NN zu einer nachhaltigen Mobilität Modul Nachhaltige Mobilitaet.pdf · 2 Viskosität und...

NN

Beiträge der Chemie

zu einer nachhaltigen

Mobilität

Entwickelt im Rahmen des Projektes

Überblick über das Schülerlaborangebot

Beiträge der Chemie zu einer nachhaltigen Mobilität

Die folgende Tabelle zeigt die Teilthemen des Schülerlaborangebotes und die dazu-

gehörigen Versuche. Die Komplexität der Versuche nimmt innerhalb eines Teilthemas zu.

Tabelle 1 Angebot an Teilthemen und Versuchen im Schülerlaborangebot Beiträge der Chemie zu einer nachhaltigen Mobilität

Teilthema Versuch

1

Biodiesel

1 Vergleich der Viskosität

2 Viskosität und Temperatur

3 Flammpunktbestimmung

4 Heizwert von Biodiesel

5 Herstellung von Biodiesel

2

Bioethanol

1 Zündfähigkeit von Bioethanol

2 Mischbarkeit von Bioethanol mit Benzin

3 Zucker aus Holz

4 Alkoholische Gärung

5 Destillation

3

Wasserstofftechnologie

1 Verbrennung von Wasserstoff

2 Quantitative Herstellung von Wasser

3 Das Brennstoffzellenauto

4 Elektrolyse von Wasser

4

Werkstoffe im Fahrzeugbau

1 Werkstoffe im Wasser

2 Dichtebestimmung verschiedener Werkstoffe

3 Mechanische Belastbarkeit

4 Herstellung eines Faserverbundmaterials

5 Herstellung eines Metallschaumes

Beispiele aus dem Schülerlaborangebot

Teilthema 1

Herr Schulze, Sie, als KFZ-Mechatroniker,

wissen doch bestimmt über Biokraftstoffe

Bescheid.

Warte, einen Augenblick!

Kann Pflanzenöl genauso gut wie Biodie-

sel im Motor verwendet werden?

Nein, Pflanzenöl kann nicht gut im Motor

transportiert werden. Es ist im Gegensatz

zu Biodiesel sehr dickflüssig, also viskos.

Das kannst du sehen.

Man kann es sehen, meinte er. Jetzt habe

ich hier eine Stoppuhr, 3 Reagenzgläser, 3

Murmeln, 3 Stopfen, Klebeband, Biodiesel,

Diesel und Rapsöl.

Forschungsauftrag: Vergleiche die Viskosität von

Biodiesel, Diesel und Rapsöl. Überlege dir einen

Versuch.

Lies dir den Comic durch.

Versuch: Vergleich der Viskosität

Notiere deine Durchführung.

________________________________________________________________

_______________________________________________________

Notiere deine Beobachtung.

Stoff Beobachtung

Ergänze den Lückentext.

Die (1) _______________ gibt an, ob ein Stoff dickflüssig oder (2)______________

ist. (3)___________ kann nicht gut durch den Motor fließen, weil es zu

(4)___________ist. Es ist (5)___________als Diesel und (6)___________. Die

(7)______________von Pflanzenöl beträgt 38 mm2/s. Die (8)____________von Die-

sel nur 4,0 mm2/s. Die Einheit mm2/s gibt an, wie schnell eine Flüssigkeit auf einer Flä-

che fließen kann. Das nennt man auch (9) ________________. Sie ist vergleichbar mit

der Geschwindigkeit eines Autos. Da (10)_____________sehr viskos ist, muss der

(11)_____________eines Autos umgebaut werden.

Du brauchst:

o 3 große Reagenzgläser

o 3 Stopfen

o Murmeln

o Parafilm

o Stoppuhr

o Biodiesel, Lampenöl (exemplarisch

für Diesel) und Pflanzen-/Rapsöl

Biodiesel und Lampenöl

sind leicht entzündlich!

Murmeln vorsichtig in Re-

agenzgläser lassen.

Biodiesel und Lampenöl

sind leicht entzündlich!

Murmeln vorsichtig in Re-

agenzgläser lassen.


Comic

Erklärtipp 1:

Wenn ein Kraftstoff nicht gut im Motor

transportiert werden kann, heißt das, dass er

nicht gut durch den Motor fließen kann. Er

ist zu dickflüssig, so wie Honig. Wasser da-

gegen ist dünnflüssig.

Dickflüssig heißt auch viskos. Die Viskosität

gibt an, ob ein Stoff dick- oder dünnflüssig

ist.


