Amperemeter.png|thumb|left|Dieses Ampèremeter misst wieviel Strom vor Lämpchen 1 fließt.]]
+
Durch das Lämpchen 1 fließt mehr Strom als durch die Lämpchen 2 und 3. Mit einem Stromstärkemessgerät ("Ampèremeter") soll das nun gemessen werden:
+
 
+
Um die Stärke des Stroms an einer bestimmten Stelle zu messen, muss der Stromkreis an dieser Stelle unterbrochen werden. Dabei geht dann auch das Lämpchen aus.
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+
Mit dem Ampèremeter verbindet man die Kabel wieder. Der Strom fließt jetzt durch das Messgerät anstatt durch das Kabel. Der Stromkreis ist geschlossen und das Lämpchen leuchtet wieder.
+
<br style="clear: both" />
+
 
+
Was schiefgehen kann:
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#Der Zeiger des Ampèremeter schlägt in die falsche Richtung aus.
+
#Der Zeiger macht nur einen minimalen Ausschlag.
+
#Der Zeiger geht über die maximale Anzeige hinaus.
+
 
+
Wie man das löst:
+
#Man vertauscht die Anschlusskabel des Ampèremeters.
+
#Man wählt einen kleineren Messbereich.
+
#Man wählt einen größeren Messbereich.
+
 
+
==Festlegung und Formel der elektrischen Stromstärke==
+
 
+
{|class="wikitable" style="border-style: solid; border-width: 4px "
+
 
|
 
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Fließt elektrische Ladung, so gibt die Stromstärke <math>I</math> an wieviel Ladung <math>Q</math> an einer Stelle pro Zeit <math>t</math> durchfließt. Sie wird in Coulomb pro Sekunde oder Ampère gemessen:
+
heißes Wasser
 
+
|colspan="2"|Wärmeenergie
{|
+
|-
 
|
 
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:<math>
+
geriebener Luftballon
\begin{align}
+
|colspan="2"|elektrische Energie
\textrm{Stromstärke}  &= \frac{\textrm{Ladung}}{\textrm{Zeit}}\\
+
|-
\textrm{ein Ampère}  &=\frac{\textrm{ein Coulomb}}{\textrm{eine Sekunde}}
+
\end{align}
+
</math>
+
 
|
 
|
:<math>
+
Licht
\begin{align}
+
|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>
I        &= \frac{Q}{t}\\
+
|-
1\,\rm A &=\frac{1\,\rm C}{1\,\rm s}
+
\end{align}
+
</math>
+
 
|
 
|
:[[Datei:Merkregel_Dreisatz_QIt.png|60px]]
+
laufender Mensch
|}
+
|Bewegungsenergie
 
+
|rowspan="3"|mechanische Energie
|}
+
|-
 
+
==Aufgaben zur Stromstärke==
+
===Wasserstromstärken===
+
[[Datei:Stromstärke Badewanne.jpg|thumb|100px]]
+
====1) Badewanne füllen====
+
Moritz will ein Bad nehmen und dreht den Hahn voll auf. Die Badewanne, welche <math>140\,\rm l</math> fasst, ist nach <math>7\,\rm min</math> voll.
+
*Berechne die Stärke des Wasserstroms, der aus dem Hahn in die Wanne läuft in Litern pro Minute und in Litern pro Sekunde.
+
 
+
====2) Drei-Flüsse-Stadt Passau====
+
[[Datei:Stromstärke Dreiflüsseeck Passau.jpg|thumb|Die Flüsse Inn, Donau und Ilz am Dreiflüsseeck in Passau.]]
+
Passau ist bekannt dafür, dass in ihr die drei Flüsse Inn, Donau und Ilz zusammenfließen. Wegen der Hochwassergefahr wird ständig die Wasserhöhe, der sogenannte "Pegel" und an einigen Stellen auch die Stromstärke, der sogenannte "Abfluss" gemessen. (Siehe [https://www.gkd.bayern.de/de/fluesse/abfluss/passau Gewässerkundlicher Dienst Bayern])
+
 
