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==Aufgaben zu Kräften==
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==Aufgaben zu Kräften====Energie und Energieträger==
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====1) Was ist Kraft?====
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'''1)''' Eine Batterie ist ein Energieträger. Denn in der Batterie steckt Energie, mit der man einen Motor antreiben kann.
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Im Alltag wird oft der Begriff "Kraft" benutzt. Dabei ist aber nicht immer der physikalische Kraftbegriff gemeint. In vielen Fällen ist auch die in einem Gegenstand enthaltene Energie gemeint.
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*Nenne drei weitere Gegenstände, die auch Energieträger sind und sage, was man mit dieser Energie machen kann.
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*Woran kann man erkennen, dass im physikalischen Sinne eine Kraft wirkt?
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*Bei welchen der folgenden Aussagen ist der Begriff "Kraft" im physikalischen Sinne gemeint?
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:Bei welchen ist eher die Energie gemeint und bei welchen etwas ganz anderes?
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#Windkraftwerke werden oft in Küstennähe gebaut.
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'''2)''' Die Tabelle zeigt, welche verschiedenen Namen man der Energie verschiedener Träger gegeben hat.  
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#Er schiebt den Einkaufswagen mit voller Kraft nach vorne.
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*Nenne für jede Energieform ein ''anderes'' Beispiel:
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#Die frischen Blätter leuchten in einem kräftigen Grün.
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:"Der Wind, also Luft, die sich schnell bewegt, enthält Bewegungsenergie."
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#Kraft ihres Amtes verlieh sie ihm einen Orden.
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#Auch beim Basketball kann Krafttraining sinnvoll sein.
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#Die Schwerkraft zieht Mond und Erde zusammen.
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#Es herrscht ein Mangel an Fachkräften.
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#Benzin und Diesel sind Kraftstoffe für Motoren.
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#Sie tritt mit voller Kraft in die Pedale.
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#Mit freudiger Tatkraft gingen sie an's Werk.
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#In dieser Pflanze steckt eine große Heilkraft.
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====2) Luftballon====
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{|class="wikitable"
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[[Datei:Luftballon Druecken.jpg|thumb]]
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!
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Paula hält einen Luftballon zwischen ihren Händen.
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Energieträger
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:'''a)''' Zeichne ein Bild wie Paula den Ballon hält. Wie verändert sich der Ballon durch das Festhalten?
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!colspan="2"|
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:'''b)''' Schneide dann den Ballon frei und zeichne in das Schnittbild die Kräfte ein, die auf den Luftballon wirken.
+
Name der Energieform
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:'''c)''' Steht der Ballon unter Druck- oder unter Zugspanung?
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:'''d)''' Gib weitere Beispiele an, bei denen zwei gleichgroße Kräfte einen Körper verformen.
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Holz
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|colspan="2"|chemische Energie
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heißes Wasser
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|colspan="2"|Wärmeenergie
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geriebener Luftballon
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|colspan="2"|elektrische Energie
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Licht
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|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>
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|-
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laufender Mensch
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|Bewegungsenergie
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|rowspan="3"|mechanische Energie
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|-
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[[Media:Luftballon Druecken.jpg|zusammengedrückter Luftballon]]
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|Spannenergie
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|-
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hochgelegenes Wasser in einem Stausee
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|Lageenergie
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|}
  
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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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Sonnenlicht auf einen m<sup>2</sup> für eine Sekunde
  
