Übungsaufgaben Energie - Technologie in der Klasse 12

Übungsaufgaben Energie
Name:
Klasse:
Blatt 1/3
Datum:
Bitte kreuzen Sie die richtige(n) Antwort(en) an (bitte genau lesen!!):
c Feuer erzeugt Energie in Form von Wärme.
r Energie geht niemals verloren.
r Der Wirkungsgrad hat die Einheit [η] = 1.
c Arbeit hat die Einheit Watt (in W) und Energie die Einheit Newtonmeter (in Nm).
r Energie ist die gespeicherte Form von Arbeit.
r W = F*s drückt die mechanische Arbeit aus.
r Arbeit wird dann verrichtet, wenn eine Masse einen Höhenunterschied überwindet.
c Eine Kugel verrichtet dann Arbeit, wenn sie 100m mit konstanter Geschwindigkeit
auf einer Ebene rollt.
r Eine Glühlampe hat einen Wirkungsgrad von < 10 %, das heißt, 90 % geht in
Wärmeenergie über.
r Es gibt viele verschiedene Formen von Energie.
Pumpspeicherkraftwerk
In einem Pumpspeicherkraftwerk, siehe
Skizze, kann eine große Energiemenge
gespeichert werden, die dann bei Bedarf
kurzfristig zur Verfügung steht. Dazu
fördern elektrische Pumpen Wasser von einem
Talsee in einen Bergsee (Energiespeicherung)
und wandeln sie beim Leeren des Bergsees in
Turbinen in elektrische Energie um. Der
Höhenunterschied zwischen Bergsee und
Pumpturbine beträgt 80 m.
a) Welche Energieform wird zur Speicherung genutzt?
Potentielle Energie (Epot), indem das Wasser um 80 m angehoben wird.
b) Welche Geschwindigkeit hat das Wasser, wenn es bei der Pumpturbine ankommt?

2
m
Lösung: v= 1600⋅ 2 (Lassen Sie sich nicht durch diese Schreibweise verwirren!)
s
c) Wie groß ist die gesamte Energie des Wassers auf halber Strecke? Begründen Sie ihre
Antwort! Die Energie auf halber Strecke bleibt entspricht gleich der Gesamtenergie!
Verluste werden ausgeschlossen. Hier genügt eine qualitative Betrachtung.
Gasherd oder Elektroherd?
Sie möchten eine Küche neu einrichten. Beim Herdkauf diskutieren Sie mit dem Verkäufer
darüber, welcher Herdtyp energieressourcenschonender ist. Der Verkäufer beruft sich auf
Wikipedia und zeigt ihnen, dass der Wirkungsgrad eines Elektroherdes höher ist, als der
eines Gasherdes (siehe Tabelle). (Bitte eigene Gedanken machen!)
Übungsaufgaben Energie
Name:
Klasse:
Wärmeproduktion
Aufgewandte Nutzenergie
Energie
Wirkungsgrad
in %
Gasherd
chemisch
thermisch
30-40
Elektroherd
elektrisch
thermisch
50-60
Blatt 2/3
Datum:
Tabelle 1: Auszug Wikipedia zum Stichwort: Wirkungsgrad (04.2010)
Ist somit ein Elektroherd energieressourcenschonender als ein Gasherd? Begründen Sie
ihre Antwort!
Was wird bei der Argumentation vom Verkäufer berücksichtigt bzw. nicht berücksichtigt?
U-Rohr
h
A
B
C
0
In einem U-Rohr befindet sich eine Flüssigkeit mit der Dichte
ρ = 14 g/cm3 . Diese wird um die Höhe h = 200 mm ausgelenkt
und anschließend schlagartig "losgelassen",
so dass die Flüssigkeit im U-Rohr pendelt. Die
Querschnittsfläche des U-Röhrchens beträgt A = 0,01 m²
a) Wie groß ist die Masse der Flüssigkeit, die sich zwischen den Punkten A und B
befindet?
Masse m = 28.000 g = 28 kg
b) Stellen Sie die Gleichung der Gesamtenergie für dieses System auf. Wie groß ist
die Gesamtenergie?
Epot = 28 Nm
c) In welchem Punkt ist die kinetische Energie am größten?
Im Punkt B ist die kinetische Energie am größten!
Rollbahn:
Eine Kugel rollt auf der Bahn (s. Bild). Im Punkt A
hat sie eine Geschwindigkeit von 0,50 m/s.
Berechnen Sie die Geschwindigkeit v
a) im Punkt B (g = 10 m/s2), vB = 4,03m/s
b) im Punkt C. (Reibung und Rotationsenergie
werden vernachlässigt.) vC = 2,87m/s
Übungsaufgaben Energie
Name:
Klasse:
Blatt 3/3
Datum:
Bergsteigen:
Ein Schüler mit der Masse von 80 kg besteigt einen 120 m hohen Hügel.
a) Um wie viel steigt dabei seine potentielle Energie?
Die potentielle Energie steigt um 94,2 kJ
b) Woher kommt diese Energie?
Der Körper des Schülers besitzt einen Wirkungsgrad von 20%. Der Student muss also 100 J
chemische Energie einsetzen, um 20 J mechanische Energie zu erzeugen. Die restlichen
80 J werden in Wärmeenergie umgewandelt.
c) Wie viel chemische Energie muss der Schüler beim Bergsteigen aufwenden?
∆Echem = 5∙∆Epot = 5∙(94,2kJ) = 471 kJ