Comic

Sprachtipp 1:

„Es ist im Gegensatz zu Biodiesel sehr dick-

flüssig, also viskos.“

Substantiv

(Was?)

Pflanzenöl Biodiesel

Adjektiv

(Wie?)

Dickflüssig, viskos,

eher wie Honig

Dünnflüssig, weniger

viskos, eher wie

Wasser


Durchführung

Experimentiertipp 1:

Vergleiche, wie schnell eine Murmel durch

Biodiesel, Rapsöl und Lampenöl fällt.


Durchführung


Lasse je eine Murmel in ein Reagenzglas. Be-

fülle ein Reagenzglas mit Biodiesel, eines mit

Rapsöl und eines mit Lam-

penöl. Verschließe sie mit

dem Stopfen und klebe Pa-

rafilm umzu.


Durchführung


Wenn du die Rea-

genzgläser um-

drehst, kannst du

die Zeit für das

Fallen der Murmel

messen. Verglei-

che die Werte!


Comic

Erklärtipp 1:

Viskosität wird in Quadratmillimeter pro

Sekunde (mm2/s) gemessen. Diese Einheit

kann man gut mit der Geschwindigkeit (z.B.

eines Autos) vergleichen. Die Einheit sagt

aus, wie schnell eine Flüssigkeit auf einer

Fläche fließen kann. Das nennt man auch

Fließfähigkeit.


Beobachtung

Sprachtipp 1:

Stoff Beobachtung

Biodiesel Der Stoff…

Diesel Der Stoff…

Pflanzenöl Der Stoff…


Beobachtung

Sprachtipp 2:

Beobachtung

Der Stoff braucht … Sekunden.




Auswertung

Erklärtipp 1:

(1) Viskosität, (4) viskos, (5) viskoser, (7)

Viskosität, (9) Fließfähigkeit, (11) Motor


Auswertung

Erklärtipp 2:

(1) Viskosität, (2) dünnflüssig, (3) Pflanzenöl,

(4) viskos, (5) viskoser, (6) Biodiesel, (7) Vis-

kosität, (8) Viskosität, (9) Fließfähigkeit, (10)

Pflanzenöl, (11) Motor

Bestimmung des Heizwertes (Biodiesel)

Um Biodiesel als Dieseltreibstoff zu benutzen, gilt: Es dürfen maximal 0,99g Biodiesel

verwendet werden, um 700 mL Wasser um 5°C zu erwärmen.

Glasgefäß zu ¾ mit Biodiesel füllen, mit dem Stopfen mit Glasrohr und Ker-

zendocht verschließen. Zuvor den Docht in etwas Biodiesel tränken.

Das Glasgefäß genau auswiegen und Masse notieren.

Versuch aufbauen und 350 mL Wasser in den Erlenmeyerkolben füllen.

Docht anzünden.

Wärme, die bei der Verbrennung des Biodiesels frei wird, erhitzt das Wasser.

Wasser während der Verbrennung des Biokraftstoffes umrühren. Wenn sich

die Temperatur des Wassers um 5°C erhöht hat, Flamme löschen.

Glasgefäß erneut genau auswiegen und Masse notieren.

Forschungsauftrag:

Ergänze die Lücken im Text. Nutze dafür die nächste

Seite. Überprüfe, ob sich Biodiesel aufgrund seines

Heizwertes als Kraftstoff eignet.

Wow, cool! Ein alter Notizzettel

von Opa. Puh, kaum zu lesen.

1

2

3

4

5

6

7

8 9

10

1 6

2 7

3 8

4 9

5 10

Versuch: Heizwert von

Biodiesel

Führe den Versuch mithilfe des Notizzettels durch.


m(Biodiesel vor der Verbrennung) =_________

m(Biodiesel nach der Verbrennung) =_________

Δm (Biodiesel) = m(Biodiesel vor der Verbrennung) - m(Biodiesel nach der Verbrennung) =_______

Erkläre, ob sich Biodiesel aufgrund seines Heizwertes als Kraftstoff

eignet.

_______________________________________________________

_______________________________________________________

_______________________________________________________

Du brauchst:

o Erlenmeyerkolben (500 mL)

o Glasgefäß

o Stopfen mit Glasrohr

o Digitalthermometer

o Parafilm

o Messzylinder

o Glasstab

o Stativmaterial

o Kerzendocht

o Feuerzeug

o Wasser

o Biodiesel

Biodiesel ist leicht

entzündlich!

Biodiesel ist leicht

entzündlich!