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1.300 J
  
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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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====3) Tauziehen====
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[[Datei:Aufgabe Kraft Tauziehen.jpg|600px]]
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<br>Beide Mannschaften ziehen gleich stark. Die einzelnen Personen ziehen mit einer Kraft von <math>F_1=295\,\rm N \ ; \ F_2=380\,\rm N \ ; \ F_3=365\,\rm N \ ; \ F_4=210\,\rm N \ ; \ F_5=300\,\rm N \ ; \ F_6=150\,\rm N </math>
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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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:'''a)''' Schneide das Seil frei und zeichne in das Schnittbild die Kraftpfeile ein. Das Seil kannst du 19cm lang zeichnen. Die Kraftpfeile im Maßstab: <math>0{,}5\,\rm cm \ \widehat{=} \ 100 \,\rm N</math>.
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:'''b)''' Mit welcher Kraft zieht die 7. Person?
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:'''c)''' (Zusatzfrage) Wenn das Seil zu dünn ist, kann es auch reißen, was sehr gefährlich ist. Warum wird das Seil wohl am ehesten in der Mitte reißen?
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====4) Eine Tasche festhalten und loslassen====
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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[[Datei:Aufgabe Kraft Tasche halten.jpg|thumb|150px]]
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180.000.000 J
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Maria hat ihre Schultasche gewogen, sie hat eine Masse von 3kg. Dann hebt sie sie hoch und hält sie fest. Als sie keine Lust mehr hat festzuhalten, läßt sie einfach los.
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:'''a)''' Schneide die Tasche frei und zeichne in das Schnittbild die wirkenden Kräfte ein. (<math>1\,\rm cm \ \widehat{=} \ 10 \,\rm N</math>)
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::1) Vor dem Loslassen
+
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::2) Kurz nach dem Loslassen
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:'''b)''' Erkläre anhand der Zeichnungen, warum die Tasche erst fällt, wenn Maria losläßt.
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====5) Eine Spielzeugpistole====
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[[Datei:Aufgabe Kraft Spielzeugpistole.jpg|thumb|300px]]
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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Schaue dir die Zeichnung der Spielzeugpistole an.
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aufgepumpter Fahrradreifen
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:'''a)''' Wie funktioniert die Pistole?
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:'''b)''' Schneide die Kugel frei und zeichne in das Schnittbild die auf sie wirkenden Kräfte ein.
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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::1) Vor dem Abdrücken
+
600 J
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::2) Nach dem Abdrücken
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:'''c)''' Erkläre mit den Zeichnungen von 1) und 2) die Wirkung auf die Kugel.
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|-
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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Schulranzen auf einem ein Meter hohen Tisch
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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100 J
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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Ein Liter kochendes Wasser<ref>Im Vergleich zu Zimmertemperatur bei 20°C.</ref>
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300.000 J
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Fahrradfahrerin mit 30 km/h
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3.000 J
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|-
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eine Tafel Schokolade
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|style="border-style: solid; border-width: 5px "|
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2.000.000 J
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|}
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==Energiewandler / Energieumlader==
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'''1) 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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*Trage in die Energieumladerdiagramme die passenden Energieträger oder den Namen des Umladers ein!
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[[Datei:Aufgaben_Energieumlader.png|399px]]
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'''2) 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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*Trage die Begriffe in die Diagramme unter die Pfeile ein!
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Brot/Fleisch Grashalme Licht       Licht Wärme   Wärme Bewegung
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Muskelmasse&Fett&Milch  Muskelmasse&Fett&Milch    Grashalme Weizenkörner
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Kot&Urin                      Kot&Urin      Bewegung
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[[Datei:Aufgabe_Energie_für_Mensch_und_Tier.png|435px]]
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*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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'''3) 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.
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*Ergänze die farbig markierten Lücken mit geeigneten Energieumladern.
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'''4) Energieumladerketten'''
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Die Energieumladerketten sind durcheinandergeraten! Schneide die Einzelteile aus und bringe sie in die richtige Reihenfolge.
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'''a)''' Ein "Flummi" wird vom Boden aufgehoben und losgelassen. Er fällt, hüpft wieder hoch, er fällt und hüpft wieder hoch, usw.
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[[Datei:Aufgabe elastischer Ball Energieumladerkette durcheinander.png|705px]]
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'''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.
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[[Datei:Aufgabe Knetball Energieumladerkette durcheinander.png|509px]]
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[[Datei:Pfeil_und_Bogen_Bogenschützen.jpg|thumb|100px]]
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[[Datei:Zielscheibe.jpg|thumb|100px]]
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'''c)''' Man spannt den Bogen und läßt die Sehne los. Der Pfeil fliegt davon und bleibt in der Zielscheibe stecken.
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[[Datei:Aufgabe Pfeil und Bogen Energieumladerkette durcheinander.png|500px]]
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'''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.
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[[Datei:Aufgabe Grashüpfer Energieumladerkette durcheinander.png|727px]]
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==Energieverluste und Wirkungsgrad==
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'''1)''' "Ein Automotor hat einen Wirkungsgrad von ca. <math>1/3 \approx 33 \%</math>."
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:Was ist damit gemeint?
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|style="vertical-align:top;"|
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'''2)''' In diesem Energieflussdiagramm ist der Weg der Energie bei einem Kohlekraftwerk dargestellt.
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:'''a)''' Wie geht die meiste Energie der Kohle "verloren"?
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:'''b)''' Welchen Wirkungsgrad hat das Kohlekraftwerk ohne Energietransport zum Verbraucher und mit Transport zum Verbraucher?
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:'''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.
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: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]]
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'''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]])
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<br/>Fährt ein Mensch Fahrrad, der vorher ein Brot gegessen hat, so soll die Energie mit der Bewegung abgegeben werden:
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[[Datei:Energieumladerkette_Vegetarier.png|514px]]
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:<math> 35\% \cdot 30\% = 0{,}35 \cdot 0{,}3 = 0{,}105 =10{,}5 \%</math>
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Der Wirkungsgrad beträgt insgesamt ca. 10%. Das heißt ca. 10% der Energie aus dem Sonnenlicht ist in der Bewegung angekommen.
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'''a)''' Berechne den Gesamt-Wirkungsgrad von:
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#einer Glühlampe, die von einem Kohlekraftwerk betrieben wird.
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#der Energieumladerkette der Dampfmaschine: Dampfmotor > Generator > Glühlampe.
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'''b)''' Vergleiche den Wirkungsgrad von:
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#einem Benzinauto mit einem Elektroauto, das den Akku mit einem Kohlekraftwerk lädt.
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#einer Gasheizung mit einer Elektroheizung, die von einem Kohlekraftwerk angetrieben wird.
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==Energie im Haushalt==
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'''1) Energie sparen im Haushalt'''
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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.
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*Zeichne ein Diagramm, aus dem hervorgeht, wofür ein durchschnittlicher Haushalt viel Energie benötigt und wofür weniger.
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'''2) Energiemengen und Kosten berechnen'''
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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.
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*Wieviel Energie benötigt man um die Lampe eine Sekunde, eine Minute oder eine Stunde anzuschalten?
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*Was kostet Peter die Schreibtischlampe pro Monat und pro Jahr?
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'''3) Verschiedene Lichtquellen'''
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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.
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 +
*Vergleiche die verschiedenen Lampentypen bezüglich Energiebedarf, Wärmeentwicklung und Lebensdauer.
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 +
Ein Glühwürmchen kann auch Licht produzieren und zwar mit einem Wirkungsgrad von über 90%
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*Was ist damit gemeint?
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==[[Aufgaben_zur_Energie_(Lösungen)|Lösungen]]==
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==Fußnoten==
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<references />

