Energieformen Ü 01

Energieformen
Ü 01
Lernziele
A
Energieformen
Die Begrife Energie, Energieträger, Energieform, Energieumwandlung, Reibung erklären können.
Die Energieformen aufzählen können. (Ü01)
Erklären können, was der Energieerhaltungssatz aussagt. (N07)
Einen Vorgang mit dem Konzept der Energieumwandlung erklären können. (N05 - 15)
B) Verschiedene Formen der elektromagnetischen Strahlung aufzählen können.
B) Die Funktionsweise einer Mikrowelle erklären können. (Z03)
Wärmeenergie
Die Begrife Aggregatszustand, Teilchenmodell, Wärmeausdehnung, Wärmeleitung, Wärmeleiter und
Wärmeisolator erklären können.
Die drei Aggregatszustände aufzählen können.
Die Übergänge zwischen den Aggregatszuständen benennen können. (N16)
Bei einem Stof entscheiden können, welchen Aggregatszustand er hat.
Zu jedem Aggregatszustand mindestens 3 Stofbeispiele nennen können, die bei Zimmertemperatur diesen Zustand haben. (N16)
Mit dem Teilchenmodell erklären können, wie die 3 Aggregatszustände bei Stofen entstehen. (N17 / 18 /
Z01)
Erklären können, wie die Wärmeenergie und die Kinetische Energie zusammen hängen. (N17 / 18 / Z01)
Mit dem Teilchenmodell erklären können, wie die Wärmeausdehnung bei Stofen entsteht. (N19)
Erklären können, wie ein Flüssigkeitsthermometer funktioniert. (N20 / Z02)
B) Erklären können, weshalb früher Quecksilber in Thermometern verwendet wurde und weshalb dies
heute verboten ist. (Z02)
Mit dem Teilchenmodell erklären können, wie die Wärmeleitung bei Stofen funktioniert. (N22 - 24)
Erklären können, wie eine Thermoskanne funktioniert. (N24)
Z 01
Energieformen
Aggregatszustände von Wasser
Hesch gwüsst?
1
Wieso ändert Wasser die Form?
Die Wassermoleküle:
Wenn man es stark erhitzt, verwandelt
es sich in Dampf. Im Tiefkühler wird
es zu Eis, also fest. Die Temperatur
des Wassers bestimmt dessen Form.
Wasser besteht aus kleinen Teilchen.
Diese nennt man Moleküle. Jedes
Wassermolekül besteht aus zwei
Wasserstoff-Elementen (H) und einem
Sauerstoff-Element (O), deshalb
heisst es auch H2O. Diese Wassermoleküle bewegen sich, und zwar
unterschiedlich stark.
3
2
Gewöhnlich flüssig:
Kalt und fest:
Ist das Wasser wärmer als
Null Grad, bewegen sich die
Moleküle. Sie stossen gegeneinander. Die Bewegung
führt dazu, dass sie nicht
mehr so fest zusammenhalten. Sie werden also flüssig.
Ist das Wasser kälter
als Null Grad, ist es
fest, also Eis.
Der Grund: Die Wassermoleküle stehen
nahe beieinander. Sie verzahnen sich, ähnlich
wie ein Klettverschluss.
4
Heiss und gasförmig:
TEXT: ANNA BÄHLER; ILLUSTRATIONEN: SIBYLLE HEUSSER UND MARCUS MOSER/WWW. ATELIER-OCULUS.CH
Bei 100 Grad erreicht das Wasser den
Siedepunkt und verwandelt sich in Dampf.
Die Moleküle bewegen sich
so stark, dass sie einander
weit wegstossen
und sich voneinander
trennen.
5
Weshalb Eis schwimmt:
Schick uns deine Fragen!
Es gibt eine Regel: Je kälter es ist, desto näher rücken die Moleküle zusammen. Es passiert das Gleiche, wie wenn sich immer mehr Leute auf eine
Waage stellen: Der Zeiger schnellt nach oben. Das heisst, der Stoff wird, je
kälter er ist, dichter und schwerer. Das gilt für alle Stoffe auf dieser Welt –
ausser für das Wasser.