Versuch: Heizwert von Biodiesel

Comic

Erklärtipp 1:

Heizwert: Der Heizwert gibt die Energie

(Wärme) an, die bei der Verbrennung eines

Stoffes entsteht. Überlege: Warum das bei

Kraftstoffen so wichtig ist?


Notizzettel

Sprachtipp 1:

Es dürfen maximal 0,99g

Biodiesel verwendet wer-

den, um 700 mL Wasser

um 5°C zu erwärmen.

Maximal bedeutet nicht

mehr als das.


Notizzettel

Sprachtipp 1:

Das Verb tränken bedeutet sich mit etwas

vollsaugen lassen. Das ist so, wie das Eintau-

chen eines Taschentuches in Wasser.


Durchführung


Die folgenden Wörter gehören in den Lü-

ckentext. Aber in welcher Reihenfolge?

Masse, Wasser, Biodiesel, Docht, Flamme,

Wasser, Biodiesel, Masse, Wasser, Bio-

diesel


Durchführung


1) Biodiesel, (2) Biodiesel, (3) Masse, (4)

Wasser, (5) Docht, (6) Biodiesel, (7) Wasser,

(8) Wasser, (9) Flamme, (10) Masse


Auswertung

Sprachliche Hilfe:

Ein anderes Wort für „aufgrund“ ist „we-

gen“:

aufgrund des Flammpunktes – wegen des

Flammpunktes

Der Flammpunkt gibt also in dieser Aufgabe

den Grund an. Er ist das Ablativ-Objekt.


Auswertung

Erklärtipp 1:

Wenn maximal 0,99g Biodiesel verwendet

werden dürfen, um 700 mL Wasser um 5 zu

erwärmen. Dann dürfen maximal 0,495g

Biodiesel verwendet werden, um 350 mL

Wasser um 5 zu erwärmen.

Wie viel g Biodiesel musstet ihr verbrennen

lassen, um 350 mL Wasser um 5 zu erwär-

men?


Auswertung

Erklärtipp 2:

Habt ihr genau 0,495 g oder weniger Biodie-

sel verbraucht?

Dann habt ihr nachgewiesen, dass Biodiesel

aufgrund seines Heizwertes als Kraftstoff

geeignet ist.


Teilthema 2

Der Ottomotor

für Benzin und Bioethanol

Ottomotoren besitzen unter-

schiedlich viele Zylinder. Aber alle funk-

tionieren so: Durch Öffnen des Einlass-

ventils ( )saugt der Kolben ( ) das Kraft-

stoff-Luft-Gemisch ( ) in den Zylinder

( ). Bei geschlossenem Ein- und Auslass-

ventil ( ) kann der Kolben das Gasge-

misch zusammenpressen.

Durch den Funken ( ) der Zündkerze

( )entzündet sich das Gasgemisch. Es

verbrennt EXPLOSIONSARTIG!

Die Zündung drückt den Kolben nach

unten. Der Kolben bewegt die Getriebe-

stange. Öffnen des Auslassventils: Der Kol-

ben drückt die Verbrennungsgase ( ) aus

dem Zylinder.

Forschungsauftrag:

Ordne die Zahlen im Bild den fettgedruckten

Begriffen im Text zu. Untersuche, ob Bioethanol

im Auto zünden würde.

1

2 3

4

5 6

7

8

© www.ahoefler.de

Das war nur eine Fehlzündung! Das

Kraftstoff-Luft-Gemisch ist im

Auspuff statt im Zylinder gezündet.

http://www.ahoefler.de/

Du hast:

o Filmdose mit Schnappdeckel und

eingebautem Zünder

o Pipette

o Becherglas

o Thermometer

o Ethanol (chemisch dasselbe wie

Bioethanol)

Versuch: Zündfähigkeit von Bioethanol

Überlege dir, wie du untersuchen kannst, ob Bioethanol (Bioalkohol)

zündet. Zeichne deine Durchführung als Comic.

„Wir & die Zündung von Bioethanol“

Und, hast du dich erschrocken? Bioethanol ist also

ganz sicher ein zündfähiger Stoff. Damit kann er

als Kraftstoff in Ottomotoren verwendet werden.

Man benutzt aber nicht reines Bioethanol, sondern

mischt es vor allem mit Benzin.

Ethanol ist leicht entzünd-

lich. Nur wenige Tropfen

Ethanol verwenden!