+
Die Flüße sind unterschiedlich groß und haben deswegen auch ganz unterschiedliche Stromstärken:
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{|
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Inn: <math>740 \,\rm \frac{m^3}{s}</math>
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[[Media:Luftballon Druecken.jpg|zusammengedrückter Luftballon]]
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|Spannenergie
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Donau: <math>640\,\rm \frac{m^3}{s}</math>
+
hochgelegenes Wasser in einem Stausee
|
+
|Lageenergie
Ilz: <math>16\,\rm \frac{m^3}{s}</math>
+
 
|}
 
|}
  
Nach dem Zusammenfließen nennt man den Fluss immer noch "Donau".
+
<br style="clear: both" />
*Wie groß ist die Stromstärke der Donau hinter Passau?
+
 
+
===Elektrische Stromstärke===
+
====4) Knotenregel in Schaltplänen====
+
Berechne mit Hilfe der Knotenregel die unbekannten Stromstärken.
+
[[Bild:Aufgabe Knotenregel Stromstärkeberechnung Schaltplan.png|750px]]
+
 
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==[[Aufgaben zur Stromstärke - Lösungen|Lösungen]]==
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'''3)''' Aus der Tabelle kann man ablesen:
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:"Mit der Energie von 38 Stunden Sonnenlicht auf einen Quadratmeter kann man den Akku eines E-Autos aufladen."
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*Bilde drei weitere Sätze in dieser Art.
  
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{|class="wikitable" style="text-align: right; "
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!style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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Gegenstand
  
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!style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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Energiemenge in Joule
  
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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Sonnenlicht auf einen m<sup>2</sup> für eine Sekunde
  
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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1.300 J
  
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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ein Liter Benzin
  
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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30.000.000 J
  
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|-
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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Akku eines E-Autos<ref>Siehe Wikipedia: [https://de.wikipedia.org/wiki/Tesla_Model_3#Batterietechnik Tesla Model 3]</ref>
  
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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180.000.000 J
  
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|-
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
aufgepumpter Fahrradreifen
  
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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600 J
  
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|-
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
Schulranzen auf einem ein Meter hohen Tisch
  
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
100 J
  
 +
|-
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
Ein Liter kochendes Wasser<ref>Im Vergleich zu Zimmertemperatur bei 20°C.</ref>
  
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
300.000 J
  
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|-
 +
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
Fahrradfahrerin mit 30 km/h
  
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
3.000 J
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|-
 +
|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
eine Tafel Schokolade
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
 +
2.000.000 J
  
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|}
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<br style="clear: both" />
  
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==Energiewandler / Energieumlader==
  
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[[Datei:Aufgaben_Energieumlader.png|399px|left]]
 +
'''4) Energie für Maschinen'''
  
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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. 
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:'''a)''' Trage in die Energieumladerdiagramme die passenden Energieträger oder den Namen des Umladers ein!
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:'''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|left]]
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'''5) Energie für den Menschen'''
  
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Mit welchen Energieträgern bekommen der Mensch, eine Kuh, eine Graspflanze und eine Weizenpflanze ihre Energie? In welche Träger wird die Energie hineingesteckt?
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'''a)''' Trage die Begriffe in die Diagramme unter die Pfeile ein!
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Körner/Fleisch           Körner
 +
Muskelmasse&Fett&Milch    Muskelmasse&Fett&Milch 
 +
Kot&Urin                  Kot&Urin
 +
Wärme                   Wärme
 +
Grashalme           Grashalme
 +
Bewegung                  Bewegung
 +
Licht                   Licht
  
 +
'''b)''' 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?
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<br style="clear: both" />
  
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'''6) Viele verschiedene Energieumlader'''
  
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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.
  
l
+
==Fußnoten==
 +
<references>

Aktuelle Version vom 31. Dezember 2025, 15:13 Uhr

Aufgaben zur Energie

Energieträger und Energieformen

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."

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


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.

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


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? a) Trage die Begriffe in die Diagramme unter die Pfeile ein!

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

b) 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.

Fußnoten

  1. Das Licht selbst besteht nicht aus Energie, es enthält die Energie! Was das Licht selbst ist, kann man nicht so einfach beantworten.
  2. Siehe Wikipedia: Tesla Model 3
  3. Im Vergleich zu Zimmertemperatur bei 20°C.