Denn Wasser ist ganz einzigartig:
Beim Wasser sitzen die Moleküle bei
4 Grad am dichtesten beieinander.
Wenn es kälter ist, rücken die Moleküle wieder ein bisschen voneinander weg. Deshalb ist Eis leichter
als 4 Grad kaltes Wasser.
Das ist wichtig: Sonst würden
Gewässer bis zum Boden einfrieren und kein Fisch würde
überleben.
a
Z 02
Hesch gwüsst?
Wie funktionieren Thermometer?
Etwa, indem sich Stoffe ausdehnen.
1
Wasserthermometer
Flüssigkeiten eignen sich
gut für ein Thermometer.
Erwärmst du Wasser
in einem Glasgefäss,
dehnt es sich aus. Der
Wasserspiegel steigt,
aber kaum sichtbar.
Deutlicher wird der
Anstieg, wenn das Gefäss
im Bereich der Skala
zu einem Röhrchen
verengt ist.
2
Quecksilberthermometer
Besser als Wasser
eignet sich das
flüssige Metall
Quecksilber. Es
dehnt sich gleichmässig aus, gefriert
nicht und ist gut
sichtbar. Das merkte
1714 der deutsche
Physiker Daniel
Fahrenheit. Er erfand
das Quecksilberthermometer.
3
Fieberthermometer
Diese sind besonders genau. Sogar Zehntelgrade
sind ablesbar. Das braucht viel Quecksilber.
Doch Quecksilber ist giftig. Zerbricht ein Fiebermesser, rasen die Kügelchen in alle Ritzen.
Dort verdampfen sie und vergiften die Luft jahrzehntelang. Der Verkauf von Quecksilbergeräten
wurde deshalb 2006 verboten. Anstelle von
Quecksilber trat gefärbter Alkohol.
4
5
Lies weitere «Hesch gwüsst?» und schick uns deine Fragen!
link www.coopzeitung.ch/kinderfrage
a
Thermometer
Digitale Thermometer
Modern sind digitale Fiebermesser. Sie arbeiten mit einem
Sensor, dessen elektrische Leitfähigkeit mit der Temperatur
ändert.
Infrarot-Thermometer
Diese sind megaschnell. Sie messen berührungsfrei die Wärmestrahlung, die jeder
Körper aussendet. Daraus berechnen sie die
Temperatur. Traurige Zeiten für Schüler! Sie
haben keine Chance mehr, mit dem Reiben des
Fiebermessers einer Klausur auszuweichen.
TEXT: ULRICH ROTH; ILLUSTRATION: SIBYLLE HEUSSER UND MARCUS MOSER/WWW.ATELIER-OCULUS.CH
Energieformen
Energieformen
Z 03
A
Mikrowellen
Hesch
gwüsst?
Wie funktioniert
das Mikrowellengerät?
♦ Mikrowellen lassen Wassermoleküle tanzen.
FAMILIE
Was sind Moleküle?
Moleküle sind kleinste Teilchen aus Atomen.
Wassermoleküle bestehen aus zwei Atomen
Wasserstoff und einem Atom Sauerstoff. Sie
haben die Form eines Bumerangs. Die
chemische Formel ist H2O.
Warum tanzen sie?
Das Wassermolekül hat wie eine Kompassnadel
zwei Pole. Die Nadel dreht sich, wenn du neben ihr
einen Magneten bewegst. Mikrowellen sind
elektromagnetische Wellen. Sie wirken auf H2OMoleküle wie ein hin- und herbewegter Magnet
auf die Kompassnadel. Das zwingt die Moleküle zu
heftiger Bewegung. Sie tanzen rasend
schnell halbe Pirouetten. Je mehr sie
tanzen, desto höher steigt die
Temperatur in den Speisen.