Versuch: Zündfähigkeit

von Bioethanol

Comic

Erklärtipp 1:

Fehlzündung: Entzündung des Luft-

Kraftstoff-Gemisches bei einem Motor im

heißen Auspuffrohr anstatt im Zylinder. Die

Fehlzündung erzeugt einen Knall im Auspuff.


von Bioethanol

Comic

Sprachtipp 1:

Statt bedeutet, dass etwas anstelle von etwas

anderem passiert.

Das Kraft-

stoff-Luft-

Gemisch

zündet im Zylin-

der.

Normale

Zündung

Das Kraft-

stoff-Luft-

Gemisch

zündet im Aus-

puff.

Fehl-

zündung


von Bioethanol

Text und Abbildung

Erklärtipp 1:

1. Das Einlassventil befindet sich dort, wo

die Luft in die Brennkammer gelassen wird.

2. Das Auslassventil befindet sich dort, wo

die Abgase entlassen werden.

3. Der ganze Vorgang findet im Zylinder

statt.

4. Der Kolben sorgt dafür, dass die Getrie-

bestange bewegt wird.

http://de.wikipedia.org/wiki/Auspuff


von Bioethanol

Text und Abbildung

Erklärtipp 2:

Kraftstoff-Luft-Gemisch (3), Zylinder (1),

Zündkerze (7)


von Bioethanol

Text und Abbildung

Erklärtipp 3:

Einlassventils (8), Kolben (4), Kraftstoff-

Luft-Gemisch (3), Zylinder (1), Ein- und Aus-

lassventil (6), Funken (5), Zündkerze (7),

Verbrennungsgase (2)


von Bioethanol

Durchführung



von Bioethanol

Durchführung


Gib 3 Tropfen Ethanol in die Filmdose. Verschlie-

ße sie mit dem Deckel. Drücke die Zündung!

Achtung: Abzug runter! Es sollten keine Gegen-

stände im Abzug stehen.

LeonaScience vor 3 Std.

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ZoeChem Ja, genau. Man kann einfach eine Zuckerlösung nehmen. Ich habe sogar mal

O-Saft genommen. Und dann habe ich etwas Trockenhefe hinein getan. Das Gärröhrchen

ist natürlich wichtig, damit kein Sauerstoff reinkommt. Wenn man etwas Kalkwasser in

das Gärröhrchen füllt, kann man später sehen, ob Kohlenstoffdioxid entstanden ist.

Hast du das dann auch für 15 Minuten erhitzt und dabei rühren lassen?

LeonaScience Richtig! Ich habe sogar die Zuckerlösung aus Holzspänen selber herge-

stellt. Holz ist ein nachwachsender Rohstoff. Der Bioalkohol Bioethanol kann ja auch so

hergestellt werden…

Insta gram

Alkohol mal selber herstellen

– bei der alkoholischen

Gärung wird aus Zucker mit-

hilfe von Hefe Alkohol und

Kohlenstoffdioxid herge-

stellt.

Forschungsauftrag:

LeonaScience hat ein Photo einer alkoholischen

Gärung gepostet. Stelle mithilfe ihres Eintra-

ges auch Alkohol her.

Versuch: Alkoholische Gärung

Führe eine Geruchsprobe durch und betrachte das Kalkwasser. Notiere

deine Beobachtung.

________________________________________________________

______________________________________________________________

Ergänze den Lückentext und vervollständige die Wortgleichung.

Aus Zucker und Hefe entstehen (1) _______________ (Ethanol) und (2)

______________. Zucker kann aus einem (3) ______________ Rohstoff, z.B. (4)

______________ gewonnen werden. Die (5) __________________________ ist

damit die Voraussetzung für die Herstellung des Biokraftstoffes (6)

________________.

Zucker + Hefe _________________ + _________________

Du hast aber keinen reinen Alkohol hergestellt. Autos tanken ein Ge-

misch aus Bioethanol und Benzin, z.B. den Biokraftstoff E10. Bioetha-

nol muss dafür zunächst rein sein bevor es mit Benzin gemischt wird.

Im nächsten Schritt müsste also reiner Alkohol aus deinem Gemisch

gewonnen werden. Wie das geht, lernst du in Versuch 5.

Du brauchst:

o Erlenmeyerkolben 50 mL

o Durchbohrter Stopfen

o Gärröhrchen

o Rührkern

o Heizplatte

o Pasteurpipette

o Zuckerlösung

o Hefe

o Kalkwasser

Kalkwasser ist ät-

zend! Nicht mit der

Haut berühren!


Text

Erklärtipp 1:

Was ist eine alkoholische Gärung?

