Energieerhaltungs- satz und Wirkungs- grad
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DOWNLOAD Nabil Gad Energieerhaltungssatz und Wirkungsgrad Nabil Gad Grundwissen Energie 5. – 10. Klasse Bergedorfer® Kopiervorlagen Downloadauszug aus dem Originaltitel: Der Energieerhaltungssatz (1) Energieerhaltungssatz / Wirkungsgrad Das Fadenpendel Würde man das Fadenpendel einmal auf Position bringen, würde es unter Vernachlässigung der ______________________ und des ______________________ unendlich lang zwischen Position _____ und Position _____ schwingen. Die potenzielle Energie (Lageenergie) in Position ist genauso groß wie an Position _____. An Position hat sich die gesamte ____________________________ in kinetische Energie (Bewegungsenergie) umgewandelt. Energieerhaltungssatz In einem geschlossenen System geht keine ____________________ ____ __________ _ verlor verloren. Energieformen beim Skaten aten in der Hal Halfpipe ipe Der Skat Skater besitzt nur p potenzielle enzie Energie. Ein Teil der Lageenergie ist in ________________________________ _____ _ umgewandelt worden. en. ⇒ Der Skater wurde __________________________. ____ __________ Die gesamte ______________________ __ _________________ __ wurde in kinetische Energie umgewandelt. Der Skater hat jetzt die ______________________ Geschwindigkeit. Nun wird durch Energieumwandlung dem Skater wieder ________________________________ zugeführt. Die kinetische Energie in ihm verringert sich allmählich. Nun besitzt der Skater wieder nur noch potenzielle Energie (Lageenergie), denn er hat ja keine ________________________________ mehr. Nabil Gad: Energieerhaltungssatz und Wirkungsgrad © Persen Verlag 1 Der Energieerhaltungssatz (2) Energieerhaltungssatz / Wirkungsgrad Aufgabe 1 Ein Pkw mit einer Masse von 1 300 kg fährt bei einem Crashtest mit 50 km/h gegen eine Wand. a) Berechne die kinetische Energie (Bewegungsenergie) des Fahrzeuges vor dem Aufprall. b) Wie groß ist die kinetische Energie nach dem Aufprall? c) Was ist mit der kinetischen Energie passiert? Aufgabe 2 ner Hö Ein Akrobat mit einer Masse von 85 kg springt aus e einer Höhe nd sschleudert chleudert sein von 2,50 m auf ein Schleuderbrett und seinen Partner in die Höhe. ergiefo ormen, die bei die a) Nenne alle Energieformen, diesem Vorgang auftreten. b) Wie hoch wird sein Partner höchstens geschleudert, wenn dieser die gleiche Masse besitzt? Begründe. c) Berechne die maximal erreichbare Höhe des hochgeschleuderten Partners, der eine Masse von 55 kg hat. Nabil Gad: Energieerhaltungssatz und Wirkungsgrad © Persen Verlag 2 Der Energieerhaltungssatz (3) Energieerhaltungssatz / Wirkungsgrad Aufgabe 1 Anja fährt mit ihrem Schlitten (m = 53 kg) von einem 6 m hohen Hang hinunter. 6m 2m Hinweis: Die Reibung darfst du in deinen Rechnungen vernachlässigen. a) Berechne die kinetische Energie (Bewegungsenergie) im Tal. b) Wie groß ist die kinetische Energie, wenn Anja am Baum vorbeikommt? c) Wie schnell ist Anja, wenn sie am Baum vorbeikommt? Aufgabe 2 Die Kuckucksuhr erhält ihre hre Energie von derr enzapfen (aus Metall). D der beiden Tannenzapfen Diese haben eine von 3,2 kg un n Hand auf eine Höhe von und müssen jew jeweils einmal pro Woche von 0,95 m ______________________ ____ en. werden. 