Energiediagramme! - Energieagentur Rheinland-Pfalz · Motor mit Getriebe und Seil Abdeckplatten...

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Kompetenztage 7 Energie Energiediagramme! Energie strömt nicht alleine, sie braucht immer einen Träger. Energieträger sind zum Beispiel: Benzin, Nahrungsmittel für chemische Energie, elektrischer Strom für elektrische Energiediagramm Licht für Lichtenergie bewegte Luft für Bewegungsenergie 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! 3) Waschmaschine: 4 Bewegungs- energie Wärme Rotations- energie elektrische Energie Waschmaschine Wärme Rotationsenergie Bewegungs- energie Energieumwandler fließende Energieart

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Kompetenztage 7 Energie

Energiediagramme!Energie strömt nicht alleine, sie braucht immer einen Träger.

Energieträger sind zum Beispiel:

Benzin, Nahrungsmittel für chemische Energie,

elektrischer Strom für elektrische Energiediagramm

Licht für Lichtenergie

bewegte Luft für Bewegungsenergie

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!

3) Waschmaschine:

4

Bewegungs-energie

WärmeRotations-energie

elektrischeEnergie

Waschmaschine

WärmeRotationsenergie

Bewegungs-energie

Energieumwandler

fließende Energieart

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Arbeitsblätter – PV 1a Energie Klasse 7

Durchführung:

1. Baue die Schaltung entsprechend dem Schaltbild auf.

Lockere drei der Glühbirnen im Beleuchtungsmodul.

Überprüfe, ob nur eine Birne leuchtet.

2. Lege das Beleuchtungsmodul auf die Solarzelle.

Beobachte die Drehgeschwindigkeit des Motors!

3. Wiederhole dies mit 2, 3 und 4 Lampen im Beleuchtungsmodul!

Halte deine Ergebnisse fest.

(Der Motor dreht sich: nicht, langsam, schnell, sehr schnell)

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:

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Lampenzahl 1 2 3 4

Motor

Lampe Lichtenergie elektrischeEnergie

Ordne die Begriffe der passenden Stelle im Energiediagramm zu:

SolarzelleMotor

elektrischeEnergie

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Power Box

Arbeitsblätter – PV 2a Energie Klasse 7

2a. Abhängigkeit der Leistung von der Fläche der Solarzelle

Material:

Solarmodul groß0,5 V 840 mA

Beleuchtungsmodul

Grundeinheit

Motor mit Farbscheibe

Netzteil, 7,5 V

Aufbau:

Abdeckplatten

PV_3

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PV_4 Power Box

Arbeitsblätter – PV 2a Energie Klasse 7

2a Durchführung:

1. 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.

2. Beobachte die Drehgeschwindigkeit des Motors!

3. Wiederhole dies mit zwei und mit einem Plättchen.

Halte deine Ergebnisse fest.

(Der Motor dreht sich: nicht, langsam, schnell, sehr schnell)

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:

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

Abdeckung keine ¼ ½ ¾

Motor

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LampeLichtenergie

elektrischeEnergie

Bewegungs-energie

Setze die Symbole (Pfeile und Kreise passend zum Experiment 2a zusammen und

ordne die Begriffe zu.

SolarzelleMotor Lichtenergie

Rotations-energie

elektrischeEnergie

Arbeitsblätter – PV 2a Energie Klasse 7

Power Box PV_5

Zum Ausschneiden:

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Power Box

Arbeitsblätter – PV 3a Energie Klasse 7

3a. Solarzelle und SeilwindeMaterial:

Solarmodul groß0,5 V 840 mA

Grundeinheit

Motor mit Getriebeund Seil

Abdeckplatten

PV_6

Solarmodul klein0,5 V 420 mA

Gewicht mit Figur

Aufbau:

Reicht das Licht im Saal nicht aus, verwende

die Lampe aus der Power Box.

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PV_7Power Box

Arbeitsblätter – PV 3a Energie Klasse 7

3a Durchführung:

1. 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.

2. Beobachte was passiert!

3. 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.

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LampeLichtenergie

elektrischeEnergie

Bewegungs-energie

SolarzelleMotor Lichtenergie

Rotations-energie

elektrischeEnergie

Arbeitsblätter – PV 3a Energie Klasse 7

Power BoxPV_8

Zum Ausschneiden:

Lageenergie

Motor

LampeLichtenergie

elektrischeEnergie

Bewegungs-energie

SolarzelleMotor Lichtenergie

Rotations-energie

elektrischeEnergie

Zum Ausschneiden:

Lageenergie

Motor

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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.

Wind_2

GeneratorgrundplatteMotor mit Farbscheibe

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Wind_3Power 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. Baue die Versuchsanordnung entsprechend den Bildern auf.2. Stelle die Spannung am PowerModule auf den niedrigsten Wert ( - Taste).

3. 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.

4. 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.

________________________________________________________________

________________________________________________________________

RotorelektrischeEnergie

Bewegungs-energie

Ordne die Begriffe der passenden Stelle im Energiediagramm zu:

Generator

MotorLichtenergieRotations-energie

elektrischeEnergie

Rotations-energie

Bewegungs-energie Wind

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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 cmv 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 cmv 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 cmv 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

4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 10,5 11 11,5 120,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

Eichkurve Windgeschwindigkeit

d = 5 cm

d = 10 cm

d = 20 cm

Einszellung am Netzteil ( Spannung in V)

Win

dg

es

chw

ind

igke

it in

m/s

Einstellung am Netzteil (Spannung in V)

Wind_4 Power Box

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Wasserstoffenergie_1Power Box

Arbeitsblätter – Brennstoffzelle 1 Energie Klasse 7

1. Reversible Brennstoffzelle - 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.

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Zeit in [min]

Gasvolumen an der Kathode (schwarz) [ml]

Gasvolumen an der Anode (rot) [ml]

0

1

2

3

Information 1: Wasserstoff herstellen:Wasserstoff lässt sich am einfachsten aus dem Wasser (H

2O) gewinnen. Man spaltet

das Wasser in seine Bestandteile auf: Wasserstoff ( H2 ) und Sauerstoff ( O

2 ).

Dazu muss elektrische Energie aufgewendet werden.

Ordne die Begriffe richtig zu.

Messwerte Elektrolyse:

Ergänze die Tabelle, falls nötig!

In welchem Mengenverhältnis stehen die beiden Gase zueinander?

…......................................................................................................................................

…......................................................................................................................................

Arbeitsblätter – Brennstoffzelle 1 Energie Klasse 7

Chemische EnergieWasserstoff und Sauerstoff

Bewegungs-energie

Generator elektrischeEnergie

Wärme+ Wasser

Brennstoff-zelle

Wasserstoffenergie_2 Power Box

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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:

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Information 2a: Vergleich herkömmliches Auto - Wasserstoffauto

Zunächst wollen wir uns den Antrieb der Gegenwart betrachten:

Herkömmliches Auto: Hier nutzen wir Benzin oder Diesel als Energiequelle.

Chemische EnergieWasserstoff und Sauerstoff

Bewegungs-energie

ElektromotorelektrischeEnergie

Wärme Wasser

Brennstoff-zelle

Wasserstoffenergie_3Power Box

Arbeitsblätter – Brennstoffzelle 1 Energie Klasse 7

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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.

Arbeitsblätter – Brennstoffzelle 1 Energie Klasse 7

Wasserstoffenergie_4 Power Box