Bei der alkoholischen Gärung zersetzen Hef-

ebakterien Zucker zu Alkohol, genauer ge-

sagt Ethanol, und Kohlenstoffdioxid. Durch

das Gas Kohlenstoffdioxid schäumt es bei

der Gärung stark.

Auch die Erzeugung von Biogas ist ein Gä-

rungsprozess.


Text

Erklärtipp 1:

Was ist Kalkwasser?

Kalkwasser ist eine Calciumhydroxid-Lösung.

Dabei ist Calciumhydroxid in Wasser gelöst.

Eine frisch zubereitete Lösung hat die Farbe

von Wasser.


Text

Erklärtipp 1:

Was ist ein nachwachsender Rohstoff?

Nachwachsende Rohstoffe sind pflanzliche

oder tierische Materialien, die nachwachsen

können. Beispiel: Holz, Pflanzenöl, Pflanzen-

stärke. Sie werden zu wichtige Produkten

weiterverarbeitet.


Auswertung

Erklärtipp 1:

Ist dein Kalkwasser, das vorher aussah wie

Wasser, milchig geworden? Dann hast du

Kohlenstoffdioxid nachgewiesen!


Auswertung

Erklärtipp 2:

(1) Alkohol

(3) nachwachsenden

(5) alkoholische Gärung


Auswertung

Erklärtipp 3:

(2) Kohlenstoffdioxid

(4) Holz

(6) Bioethanol


Beobachtung

Sprachtipp 1:

Nutze folgende Wörter, um deine Beobach-

tung zu formulieren:


Auswertung (Wortgleichung)

Sprachtipp 1:

Wortgleichung:

Stoff

A

+ Stoff

B

Stoff

C

+ Stoff

D

Zucker + Hefe Alkohol + Kohlen-

stoff-

dioxid

Die Edukte Stoff A und Stoff B reagieren

zu den Produkten Stoff C und Stoff D.

Geruch milchig Kalkwasser Gärröhrchen

Trübung Alkohol


Teilthema 3

Hallo,

23.10.2011

m mein Name ist Svenja. Mein Experiment hat beim Wettbewerb „Explore Science“

den Titel „Gutes für die Umwelt“ gewonnen. Die folgende Abbildung habe ich als Idee für

mein Experiment genutzt.

Wenn Benzin oder Diesel verbrennt, entstehen umweltschädliche Abgase. In einem Was-

serstoffverbrennungsmotor wird Wasserstoff mit Sauerstoff verbrannt. Aber was entsteht,

wenn Wasserstoff verbrennt? Nun also zu meinem Experiment

PS: Die Brennstoffzelle lernst du in einem anderen Versuch kennen!

Forschungsauftrag:

Überprüfe mithilfe von Svenjas Experiment

was entsteht, wenn Wasserstoff verbrennt.

Versuch: Verbrennung von Wasserstoff

Führe den Versuch durch. Halte dich für den Versuchsaufbau und die

Durchführung an die Notizen von Svenja!


U-Rohr

Gaswaschflasche

Ergänze die Lücke und vervollständige die Wortgleichung.

Bei der Verbrennung von Wasserstoff mit Sauerstoff entsteht ___________.

Wasserstoff + Sauerstoff _____________

Erläutere, warum Wasserstoff als Kraftstoff umweltschonender als

Benzin ist.

______________________________________________________________

_______________________________________________________

Du brauchst:

o Glastrichter

o 2 gebogene Glasrohre

o 2 durchbohrte Stopfen

o Gummischläuche

o U-Rohr

o Hebebühne

o 600 mL Becherglas

o Gaswaschflasche

o Wasserstrahlpumpe

o Feuerzeug

o Wasserfreies Kupfersulfat

o Kalkwasser

o Wasserstoff

Wasserstoff ist hoch

entzündlich! Wasser-

stoffflasche nur unter

Aufsicht verwenden!

Vorsichtig beim Umgang

mit Kupfersulfat!

Versuch: Verbrennung von Wasser-

stoff

Beobachtung

Erklärtipp 1:

U-Rohr: Schau mal, ob das weiße Kupfersul-

fat seine Farbe ändert.

Gaswaschflasche: Wenn Kohlenstoffdioxid

entsteht, wird das Kalkwasser milchig.


stoff

Beobachtung

Erklärtipp 1: Wenn sich wasserfreies (wei-

ßes) Kupfersulfat blau färbt, dann hast du

Wasser nachgewiesen.


stoff

Auswertung 1

Erklärtipp 1:

Erinnere dich nochmal an die Färbung des Kup-

fersulfates!

Bei der Verbrennung von Wasserstoff mit Sau-

erstoff entsteht Wasser.