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kinderfrage
Coopzeitung · Nr. 9 vom 24. Februar 2015 37
Text: Ulrich Roth; Illustrationen: Sibylle Heusser und Marcus Moser/www.atelier-oculus.ch
Auf dem Herd heizt man zuerst die Platte, dann die Pfanne
und erst zuletzt den Inhalt. Mikrowellen aber erhitzen
zuerst das Wasser in den Speisen. Erst danach wird das
Gefäss warm. Interessant sind Maiskörner und Eier. In
ihnen führt verdampftes Wasser zu Überdruck und
Explosion. Mal entsteht Popcorn, mal eine Riesensauerei.
Das sind Schwingungen, die sich mit
Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Zu diesen
elektromagnetischen Wellen gehören auch das
sichtbare Licht und die unsichtbaren
Radiowellen.
N
Warum heizt das Mikrowellengerät so rasch?
Was sind
elektromagnetische
Wellen?
T 01
Energieformen
A
Die Atome
Eine Übersicht über die Energieformen
Energie ist das grundlegendste Prinzip unserer Welt. Alle Materie unserer Welt besteht aus Energie. Sie
spielt vor allem in der Physik, sowie in der Technik, der Chemie, der Biologie und der Wirtschaft eine zentrale
Rolle. Energie ist nötig, um etwas zu bewegen, etwas zu verformen, etwas hinauf- oder hinab zu transportieren, um chemische Reaktionen stattinden zu lassen, um elektrischen Strom ließen zu lassen, um Licht und
Strahlung zu erzeugen oder um etwas zu erwärmen. Planzen, Tiere und Menschen benötigen Energie, um
leben zu können. Energie kann auf verschiedene Arten, in verschiedenen Energieformen, gespeichert sein.
Hierzu gehören die Bewegungsenergie, die Verformungsenergie, die Lageenergie, die chemische Energie,
die elektrische Energie, elektromagnetische Strahlungen und die Wärmeenergie.
Thermische
Energie
Elektrische
Energie
Bewegungsenergie
Elektromagnetische
Strahlung (Licht)
Mechanische
Energie
Energieformen
Verformungsenergie
Magnetische Energie
Lageenergie
Chemische
Energie
Energieumwandlungen
Im Universum gibt es immer gleich viel Energie. Sie verschwindet nie und vermehrt sich auch nicht. Sie kann
nur in einem begrenzten System verändert werden, muss dafür aber an einem anderen Ort wieder ausgeglichen werden. Einzig die Form, in der sie gespeichert ist, kann sich verändern. Diese Regel bezeichnet man
als den Satz der Energieerhaltung.
In Benzin und Diesel
ist chemische Energie
gespeichert, die durch
die Verbrennung im Motor für den Antrieb des
Autos genutzt wird.
Chemische
Energie
Wärmeenergie
Bewegungsenergie
Planzen wandeln in ihren Blättern Sonnenlicht
(Elektromagnetische
Strahlung) in Chemische Energie in Form
von Traubenzucker um.
Wird man von einem
Ball getrofen, so wird er
verformt. Seine Bewegungsenergie wird also
in Verformungsenergie
umgewandelt.
Bewegungsenergie
Elektromagnetische
Strahlung
Bewegungsenergie
Elektrische
Energie
Chemische
Energie
Verformungsenergie
Im Flusskraftwerk
Höngg wird die Bewegungsenergie des
Wassers in Elektrische
Energie umgewandelt.
Masseinheit ist
Joule [J]
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Ermöglicht
Veränderungen
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Deinition
n
Thermische
Energie
Bewegungsenergie
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Lageenergie
A
Verformungsenergie
Name:
Reibung
Mindmap zu Energie
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Körper in
dem Energie
gespeichert ist
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Chemische
Energie
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Energieträger
Energieformen
Lic
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Ü 01
Energie
Mik
Energieformen
Handystrahlung
he
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Name:
Energieformen
01)
A 01
Was ist Energie?
