Energiediagramme!

Kompetenztage 7
Energie
Energiediagramme!
Energie strömt nicht alleine, sie braucht immer einen Träger.
Energieumwandler
Energieträger sind zum Beispiel:
Benzin, Nahrungsmittel
für
chemische Energie,
elektrischer Strom
für
elektrische Energiediagramm
Licht
für
Lichtenergie
bewegte Luft
für
Bewegungsenergie
fließende
Energieart
usw. .
Energieumwandlungen (Energeiumladungen) lassen sich übersichtlich in Energiediagrammen
(Energiefluss-Diagrammen) darstellen.
Beispiele:
1) Glühlampe
2) Föhn:
Ordne die Begriffe an die richtige Stelle im Energiediagramm!
Rotationsenergie
Bewegungsenergie
Wärme
3) Waschmaschine:
Rotationsenergie
Wärme
Waschmaschine
Bewegungsenergie
4
elektrische
Energie
Arbeitsblätter – PV
1a
Energie Klasse 7
Durchführung:
1.
2.
3.
Baue die Schaltung entsprechend dem Schaltbild auf.
Lockere drei der Glühbirnen im Beleuchtungsmodul.
Überprüfe, ob nur eine Birne leuchtet.
Lege das Beleuchtungsmodul auf die Solarzelle.
Beobachte die Drehgeschwindigkeit des Motors!
Wiederhole dies mit 2, 3 und 4 Lampen im Beleuchtungsmodul!
Halte deine Ergebnisse fest.
(Der Motor dreht sich: nicht, langsam, schnell, sehr schnell)
Lampenzahl
1
2
3
4
Motor
Hinweis: Das Beleuchtungsmodul sollte nicht zu lang auf der Solarzelle stehen,
um das Erwärmen der Solarzelle zu verhindern.
Auswertung:
Was verändert man an dem Beleuchtungsmodul, wenn man einige Lampen entfernt?
________________________________________________________________
Wann hat sich der Motor am schnellsten gedreht ?
________________________________________________________________
Zusammenhang zwischen Leistung bzw. Energie und Beleuchtungsstärke:
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
Ordne die Begriffe der passenden Stelle im Energiediagramm zu:
Lampe
Motor
Lichtenergie
Solarzelle
elektrische
Energie
elektrische
Energie
Arbeitsblätter – PV
2a
Energie Klasse 7
2a. Abhängigkeit der Leistung von der Fläche der Solarzelle
Grundeinheit
Material:
Beleuchtungsmodul
Motor mit
Farbscheibe
Abdeckplatten
Netzteil, 7,5 V
Solarmodul groß
0,5 V 840 mA
Aufbau:
Power Box
PV_3
Arbeitsblätter – PV
2a
Energie Klasse 7
2a Durchführung:
1.
2.
3.
Baue die Schaltung entsprechend dem Schaltbild auf.
Decke die Solarzelle mit drei Plättchen ab ( ¾ Abdeckung)
Statt dem Beleuchtungsmodul ( vier Birnen leuchten) kannst Du
zur Beleuchtung des Solarmoduls auch das Sonnenlicht nutzen.
Beobachte die Drehgeschwindigkeit des Motors!
Wiederhole dies mit zwei und mit einem Plättchen.
Halte deine Ergebnisse fest.
(Der Motor dreht sich: nicht, langsam, schnell, sehr schnell)
Abdeckung
keine
¼
½
¾
Motor
Hinweis: Das Beleuchtungsmodul sollte nicht zu lang auf der Solarzelle stehen,
um das Erwärmen der Solarzelle zu verhindern.
Auswertung:
Fragen:
Was verändert man an der Solarzelle, wenn man einen Teil davon abdeckt?
________________________________________________________________
Wann hat sich der Motor am schnellsten gedreht ?
________________________________________________________________
Zusammenhang zwischen Leistung (Energie) und Fläche:
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
PV_4
Power Box
Arbeitsblätter – PV
2a
Energie Klasse 7
Setze die Symbole (Pfeile und Kreise passend zum Experiment 2a zusammen und
ordne die Begriffe zu.
PV_5
Power Box
Zum Ausschneiden:
Motor
Rotationsenergie
Solarzelle
Bewegungsenergie
Lichtenergie
elektrische
Energie
Lichtenergie
elektrische
Energie
Lampe
Arbeitsblätter – PV
3a
3a. Solarzelle und Seilwinde
Material:
Energie Klasse 7
Grundeinheit
Gewicht mit Figur
Abdeckplatten
Aufbau:
Motor mit Getriebe
und Seil
Solarmodul groß
0,5 V 840 mA
Solarmodul klein
0,5 V 420 mA
Reicht das Licht im Saal nicht aus, verwende
die Lampe aus der Power Box.