Wasserstoff + Sauerstoff Wasser


stoff

Auswertung 2

Erklärtipp 1:

Überlege dir, ob die Verbrennung von Was-

serstoff für die Umwelt schädlich ist.

Schadet das, was dabei entsteht, der Um-

welt?


stoff

Beobachtung

Sprachtipp 1:

Benutze folgende Wörter für die Formulie-

rung der Beobachtung:

U-Rohr Weißes Kupfersulfat,

blaues Kupfersulfat,

Färbung

Gaswaschflasche Trübung, klares Kalk-

wasser, milchiges

Kalkwasser


stoff

Auswertung 2

Sprachtipp 1:

Du könntest die Erklärung so beginnen:

Wasserstoff ist als Kraftstoff umweltscho-

nender, weil bei seiner Verbrennung…

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FRAGE von Superman54, 06.03.2015

Was zündet wie in einem Wasserstoffauto?

Hallo zusammen, was passiert eigentlich in einem Wasserstoffverbrennungsmotor?

6 Antworten

Antwort von Motorfreak, 08.03.2015

Der Aufbau ist wie bei einem Benzinmotor. Nur das hier Wasserstoff als

Kraftstoff verwendet wird und Wasserdampf entsteht.

Antwort von Lilo2, 08.03.2015

Es gibt sogar Autos, da geht beides. Da kann man mit Benzin und Wasser-

stoff fahren. Zum Beispiel der BMW Hydrogen 7.

Antwort von Superman 54, 09.03.2015

Ah, okay. Also gleiches Prinzip, aber anderer Kraftstoff und ich tue etwas

für den umweltfreundlichen Straßenverkehr. Klasse!

Antwort von CarStar24, 12.03.2015

Ja, aber wichtig ist die Knallgasreaktion. Im Motor muss ein Kraftstoff zur

Explosion gebracht werden. Die Knallgasreaktion ist die explosionsartige

Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff durch eine Zündquelle. Es ent-

steht: Wasser.

Antwort von Lilo2, 12.03.2015

Autohersteller wollen wenig Restgas haben. Dafür muss eine bestmögliche

Mischung der beiden Gase vorliegen.

Forschungsauftrag:

Ermittle wie viel Wasserstoff mit wie viel

Sauerstoff reagiert und kein Restgas übrig

bleibt.

Versuch: Quantitative Herstellung von

Wasser

Durchführung: Fülle das Eudiometer mit Wasser. Stelle es umgedreht in ein

Wasserbad. Bringe den Zünder an die Platinkontakte des Eudiometers an. Fülle 3

mL Wasserstoff und 1 mL Sauerstoff in das Eudiometer. Löse die Zündung aus.

Führe den Versuch noch 2 Mal durch (2 mL Wasserstoff und 1 mL Sauerstoff, 1

mL Wasserstoff und 1 mL Sauerstoff).


Wasserstoff Sauerstoff Restgas

3 mL 1 mL

2 mL 1 mL

1 mL 1 mL

Ergänze die Lücken und vervollständige die Gleichungen.

In einem Wasserstoffverbrennungsmotor reagieren (1) ___________ und

(2)___________ miteinander. Es entsteht (3)____________. (4)__Moleküle

Wasserstoff reagieren mit (5) __Molekül Sauerstoff zu (6)__Molekülen Was-

ser.

Wasserstoff + Sauerstoff _____________

__ H2 + __ O2 __ H2O

Du brauchst:

o Eudiometer

o Piezozünder

o Hohes Glasgefäß

o Stativmaterial

o Kabel mit Krokodilklemmen

o Wasserstoff

o Sauerstoff

o Wasser

Gasflaschen unter Aufsicht

verwenden! Bei Zündung Abzug

runter! Wasserstoff ist hoch

entzündlich und Sauerstoff ist

brandfördernd!

Versuch: Quantitative Herstellung

von Wasser

Durchführung


Für das Wasserbad musst du die Glaswanne

zu ¾ mit Wasser füllen.

So wird das Eudiometer mit Gas befüllt:

Schlauch der Gasflasche in das Wasser un-

ter die Eudiometeröffnung halten und VOR-

SICHTIG den Gashahn öffnen.


von Wasser

Auswertung

Erklärtipp 1:

(1) Wasserstoff

(2) Sauerstoff

(3) Wasser


von Wasser

Auswertung

Erklärtipp 2:

(4) 2

(5) 1

(6) 2


von Wasser

Auswertung

Erklärtipp 3:

Wasserstoff + Sauerstoff Wasser

Es reagieren 2 mL Wasserstoff mit 1 mL

Sauerstoff und es bleibt kein Gas im Eudio-

meter übrig.