Version vom 14. November 2022, 22:03 Uhr

Leere Seite


Aufgaben zu Kräften====Energie und Energieträger

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:
"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

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.

  • Trage in die Energieumladerdiagramme die passenden Energieträger oder den Namen des Umladers ein!

Aufgaben Energieumlader.png

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

Aufgabe Energie für Mensch und Tier.png

  • 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 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.

Aufgabe elastischer Ball Energieumladerkette durcheinander.png

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.

Aufgabe Knetball Energieumladerkette durcheinander.png

Pfeil und Bogen Bogenschützen.jpg
Zielscheibe.jpg

c) Man spannt den Bogen und läßt die Sehne los. Der Pfeil fliegt davon und bleibt in der Zielscheibe stecken.

Aufgabe Pfeil und Bogen Energieumladerkette durcheinander.png

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.

Aufgabe Grashüpfer Energieumladerkette durcheinander.png

Energieverluste 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?

Energieflussbild Kohlekraftwerk.png

3) Werden viele Energieumlader zu einer Kette geschaltet, so berechnet sich der Gesamt-Wirkungsgrad, indem man alle einzelnen Wirkungsgrade multipliziert. (Tabelle von Wirkungsgraden)
Fährt ein Mensch Fahrrad, der vorher ein Brot gegessen hat, so soll die Energie mit der Bewegung abgegeben werden:

Energieumladerkette Vegetarier.png

[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.


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?

Lösungen

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.
Von „http://schulphysikwiki.de/index.php?title=*&oldid=16521“