Energiewandler (Energieumlader)
Um in Bewegung zu bleiben brauchen die Muskeln Traubenzucker als Treibstoff.
Das Kerzenwachs verbrennt und erwärmt die Luft.
Die Luft wird abgebremst, der Rotor angetrieben.
Das heiße Wasser erwärmt das kalte und treibt dabei den elektrischen Strom an.
Das Wasser fällt herunter und das Mühlrad dreht sich.
Die Lampe ist "an der Steckdose angeschlossen". Durch den elektrischen Strom leuchtet die Lampe.
Beim Bremsen wird das Fahrrad langsamer und die Felge wird heiß.
Der Dynamo nimmt sich die Energie aus dem bewegten Vorderrad und treibt damit den elektrischen Strom an.
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Kann ein Gegenstand etwas antreiben, so enthält er "Energie". Man nennt ihn dann einen "Energieträger". Die Energie kommt immer irgendwo her und geht irgendwo hin. Sie kann nicht erzeugt oder vernichtet werden. Bei einem Energiewandler (Energieumlader) wird die Energie von einem Energieträger auf den nächsten umgeladen. |
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Versuch: Eine Dampfmaschine
- Aufbau
Zuerst muss man genügend Wasser in den Kessel füllen. Dazu schraubt man am Kessel ein Ventil ab und benutzt einen Trichter zum Einfüllen. Der Kessel sollte nur zu ca. 2/3 gefüllt sein.
Dann schließt man den Hahn der Wasserdampfleitung.
Nun kann das Wasser geheizt werden. Dazu zieht man den Brenner etwas unter dem Kessel heraus, läßt ihn aber noch in der Halterung drin. Jetzt öffnet man die Gasflasche ein wenig und entzündet das ausströmende Gas-Luft-Gemisch am Brenner. Danach kann man den Brenner wieder vollständig unter den Kessel schieben. (Wenn zuviel Gas ausströmt, kann es passieren, dass das Gas bereits an der Luft-Öffnung des Brenners zündet, was zu einer großen gelben Flamme führt.)
Es dauert ca.3 Minuten, bis das Wasser siedet. Dann kann man die Pfeife am Kessel betätigen und natürlich den Dampfhahn öffnen, das Schwungrad leicht anschubsen und es geht los...
Wenn man es schafft, kann man die Gaszufuhr vorsichtig regulieren und so die Flamme klein oder groß einstellen.
- Beobachtung
Die Maschine rattert laut und das Lämpchen leuchtet. Aus dem Gummischlauch kommt eine Wolke, die warm, aber nicht heiß ist.
Dreht man die Gasflasche weiter auf, so wird die Flamme größer, die Maschine läuft schneller und das Lämpchen brennt heller.
- Erklärung
Das Gas vermischt sich mit der Luft und verbrennt im Brenner. Dadurch wird das Wasser erhitzt und zum Sieden gebracht. Der heiße Wasserdampf steht unter einem hohen Druck und wird durch ein Rohr zum Dampfmotor geleitet. Im Motor wird ein Kolben hin und her geschoben. Auf der anderen Seite des Motors tritt dann der Dampf wieder aus, was die weiße Wolke verursacht. (Die Wolke besteht aus vielen kleinen Wassertröpfchen.)
Der Motor dreht das große Schwungrad und das wiederum dreht den Generator (Dynamo). Der Dynamo bringt die Lampe zum Leuchten.
Die Gasflasche treibt also den Brenner an, der Brenner heizt den Kessel, der Kessel treibt den Motor an, der Motor treibt das Schwungrad an, das Schwungrad treibt den Generator an und der Generator treibt die Lampe an, die Licht aussendet!
Die Fähigkeit etwas anzutreiben heißt auch "Energie". Die Energie steckt am Anfang im Gas, dann in der heißen Flamme, dann im heißen Dampf, dann in der Bewegung, dann in der Elektrizität und zum Schluss im Licht der Lampe. Auch mit dem Licht der Lampe kann man noch etwas antreiben. Dazu kann man zum Beispiel eine Solarzelle benutzen!
Das Energieflussbild / die Energieumladerkette der Dampfmaschine zeigt, wie die Energie von einem Energieträger zum anderen weitergereicht wird:
Bild 1
Bild 2
Bild 3
Bild 4
Bild 5
Bild 6
Bild 7
Bild 8
Versuch: Der Kurbel-Generator (Dynamot)
- Aufbau
Man dreht den Dynamo, um die Lampe (6V/30W) zum Leuchten zu bringen und jemand schaltet die Lampe an und aus. (Schließt und öffnet den Stromkreis.)
- Beobachtung
Schaltet man die Lampe an, ist es richtig anstrengend die Dynamokurbel zu drehen, schaltet man die Lampe aus, geht es viel leichter.
- Erklärung
Durch das Kurbeln treibt man den Vorgang an und liefert die dazu nötige Energie. Wird die Lampe angeschaltet, so muß man viel Energie lieren, um sie zu betreiben. Ist die Lampe ausgeschaltet, braucht man nur ein bisschen Energie, um die Reibung innerhalb des Dynamos zu überwinden. Genauso ergeht es auch den Kraftwerken in unserem Stromnetz: werden zur Mittagszeit viele elektrische Geräte eingeschaltet, müssen sie mehr Energie liefern als Nachts, wenn viele Geräte ausgeschaltet sind!
Versuch: Der Fahrraddynamo betreibt eine Lampe
- Aufbau
Man braucht ein Fahrrad mit Nabendynamo, welches idealerweise noch eine alte Halogenbirne als Leuchtmittel hat. Es geht aber auch eine LED-Lampe.
Zuerst läßt man die Lampe ausgeschaltet. Dann hebt man das Vorderrad an, schubst es an und wartet ab was passiert.
Im zweiten Teil schubst man wieder das Vorderrad bei ausgeschalteter Lampe an. Nach einer kurzen Zeit wird jetzt die Lampe angeschaltet.
- Beobachtung
Bei ausgeschalteter Lampe dreht sich das Rad ca. eine Minute lang, bis es stehen bleibt.
Schaltet man die Lampe an, so hält das Rad viel schneller an.
- Folgerung
Schaltet man die Lampe an, so benötigt sie Energie. Diese Energie bekommt die Lampe aus dem drehenden Rad.
Deshalb bremst die angeschaltete Lampe das Rad ab.
Ist die Lampe ausgeschaltet, wird die im Rad gespeicherte Energie trotzdem immer weniger, was an der Reibung in der Fahrradachse liegt. Dabei wird die Achse leicht erwärmt.