1J=1N·m=1 kg · m2 = 1 Ws s2 rd der Kuckucksuhr K uhr zugeführt? a) Welche Energieform wird elche En rgieform wird die zugeführte Energie umgewandelt? b) In welche Energieform ed c) Berechne die Energie, die der Kuckucksuhr zugeführt wird. d) Vergleiche dein Ergebnis aus c) mit einer heutigen batteriebetriebenen Wanduhr, die in 52 Wochen eine Energiemenge von 450 mWh (1,5 V Batterie mit 300 mA) benötigt. Nabil Gad: Energieerhaltungssatz und Wirkungsgrad © Persen Verlag 3 Der Wirkungsgrad Energieerhaltungssatz / Wirkungsgrad Aufgabe 1 Eine Bohrmaschine wird durch einen ______________________ angetrieben. Elektromotoren wurden erfunden, um elektrische Energie in _______________________________ umzuwandeln. Ein Teil der elektrischen Energie wird jedoch auch unerwünscht in __________________ _____________ umgewandelt. Man spricht von Energieentwertung. Um auf einen Blick zu sehen, wie gut ein ___________________________________ arbeitet, hat man als Kennzahl den Wirkungsgrad zen der zugeführten eingeführt. Der _______________________________ gibt dabei an, wie viel Prozent Energie in die gewünschte/nutzbare Energieform umgewandelt wird. Aufgabe 2 Vervollständige die Tabelle. Energiewandler Bohrmaschine Zugeführte Energie Nutzbare utzbare Energie E ergie Entwertete Energie Elektrische Energie gie 1800 0 kJ Kinetisch En Kinetische Energie 1440 14 kJ Thermische er e Ene Energie rgie Strahlungsenergie Glühlampe WirkungsWirkung grad ɳ (Eta) 10% 216 kJ 2 EnergieEnerg sparlampe parlampe Ottomotor 25% 29 kJ Chemische che Ene Energie 25 % 304 MJ 35% Dieselmotor motor 304 MJ Aufgabe 3 Angenommen, es gibt Außerirdische, die nichts über unsere Welt wüssten. Ein Außerirdischer besucht die Erde und betritt ein Lampenfachgeschäft. Er sagt zum Verkäufer: „Ich hätte gern auch 10 von diesen an der Decke hängenden Heizungen.“ Erkläre, wie der Außerirdische auf diese komische Idee kommt. Nabil Gad: Energieerhaltungssatz und Wirkungsgrad © Persen Verlag 4 bringen, würde ürde ist genauso groß wie an Position _____. An Position on Nabil Gad: Energieerhaltungssatz und Wirkungsgrad © Persen Verlag Nabil Gad: Grundwissen Energie Nabil Gad: Energieerhaltungssatz und Wirkungsgrad ©©Persen Verlag Persen Verlag Geschwindigkeit ________________________________ mehr. Nun besitzt der Skater wieder nur noch potenzielle Energie (Lageenergie), denn er hat ja keine zugeführt. Die kinetische Energie in ihm verringert sich allmählich. potenzielle Energie Nun wird durch Energieumwandlung dem Skater wieder ________________________________ maximale Energie umgewandelt. Der Skater hat jetzt die ______________________ Geschwindigkeit. Energie _________________ wurde in kinetische potenzielle Die gesamte ______________________ beschleunigt wurde __________________________. umgewandelt worden. ⇒ Der Skater kinetische Energie ________________________________ Ein Teil der Lageenergie ist in Energie. Der Skater besitzt nur potenzielle Energieformen beim Skaten in der Halfpipe Energie In einem geschlossenen System geht keine ____________________ verloren. Energieerhaltungssatz Energie (Bewegungsenergie) umgewandelt. potenzielle Energie tische hat sich die gesamte ____________________________ in kinetische in Position geene ie) und Position _____ schwingen. Die potenzielle Energie (Lageenergie) Luftwiderstands sition _____ __ ______________________ unendlich