PV_6
Power Box
Arbeitsblätter – PV
3a
Energie Klasse 7
3a Durchführung:
1.
2.
3.
Baue die Schaltung entsprechend dem Schaltbild auf.
Wickle das Seil von der Rolle ab und hänge die Figur (das Gewicht) an.
Falls das Licht im Raum nicht ausreicht, beleuchte die Solarmodule mit
Der Lampe aus der Power Box.
Beobachte was passiert!
Schreibe auf, welche Energieformen kommen im Experiment vor.
Auswertung:
Beobachtung
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Energieformen:
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Zeichne ein passendes Energiediagramm oder schneide die Symbole auf
dem nächsten Blatt aus, klebe sie auf und beschrifte die Syambole.
Power Box
PV_7
Arbeitsblätter – PV
3a
Energie Klasse 7
Zum Ausschneiden:
Motor
Rotationsenergie
Solarzelle
Bewegungsenergie
Lichtenergie
elektrische
Energie
Lichtenergie
elektrische
Energie
Lampe
Motor
Lageenergie
Zum Ausschneiden:
Motor
Rotationsenergie
PV_8
Solarzelle
Bewegungsenergie
Lichtenergie
elektrische
Energie
Lichtenergie
elektrische
Energie
Lampe
Motor
Lageenergie
Power Box
Arbeitsblätter – Wind
2a
Energie Klasse 7
2. Vergleich von Windrädern mit zwei und mit drei Rotorblättern
Die Rotorblatthalterungen mit einem Anstellwinkel von 25° verwenden.
Die flache Seite der Rotorblätter nach unten in die Halterung einsetzen.
Motor mit Farbscheibe
Wind_2
Generatorgrundplatte
Power Box
Arbeitsblätter – Wind
2a
Energie Klasse 7
2a Durchführung:
Mit diesem Experiment vergleichen wir die Fähigkeit von Windrädern mit zwei
und drei Flügeln die Energie des Windes zu nutzen.
Wir versuchen herauszufinden, ab welcher Windgeschwindigkeit das Windrad
genügend elektrische Energie bereitstellt, damit sich der Motor mit Farbscheibe dreht.
1.
2.
3.
4.
Baue die Versuchsanordnung entsprechend den Bildern auf.
Stelle die Spannung am PowerModule auf den niedrigsten Wert ( - Taste).
Erhöhe die Spannung langsam um jeweils 0,5 Volt (jeweils einmal auf + drücken).
Gib dem Windrad einen kleinen Stoß und schaue, ob es sich von selbst dreht.
Dreht sich das Windrad, warte kurz und beobachte, ob sich der Motor dreht.
Beginnt er sich noch nicht zu drehen, wiederhole ab Punkt 3.
Auswertung:
Schreibe den Spannungswert für
drei Flügel: …............
zwei Flügel: …............
auf.
Die zugehörige Windgeschwindigkeit kann aus der Tabelle, bzw dem Diagramm auf
Seite Wind_4 abgelesen werden.
Schreibe auf, welche Energieformen im Experiment vorkommen.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Ordne die Begriffe der passenden Stelle im Energiediagramm zu:
Rotor
Generator
Rotationsenergie
Rotationsenergie
Power Box
Bewegungsenergie Wind
Bewegungsenergie
elektrische
Energie
Lichtenergie
elektrische
Energie
Motor
Wind_3
Arbeitsblätter – Wind
Energie Klasse 7
Eichkurve
PowerModule-Spannung und Windgeschwindigkeit
Tasteneinstellung
5,5
6
6,5
7
7,5
8
8,5
9
9,5
10
10,5
11
11,5
12
d = 5 cm
v in
m/s
3,3
3,7
4,1
4,5
4,9
5,2
5,5
5,8
6,1
6,4
6,6
6,9
7,2
7,4
d = 10 cm
v in
m/s
3,3
3,7
4,1
4,4
4,8
5,2
5,5
5,8
6,1
6,4
6,6
6,9
7,1
7,4
d = 20 cm
v in
m/s
3,2
3,5
3,9
4,3
4,6
4,9
5,3
5,6
5,9
6,1
6,4
6,6
6,9
7,1
Eichkurve Windgeschwindigkeit
8,0
7,0
Windgeschwindigkeit in m/s
6,0
5,0
4,0
3,0
d = 5 cm
2,0
d = 10 cm
d = 20 cm
1,0
0,0
4,5
5
5,5
6
6,5
7
7,5
8
8,5
9
9,5
10
10,5
11
11,5
Einszellungam
amNetzteil
Netzteil(Spannung
( Spannung
Einstellung
in in
V)V)
Wind_4
Power Box
12
Arbeitsblätter – Brennstoffzelle 1
1. Reversible Brennstoffzelle
-
Energie Klasse 7
Brennstoffzellenauto
mit Handgenerator
Was brauche Ich?