Erkläre in deinen Worten was man in der Physik unter Energie versteht und mit welcher Einheit sie
gemessen wird.
Energie ist die Möglichkeit etwas zu tun, zu verändern. Mit Energie kann z.B.
etwas bewegt, erhitzt oder beleuchtet werden. Die Masseinheit für Energie ist
Joule [J].
02)
Erkläre was ein Energieträger ist und nenne mindestens 4 Beispiele.
Energie ist immer in etwas gespeichert. Dieser Gegenständ wird Energieträger
genannt. Beispiele: In einem hochgehobenen Hammer, in liessendem Wasser, in
einer heissen Pfanne und in Benzin ist Energie gespeichert.
03)
Welche 3 Energieformen zählt man zu der mechanischen Energie?
Zu den mechanischen Energieformen zählt man die kinetische Energie (Bewegungsenergie), die potenzielle Energie (Lageenergie) und die Spannenergie.
04)
A
Erkläre was eine Energieform und eine Energieumwandlung ist.
Energieformen sind die verschiedenen Speicherformen von Energie. Unter einer
Energieumwandlung versteht man, dass Energie von einer Energieform in eine
andere umgewandelt wird.
Name:
Energieformen
05)
A 02
Energieumwandlungen
A
Erkläre die Energieumwandlungen am Beispiel «Skateboarder fährt in der Halfpipe».
Der Skateboarder hat oben am Rand der
Halfpipe potenzielle Energie in sich. Beim
runterfahren wird diese in kinetische
Energie umgewandelt. Ab dem tiefsten
Punkt fährt der Skater wieder hinauf und
die kinetische Energie wird wieder in potenzielle Energie umgewandelt, bis der
Skater nur noch potentielle Energie hat.
06)
Erkläre welche Energieumwandlungen beim Schanzensprung stattinden.
Der Biker hat kinetische Energie. Über die
Schanze liegt der Biker hoch und die kinetische Energie wird in potenzielle Energie umgewandelt. Ab dem höchsten Punkt
bewegt sich der Biker wieder runter und
die potentielle Energie wird wieder in kinetische Energie umgewandelt.
07)
Erkläre was der Energieerhaltungssatz aussagt.
Energie kann nie verloren oder verbraucht werden, sondern wird immer nur
in andere Energieformen umgewandelt.
Name:
Energieformen
08)
A 03
Energieumwandlungen
A
Du lässt einen Ball zu Boden fallen, er prallt ab und springt immer wieder hoch. Mit jedem Mal
kommt er jedoch stets etwas weniger hoch. Wohin verschwindet die Energie und wie nennt man
das Phänomen?
Der Ball bewegt die Luft mit und gibt somit einen Teil der kinetischen Energie an
die Luft ab. Durch die Berührung mit der
Luft und dem Boden wird zudem mechanische Energie in thermische Energie umgewandelt. Dieses Phänomen wird Reibung genannt.
09)
Durch welche Energieumwandlungen in der Haut entsteht ein Sonnenbrand?
Das Sonnenlicht besitzt Lichtenergie. Trifft es auf die
Haut, so wird die Lichtenergie in thermische Energie
umgewandelt, die die Haut verbrennen kann.
10)
Welche Energieumwandlungen inden bei einem Lagerfeuer statt?
Das Holz besitzt chemische Energie. Durch die chemische
Reaktion mit Sauerstoff wird diese in Licht und thermische Energie umgewandelt.
Name:
Energieformen
11)
A 04
Energieumwandlungen
A
Welche Energieumwandlung indet in unserem Körper statt, damit wir uns bewegen können?
Unser Körper wandelt chemische Energie in kinetische
Energie und thermische Energie um.
12)
Welche Energieumwandlung indet in einer Taschenlampe statt?
In einer Batterie wird chemische Energie in elektrische
Energie umgewandelt und diese dann in der Birn in
Lichtenergie und Wärme.