lang zwischen Position 1 Energieerhaltungssatz / Wirkungsgrad gsgrad Reibung es unter Vernachlässigung der ______________________ ____ und des Würde man das Fadenpendel einmal auf Position Das Fadenpendel Der Energieerhaltungssatz (1) Nabil Gad: Grundwissen Nabil Gad: Energieerhaltungssatz rhaltungssa Energie und Wirkungsgrad ©© Persen Verlag Persen Verlag erechne die maximal e c) Berechne erreichbare Höhe des hochgeschleuderten Partners, der eine Masse von ha 55 kg hat. Epot1 = Epot2 ⇒ m1 · g · h1 = m2 · g · h2 ⇒ h2 = m1 ·h1 = 3,86 m m2 Verformungsenergie umgewandelt worden ist. Verformungse Er wird höch eschleud höchstens auf 2,50 m geschleudert, da ein kleinerer Anteil der Energie in e hoc chstens geschleudert, we b) Wie hoch wird se sein Partner höchstens wenn dieser die gleiche Masse besitzt? ründe. Begründe. Ver e umgewandelt. Verformungsenergie Ein kleinerer zu vernachlässigender nachlässigend Teil wird in weitergeleitett und beförde befördert diesen in die Höhe. das Schleuderbrett derbrett an den anderen Akrobaten kinetische Energie umgew umgewandelt – diese wird über Ein Großteil der poten potenziellen Energie wird in roßteil d enne alle Energieformen, ergieformen, die bei diesem Vorgang auftrea) Nenne ten. Ein Akrobat mit e einer Masse von 85 kg springt aus einer Höhe von 2,50 m auf ein Schleuderbrett und schleudert seinen Partner in die Höhe. Auf e2 Aufgabe Energieerhaltungssatz / Wirkungsgrad Die D gesamte kinetische Energie ist in Verformungsenergie umgewandelt worden. c) Wa Was ist mit der kinetischen Energie passiert? Ekin = 0 kJ b) Wie groß ist die kinetische Energie nach dem Aufprall? Ekin = 125,22 kJ a) Berechne die kinetische Energie (Bewegungsenergie) des Fahrzeuges vor dem Aufprall. Ein Pkw mit einer Masse von 1 300 kg fährt bei einem Crashtest mit 50 km/h gegen eine Wand. Aufgabe 1 Der Energieerhaltungssatz (2) Lösungen 5 Nabil Gad: Energieerhaltungssatz und Wirkungsgrad © Persen Verlag 1J=1N·m=1 kg · m2 = 1 Ws s2 Nabil Gad: Grundwissen Energie Nabil Gad: Energieerhaltungssatz und Wirkungsgrad ©© Persen Verlag Persen Verlag Diese wird für den Antrieb des Uhrwerks und des Kuckucks benötigt. Die Kuckucksuhr benötigt in etwa die doppelte Energiemenge. d) Vergleiche dein Ergebnis aus c) mit einer heutigen batteriebetriebenen Wanduhr, die in 52 Wochen eine Energiemenge von 450 mWh (1,5 V Batterie mit 300 mA) benötigt. 3 600 Pro Woche ⇒ 450 mWh : 52 = 8,7 mWh ⇒ 8,7 · = 31,32 Ws 1 000 E = W = m · g · h = 6,4 · 9,81 · 0,95 = 59,6 J = 59,6 Ws c) Berechne die Energie, die der Kuckucksuhr zugeführt wird. Kinetische Energie b) In welche Energieform wird die zugeführte Energie umgewandelt? Potenzielle Energie (Lageenergie) a) Welche Energieform wird der Kuckucksuhr zugeführt? hochgezogen 0,95 m ______________________ werden. von 3,2 kg und müssen jeweils einmal pro Woche von Hand auf eine Höhe von Masse Abwärtsbewegung der beiden Tannenzapfen (aus Metall). Diese haben eine Die Kuckucksuhr erhält ihre Energie von der Aufgabe 2 c) Wie schnell ist Anja, wenn sie am Baum vorbeikommt? 