2 H2 + 1 O2 2 H2O


Teilthema 4

Forschungsauftrag:

Das Gewicht eines Fahrzeuges ist entscheidend für den Kraftstoffverbrauch. Deshalb

sollen Fahrzeuge leichter gebaut werden. Dazu werden leichte Werkstoffe verwendet.

Eine Größe, um das Gewicht von Stoffe mit unterschiedlichem Volumen zu vergleichen,

ist die Dichte. Für die Dichte teilt man die Masse durch das Volumen.

Überprüfe anhand der Dichte, welche Werkstoffe sich für ein kraftstoffsparendes

Fahrzeug eignen.

Mit viel Gepäck ist das Flugzeug schwerer. Es braucht mehr

Kraftstoff zum Fliegen. Bei der Verbrennung des Kraftstoffes

in den Turbinen des Flugzeuges entstehen umweltschädliche

Abgase.

Durchführung:


Werkstoff Masse in g Volumen in mL Dichte in g/cm3

Erkläre, warum Leichtbau kraftstoffsparend ist.

_______________________________________________________

_______________________________________________________

_______________________________________________________

Du brauchst:

o Messzylinder

o Bechergläser

o Waage

o Taschenrechner

o Wasser

o Werkstoffe: Stahl, Alumini-

um/altes Autoblech, Faserver-

bundwerkstoffe

(glasfaserverstärkter-,

carbonfaserverstärkter- und

naturfaserverstärkter

Kunststoff), Metallschaum

Versuch: Dichtebestimmung

verschiedener Werkstoffe

Ergänze für die Durchführung die Lücken.

Bestimme die (1) ___________der Werkstoffe mithilfe

der (2) __________. Bestimme das (3) __________der

Werkstoffe. Fülle dafür den (4) _____________so hoch

mit (5) __________, dass die Werkstoffe einzeln voll-

ständig darin eintauchen. Lies die Höhe des (6)

____________vor dem Eintauchen ab. Tauche danach

jeden (7) _____________in den Messzylinder und lies

wieder die Höhe des (8) ____________ab. Die (9)

______________des Wasserstandes ist das (10)

______________ des Werkstoffes.


Comic

Erklärtipp 1:

Faserverbundwerkstoffe: Ein Kunststoff

wird mit Fasern verbunden. Fasern sind fei-

ne, dünne Fäden aus einem nicht-

pflanzlichen, pflanzlichen oder tierischen

Rohstoff. Als Fasern können z.B. Carbonfa-

sern, Glasfasern oder Naturfasern verwen-

det werden.


Comic

Erklärtipp 1:

Metallschaum besitzt die Struktur eines

Schaumes und besteht aus Metall mit vielen

Hohlräumen. Er ist besonders bruchfest und

steif.


Comic

Erklärtipp 1:

Die Dichte ist eine Stoffeigenschaft. Sie

gibt an, ob ein Stoff für sein Volumen (z.B. 1

Liter oder 1 mL) leicht oder schwer ist.


Comic

Erklärtipp 2:

Wenn ein Flugzeugflügel aus einem Werk-

stoff mit geringer Dichte besteht, ist er

besonders leicht.


Beobachtung

Erklärtipp 1:


Durchführung


(1) Masse, (3) Volumen, (5) Wasser, (7) Werk-

stoff, (9) Zunahme


Durchführung


(1) Masse, (2) Waage, (3) Volumen, (4) Messzy-

linder, (5) Wasser, (6) Wasserstandes, (7)

Werkstoff, (8) Wasserstandes, (9) Zunahme,

(10) Volumen


Durchführung

Erklärtipp 1:

Du kannst den Wasserstand hier ablesen.


Auswertung

Erklärtipp 1:

Bei der Verbrennung eines Kraftstoffes in

den Flugzeugturbinen oder im Automotor

entsteht Energie. Diese treibt das Fahrzeug

an. Wenn ein Fahrzeug weniger wiegt, ver-

braucht das Fahrzeug weniger Energie.