13)
Welche Energieumwandlung indet beim Velofahren statt?
Die Muskeln wandel chemische Energie in kinetische
Energie und therische Energie um.
14)
Welche Energieumwandlung indet beim Velo mit einem Dynamolicht statt?
Der Dynamo wandelt kinetische Energie in elektrische
Energie um. Die Lampe wandelt diese dann in Lichtenergie und Wärmeenergie um.
Name:
A 05
Energieformen
15)
Energie im Alltag
A
Im Alltag wird der Begrif Energie oftmals mit einer anderen Bedeutung gebraucht als in der Physik.
Ist in den folgenden Situationen Energie im physikalischen oder im alltäglichen Sinn gemeint?
Welche Energieumwandlung indet statt?
b)
a)
Mirco braucht all seine Energie,
um sich zu zwingen, die Hausaufgaben zu erledigen.
d)
c)
Michael klettert
auf einen Baum.
e)
Die Bäckerin knetet
den Brotteig.
Frau Brand muss all ihre Energie
aufwenden, um ihren Sohn dazu zu
bringen sein Zimmer aufzuräumen.
f)
Miriana arbeitet am
Computer.
Frau Meier beschleunigt ihr Auto.
a) Alltagssprache: keine Energieumwandlung.
b) Physik: Chemische Energie zu Potenzieller Energie
c) Alltagssprache: keine Energieumwandlung.
d) Physik: Chemische Energie zu kinetischer Energie
e) beides möglich, je nach Argumentation:
=> Alltagssprache: geistige Arbeit ist keine Energieumwandlung
=> Physik: Laptop wandelt elektrische Energie zu Lichtenergie um oder
Gehirn wandelt chemische Energie in elektrische Energie um.
f) Physik: Chemische Energie zu kinetischer Energie
Name:
A 06
Energieformen
Beschrifte die Pfeile mit den Namen der Übergange zwischen den Aggregatszuständen. Gib zu
jedem Aggregatszustand drei Stofbeispiele aus dem Alltag an.
schmelzen
Eisen, PET, Glas,
Wasser, Öl,
lüssig
en
re
ie r
m
bli
sie
su
ie r
m
bli
re
su
nd
en
Alkohol
en
sie
ve den
rd
am /
pf
en
erstarren /
gefrieren
Eis
n
fest
ko
16)
A
Wärmeenergie
gasförmig
Wasserdampf, Luft, Sauerstoff, Kohlendioxid
17)
Fülle die Tabelle zu den Eigenschaften der drei Aggregatszustände aus.
Teilchenmodell:
Aggregatszustand:
fest
lüssig
gasförmig
Temperatur:
tief
mittel
hoch
etwas
schnell
Bewegung der Teilchen: kaum
Abstand der Teilchen:
klein, beeinander
Volumen:
klein
18)
mittel, verschieben
sich
mittel
gross, losgelöst
gross
Wodurch entstehen die 3 Eigenschaften fest, lüssig, gasförmig?
Die Teilchen ziehen sich an. Bei geringer Temperatur bewegen sie sich kaum, die
Anziehung wirkt und der Stoff ist fest. Bei höherer Temperatur bewegen sie sich
schneller, die Teilchen können sich umeinander bewegen und der Stoff ist lüssig.
Bei noch höherer Temperatur bewegen sich die Teilchen so schnell, dass sie die
Anziehung überwinden und sich von einander lösen, der Stoff ist gasförmig.
Name:
Energieformen
19)
A 07
Wärmeausdehnung
A
Beschreibe mit dem Teilchenmodell was die Wärmeausdehnung ist und was dabei geschieht.
Je höher die Temperatur, umso schneller bewegen sich die Atome / Moleküle im
Stoff. Sie prallen gegeneinander und stossen sich auseinander. Je wärmer, sprich
schneller sie sind, umso weiter stossen sie sich auseinander und umso stärker
dehnt sich der Stoff aus. Jeder Stoff dehnt sich unterschiedlich stark aus.