Für diesen Versuch benötigst du:
1.
Einen Handgenerator
2.
destilliertes Wasser
3.
Reversible Brennstoffzelle
mit einen Wassertank
4.
ein Versuchsauto mit Motor
Was muss Ich machen?
Du befüllst beide Hälften des Wassertanks bis zum Rand des
kleinen Röhrchens mit destilliertem Wasser.
Es sollte nun so aussehen wie links auf dem Bild.
Anschließend verschließt du den Wassertank mit den
weißen Deckeln.
Verwende ausschließlich destilliertes Wasser!
Andernfalls wird die Brennstoffzelle zerstört!
Es darf keine Luft in den Speicherzylindern sein!
Nun drehst du die Zelle um.
- Schutzbrille tragen,
- kein offenen Flammen,
- Rauchverbot!
- für ausreichende Belüftung sorgen
Dann verkabelst du den Handgenerator mit der Brennstoffzelle.
Dazu benutzt du das rote und das schwarze Kabel.
Die Farbe des Kabels muss zu seiner Anschlussstelle passen!
Drehe nun die Kurbel des Handgenerators etwa eine halbe Minute!
Schau dir die beiden Wassertanks genau an.
Drehe nun die Kurbel des Handgenerators weiter und
notiere alle zwei Minuten die Gasmenge in beiden Zylindern!
Arbeite so weiter, bis einer der Zylinder mit etwas mehr
als 12 ml Gas gefüllt ist.
Ziehe die Kabel von der Zelle ab.
Power Box
Wasserstoffenergie_1
Arbeitsblätter – Brennstoffzelle 1
Energie Klasse 7
Messwerte Elektrolyse:
Ergänze die Tabelle, falls nötig!
Zeit in
[min]
Gasvolumen an der Kathode
(schwarz) [ml]
Gasvolumen an der Anode
(rot) [ml]
0
1
2
3
In welchem Mengenverhältnis stehen die beiden Gase zueinander?
…......................................................................................................................................
…......................................................................................................................................
Information 1:
Wasserstoff herstellen:
Wasserstoff lässt sich am einfachsten aus dem Wasser (H2O) gewinnen. Man spaltet
das Wasser in seine Bestandteile auf: Wasserstoff ( H2 ) und Sauerstoff ( O2 ).
Dazu muss elektrische Energie aufgewendet werden.
Ordne die Begriffe richtig zu.
Chemische Energie
Wasserstoff und Sauerstoff
Bewegungsenergie
Wasserstoffenergie_2
Brennstoffzelle
+ Wasser
Generator
elektrische
Energie
Wärme
Power Box
Arbeitsblätter – Brennstoffzelle 1
Information 2a:
Energie Klasse 7
Vergleich herkömmliches Auto - Wasserstoffauto
Zunächst wollen wir uns den Antrieb der Gegenwart betrachten:
Herkömmliches Auto:
Hier nutzen wir Benzin oder Diesel als Energiequelle.
Information 2b:
Wasserstoff – Antrieb der Zukunft
Nun betrachten wir das Auto der Zukunft Die erste Serienproduktion eines Brennstoffzellenautos beginnt 2015.
Was macht die Brennstoffzelle beim Fahren des Autos:
Brennstoffzelle
Chemische Energie
Wasserstoff und Sauerstoff
elektrische
Energie
Elektromotor
67
Bewegungsenergie
Power Box
Wärme
Wasser
Wasserstoffenergie_3
Arbeitsblätter – Brennstoffzelle 1
Energie Klasse 7
Wasserstoff als Energieträger
Jetzt stellst du die Brennstoffzelle mit
dem Gasspeicher auf das Versuchsauto.
Achte darauf, dass sie richtig in
der Verankerung verhakt ist!
Die Räder in der Kurvenstellung einrasten.
Nimm die Stoppuhr aus dem Einsatz.
Stelle das Auto auf eine große Fläche mit
ausreichend Platz.
Stecke die Kabel in die farblich passenden
Buchsen.
Starte gleichzeitig die Stoppuhr und miss
die Dauer der Autofahrt.
Bestimme den Radius der Kreisfahrt und
die Anzahl der gefahrenen Runden
Achtung:
Nach der Benutzung der Brennstoffzelle muss sie entleert und
zur Trocknen offen abgestellt werden.
Wasserstoffenergie_4
Power Box