Auswertung

Sprachliche Hilfe 1:

Benutze folgende Wörter für deine Erklärung:

Verbrennung, umweltschädliche Abgase, höheres

Gewicht, mehr Energie, mehr Abgase,

Leichtbau, kraftstoffsparend,


Auswertung

Sprachliche Hilfe 2:

Du kannst so beginnen:

Bei der Verbrennung von Kraftstoffen entstehen

umweltschädliche Abgase. Wenn ein Flugzeug

mehr wiegt, dann benötigt es mehr…

Sehr geehrtes Institut für Faserverbundwerk-

stoffe,

unsere Firma baut Autos. Die Werkstoffe dafür

sollen vorher getestet werden. Unser nächstes Mo-

dell soll leichter sein. Das spart Kraftstoff. Und das

macht unser Auto für Käufer attraktiver. Außerdem

sollen leichte Autos umweltfreundlich sein.

Wir möchten Sie beauftragen zu testen, wie wir unsere Autositze mithilfe von

Faserverbundwerkstoffen noch leichter bekommen. Einen Crash-Test müssen sie

aber sicher überstehen!

Mit freundlichen Grüßen

Joachim Diblinzki

GSP-Motors

Sehr geehrter Herr Diblinzki,

Sie haben Recht:

Ist weltweit jedes Auto nur 2,82 kg leichter,

werden pro Jahr 11.600 Tonnen weniger Kohlen-

stoffdioxid ausgestoßen.

Kunststoff ist besonders leicht. Allerdings muss ein Auto viele Belastungen aus-

halten. Die Eigenschaften von Kunststoffen lassen sich durch den Einbau von Fa-

sern in den Kunststoff verbessern. Das ist dann ein faserverstärkter Kunst-

stoff. So wird aus einem leichten Kunststoff ein neuer, festerer Kunststoff.

Gerne testen wir Ihre Autositze und geben Ihnen eine Empfehlung für Werk-

stoffe!

Mit freundlichen Grüßen

Steve Godemann

Leiter Abt. Werkstoffprüfung des Faserinstitutes

Carbonfaserverstärkte Bauteile

aus dem Flugzeug. ©F

aserinstitut B

rem

en e

.V.

Forschungsauftrag:

Untersuche die mechanische Belastbarkeit

der angegeben Werkstoffe.

Versuch: Mechanische Belastbarkeit

Zeichne deine Durchführung als Comic.

„Meine Werkstoffprüfung“


Ergänze den Lückentext.

Die (1) ____________ von Kunststoffen lassen sich durch die Verbindung

mit (2) ________ verändern. Es entsteht ein (3) _____________

___________. Carbonfasern verbessern besonders die (4)___________

______________. Der Kunststoff (5) __________ nicht so leicht.

Werkstoff Mechanische Belastbarkeit beim Hämmern, Sägen usw.

Du brauchst:

o Tiegelzange

o Messer

o Hammer

o Zange

o Säge

o Blechschere

o Schraubstock

o Werkstoffe: Kunststoff, glasfa-

ser-, naturfaser- und carbonfaser-

verstärkter Kunststoff)

Vorsichtig beim

Sägen, Hämmern

und Schneiden!


Brief

Erklärtipp 1: Faserverbundwerkstoffe

Ein Kunststoff wird mit Fasern verbunden. Fa-

sern sind feine, dünne Fäden aus einem pflanzli-

chen oder tierischen Rohstoff. Als Fasern kön-

nen z.B. Carbonfasern, Glasfasern oder Naturfa-

sern verwendet werden.


Forschungsauftrag

Erklärtipp 1: Mechanische Belastbarkeit

Die mechanische Belastbarkeit ist eine Stoffei-

genschaft. Sie gibt an, wie belastbar ein Stoff

bei äußeren Angriffen, wie Hammer, Zusammen-

pressen oder einem anderen Druck ist. Wie viel

hält der Stoff aus?


Durchführung

Erklärtipp 1: Werkstoffprüfung

Überprüfe mithilfe der Säge, der Schere, des

Hammers usw., wie sich der Werkstoff verän-

dert.

Lässt er sich biegen? Lässt er sich leicht durch-

sägen? Leicht er sich leicht durch schneiden? Ist

er sehr fest und nicht biegsam?


Auswertung

Erklärtipp 1:

Bringe die Wörter in die richtige Reihenfol-

ge:

(1) ieshfeegncatn

(2) aenfsr

(5) rctbih


Auswertung

Erklärtipp 2:

(1) Eigenschaften

(2) Fasern

(3) faserverstärkter Kunststoff

(4) mechanische Belastbarkeit

(5) bricht


Beobachtung

Sprachtipp 1:

Wer? Wie?

Der

Werkstoff

ist biegsam

bruchfest

zugfest

usw.

NN zu einer nachhaltigen Mobilität Modul Nachhaltige Mobilitaet.pdf · 2 Viskosität und...

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