20)
Wie misst das Flüssigkeitsthermometer die Temperatur?
Im Thermometer hat es ein Röhrchen mit einer Flüssigkeit. Je grösser die Temperatur, umso stärker dehnt sich die Flüssigkeit aus und umso höher steigt sie
im Röhrchen hinauf. So kann man mit der Flüssigkeitshöhe die Temperatur ablesen.
21)
Weshalb muss man bei Fertiggerichten die Folien durchstechen oder abziehen, bevor man sie in
der Mikrowelle erwärmt?
Beim Erwärmen dehnt sich die Luft stark aus, sodass die geschlossene Packung platzen würde. Mit Löchern im Deckel oder
ohne Deckel kann die Luft entweichen und die Packung platzt
nicht.
Name:
Energieformen
22)
A 08
Wärmeleitung
A
Stellt man einen Metalllöfel in ein Glas mit heissem Wasser, wird auch der Löfel heiss. Erkläre mit
dem Teilchenmodell, wie die Wärmeleitung hier funktioniert.
Die Wassermoleküle sind heiss, sprich bewegen sich schnell. Sie
stossen gegen die Metallatome am Löffelende und geben kinetische Energie an diese ab, wodurch diese schneller / wärmer
werden. Diese stossen dann gegen die nächsten Metallatome
und geben diesen die kinetische Energie weiter, diese Atome
geben die Energie wieder an die nächsten weiter und so fort.
Dies wird Wärmeleitung genannt.
23)
Erkläre die Begrife Wärmeleiter und Wärmeisolator und nenne jeweils einige Beispiele.
Wärmeleiter sind Stoffe die Wärmeenergie schnell weiterleiten, wie z.B. Aluminium, Eisen, Kupfer.
Wärmeisolatoren sind Stoffe die Wärmeenergie langsam weiterleiten, wie z.B.
Kunststoffe, Holz, Wolle, Luft.
24)
Wieso hält eine Thermoskanne warme Flüssigkeiten warm und kalte Flüssigkeiten kalt?
Thermoskannen sind gute Wärmeisolatoren. Wärmeenergie wird nur sehr langsam durch ihre Wände geleitet. So bleiben warme Flüssigkeiten lange warm,
denn die Wärmeenergie geht nur langsam nach aussen und kalte Flüssigkeiten
bleiben lange kalt, denn die Energie kommt von aussen nur langsam nach innen.
Name:
A 0x
Energieformen
xx)
a
Energie im Alltag
Färbe in der Graik die drei Wasserkreisläufe mit unterschiedlichen Farben ein. Beschrifte folgende
Bestandteile: Kühlturm, Sekundärkreislauf, Kernreaktor, Maschinenhaus, Wärmetauscher, Reaktor
mit Brenn- und Kontrollstäben, Kühlwasserkreislauf, Generator mit Turbine, Primärkreislauf,
Wasserdampf
Kernreaktor
Maschinenhaus
Wärmetauscher
Kühlturm
Primärkreislauf
Sekundärkreislauf
Reaktor mit Brennund Kontrollstäben
xx)
Generator
mit Turbine
Kühlwasserkreislauf
Was geschieht im Kernreator?
Die radioaktiven Atome in den Brennstäben werden mit Neutronen beschossen
und zerfallen in ein zwei Teilkerne und Neutronen, was Wärmeenergie freisetzt.
Diese spalten weitere Atomkerne, so setzt eine Kettenreaktion ein. Diese wird
durch die Atome in den Konstrollstäben kontrolliert / gebremst, indem diese
einen Teil der Neutronen absorbieren.
xx)
Welche Energieumwandlungen inden wo in einem Kernkraftwerk statt?
Kernreaktor wandelt chemische Energie in Wärmeenergie um
Sekundärkreislauf wandelt Wärmeenergie in kinetische Energie um
Generator mit Turbine wandelt kinetische Energie in elektrische Energie um