1 1 2 Ekin = · m · v2 = 2,08 kJ ⇒ · 53 · v2 = 2,08 ⇒ v2 = 2 080 · ⇒ v2 = 78,5 2 2 53 m ⇒ v = 78,5 ⇒ v = 8,86 ⇒ v = 31,9 km / h s Ekin = Epot = m · g · (h1 – h2) = 2,08 kJ eikommt? b) Wie groß ist die kinetische Energie, wenn Anja am Baum vorbeikommt? Ekin = Epot = m · g · h1 = 3,12 kJ a) Berechne die kinetische Energie (Bewegungsenergie) im m Tal Tal. lässigen. Hinweis: Die Reibung darfst du in deinen Rechnungen vernach- 2m 869 69 MJ Chemische ische Energie 1 216 21 MJ Chemische En Energie 9 kJ 29 304 MJ Kinetische Energie 304 MJ Kinetische Energie 7,25 kJ Strahlungsenergie 565 MJ Thermische Energie 912 MJ Thermische Energie 21,75 kJ Thermische Energie 194,4 kJ 21,6 kJ Elektrische Energie Thermische Energie Strahlungsenergie 360 kJ Thermische Energie 216 kJ Kinetische Energie 1440 kJ Elektrische Energie 1800 kJ Entwertete Energie Elektrische Energie Nutzbare Energie Zugeführte Energie 35% 25 % 25% 10% 80 % Nabil Gad: Grundwissen Nabil Gad: Energieerhaltungssatz haltungssat Energie und Wirkungsgrad ©© Persen Verlag Persen Verlag senergie umgew Strahlungsenergie umgewandelt wird. der elektrisc elektrischen Energie be bedeutend mehr in thermische Energie als in Der Wirkungsgrad kungsgrad von Glühlampen ist so gering, dass bei der Umwandlung Wirkungsgrad ɳ (Eta) Angenommen, ommen, es gibt gib Außerirdische, he, die nichts über unsere Welt wüssten. ßerirdischer besucht be e und betritt ein Lam Ein Außerirdischer die Erde Lampenfachgeschäft. Er sagt zum Verkäufer: Ich hätte gern auch au 10 von diesen an der Decke hängenden Heizungen.“ „Ich Au Erkläre, wie der Außerirdische auf diese kom komische Idee kommt. Aufgabe 3 Die elm Dieselmotor Ottomotor Energiesparlampe Glühlampe mp Bohrmaschine Ener Energiendler wandler Vervollstän Vervollständige die Tabelle. Aufga Aufgabe 2 E Energie in die gewünschte/nutzbare Energieform umgewandelt wird. Wirkungsgrad eingeführt. Der _______________________________ gibt dabei an, wie viel Prozent der zugeführten Energiewandler (z. B. Maschine) gut ein ___________________________________ arbeitet, hat man als Kennzahl den Wirkungsgrad Energie _____________ umgewandelt. Man spricht von Energieentwertung. Um auf einen Blick zu sehen, wie thermische umzuwandeln. Ein Teil der elektrischen Energie wird jedoch auch unerwünscht in __________________ kinetische Energie Elektromotoren wurden erfunden, um elektrische Energie in _______________________________ Elektromotor Eine Bohrmaschine wird durch einen ______________________ angetrieben. Energieerhaltungssatz / Wirkungsgrad Aufgabe 1 Der Wirkungsgrad Anja fährt mit ihrem Schlitten (m = 53 kg) von einem 6 m hohen Hang hinunter. 6m Energieerhaltungssatz / Wirkungsgrad gsgrad Aufgabe 1 Der Energieerhaltungssatz (3) Lösungen 6 ® Bergedorfer Weitere Downloads, E-Books und Print-Titel des umfangreichen Persen-Verlagsprogramms finden Sie unter www.persen.de Hat Ihnen dieser Download gefallen? Dann geben Sie jetzt ertung auf www.persen.de direkt bei dem Produkt Ihre Bewertung ungen m it. ab und teilen Sie anderen Kunden Ihre Erfahrungen mit. © 2012 Persen Verlag, Buxtehude ehude AAP Lehrerfachverlagee GmbH Alle Rechte vorbehalten. ehalten. 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Grafik: Seite 1: Konstruktion Fadenpendel © Satzpunkt Ewert GmbH, Halfpipe © pixel&korn – Fotolia.com; Seite 2: Crashtest © Sergey Drozdov – Fotolia.com, Wippe © Marion El-Khalafawi; Seite 3: Konstruktion Hügel und Schlitten © Satzpunkt Ewert GmbH, Kuckucksuhr © askaja – Fotolia.com Satz: Satzpunkt Ursula Ewert GmbH, Bayreuth Bestellnr.: 21001DA4 www.persen.de
