Hier ist die
Homepage des Energieprojekts beim Verein
Wissensfabrik.
Und hier unsere 5 Stationen mit einer Übersicht über die Antworten. Ich habe bisher erst die Energieumwandlungsketten erläutert. Versucht, euch an die zu erinnern, und sie zu verstehen
Heute Nachmittag schreibe ich noch die anderen Aufgaben dazu.
Station 1 - Kurbelgenerator
Mit einer Kurbel treibt ihr einen Generator an. Von ihm aus fließt Strom durch einen Stromkreis. Einmal werden drei Lampen parallel, einmal in Reihe geschaltet.
Lampen parallel im Stromkreis. Je mehr Lampen zugeschaltet werden, desto mehr Energie benötigt man beim Kurbeln. Am "schwersten" ist die Kurbel zu drehen bei einem Kurzschluss. Dabei fließt ein sehr großer Strom, der muss "angeschoben" werden. Das benötigt viel Energie.
Im Parallelkreis leuchten die Lampen heller. Über drei unabhängige Wege kann mehr Strom fließen. Zudem wirkt in jedem Weg nur eine Lampe als Widerstand. Bei der Reihenschaltung gibt es nur einen Weg, und dort wirkt der Widerstand von drei Lampen hintereinander. Es fließt daher viel weniger Strom und entsprechend weniger Energie wird umgesetzt.
Spannungen waren immer etwa 2V, 4V, 6V für schwaches, mittleres und schnelles Kurbeln.
Je heller die Lampen leuchten, desto heißer sind die Glühdrähte und desto größer ist der Widerstand R = U/I der Schaltung. Je heller die Lampen leuchten, desto größer ist die Leistung P = U I.
Energieumwandlungskette
chemische Energie
... wird in den Muskeln umgewandelt in ...
mechanische Energie
... wird mit Kurbel und Getrieben übertragen auf den Generator und dort umgewandelt in ...
elektrische Energie
... wir über die Leitungen transportiert zu den Lampen und dort umgewandelt in ...
thermische Energie und Strahlungsenergie
Station 2 - Autorennbahn
Besonders viele Runden in einer Minute schafft man, wenn man zügig und gleichmäßig kurbelt. Wenn man zu schnell kurbelt, fliegen die Autos aus der Kurve.
Eine Runde hat etwa 3,60m Länge. 10 Runden sind 36m. Wenn man dafür 30s braucht, ist die Geschwindigkeit v = s/t = 36m/30s = 1,2 m/s
Mit zwei Autos braucht man mehr Kurbelumdrehungen für eine Runde. Es wird mehr Energie benötigt. Mit zwei Autos muss man auch mehr Kraft auf die Kurbeln ausüben.
Dreht man zu langsam, ist die Spannung am Generator zu gering, die Stromstärke zu klein. Der Motor erhält zu wenig elektrische Energie und das Auto kann nicht fahren.
chemische Energie
... wird in den Muskeln umgewandelt in ...
mechanische Energie
... wird mit Kurbel und Getrieben übertragen auf den Generator und dort umgewandelt in ...
elektrische Energie
... wir über die Leitungen und die Fahrbahn transportiert zu den Elektromotoren und dort umgewandelt in ...
mechanische Energie
... und schließlich zu ...
Bewegungsenergie der Autos
Station 3 - Wasserrad
Je mehr Wasser fließt, desto schneller dreht sich das Rad und desto heller leuchtet die Lampe.
Je tiefer das Wasser fällt, desto schneller dreht sich das Rad und desto heller leuchtet die Lampe.
Je größer das Zahnrad, desto schneller wird der Generator gedreht und desto heller leuchtet die Lampe. Allerdings benötigt man mehr Kraft am Wasserrad, so dass es bei zu geringem Wasserstrom stehen bleiben kann.
Wenn man das Wasserrad rückwärts dreht, kehrt sich am Generator die Spannung um. Durch die LED kann dann kein Strom mehr fließen. Sie ist eine "Einbahnstraße" für elektrischen Strom. Sie leuchtet nicht.
Bei Kurzschluss ist es wie im Kurbelgenerator. Man braucht viel Kraft, die das Wasser meist nicht aufbringen kann. Das Rad bleibt stehen.
Höhenenergie des Wassers
... fällt und wird umgewandelt in ...
Bewegungsenergie
... wenn das Wasser auf das Rad trifft, übt es Kraft aus und wandelt sie um zu ...
mechanischer Energie
... über die Zahnräder gelangt sie auf den Generator und wird dort umgewandelt zu ...
elektrischer Energie
... die über die Leitungen zur LED gelangt und dort umgewandelt wird in ...
Strahlungsenergie
Station 4 - Windrad
Je näher und stärker die Windquelle ist, desto schneller dreht sich das Rad und desto heller leuchtet die Lampe. Am besten bläst man frontal auf das Rad.
Die Rotoren sind unterschiedlich geformt, der Einfluss nicht immer eindeutig. Am ehesten zeigt sich, dass bei schwachem Wind eine größere Propellerfläche günstig ist, also das Rad mit 8 Blättern, bzw. das große rote Rad. Bei starkem Wind hat das kleine 4er-Rad gut funktioniert.
Wind von hinten? Wie beim Wasserrad. Der Generator dreht sich in anderer Richtung, die Spannung ist umgekehrt. Durch die LED kann kein Strom fließen. Sie bleibt dunkel.
Bewegungsenergie der Luft
... wenn der Wind das Rad trifft, übt er Kraft aus und wandelt sie um zu ...
mechanischer Energie
... sie gelangt sie in den Generator und wird dort umgewandelt zu ...
elektrischer Energie
... die über die Leitungen zur LED gelangt und dort umgewandelt wird in ...
Strahlungsenergie
Station 5 - Photovoltaik, Karussell
Je näher die Quelle an der Platte, desto heller das aufscheinende Licht und desto schneller das Rad.
Gleiches beobachtet man bei stärkerem Licht bzw. umgekehrt bei schwächerem Licht.
Die Farbfilter haben kaum Einfluss. Wenn man genau misst, so ist die Spannung bei blauem Licht etwas höher als bei rotem. Allerdings kann weniger Strom fließen als bei weißem Licht, weil ein Großteil des Lichts weggefiltert ist.
Temperatur hat wenig Einfluss, man sieht es nicht an der Bewegung, sondern muss messen. Wenn die Platte heißer wird, nimmt die Spannung leicht ab. Im Hochsommer haben Photovoltaikanlagen einen niedrigeren Wirkungsgrad als an kühlen, sonnigen Frühlingstagen.
Strahlungsenergie aus dem Licht
... wird in den Photoplatten umgewandelt in ...
elektrische Energie
... transportiert zum Elektromotor und dort umgewandelt in ...
mechanische Energie
Station 6 - Wärmekraftwerk
Wasser wird zu Dampf und strömt aus der Düse. Sie treibt ein Rad an.
Das Rad dreht sich umso schneller, je schneller der Dampf ist und je besser er die Rotorblätter trifft.
Am besten ist man möglichst nah, aber nicht so nah, dass das Rad an der Düse hängen bleibt.
Am besten sollte der Dampf orthogonal auf die Blätter treffen. Im rechten Winkel.
40ml Wasser haben etwa 5 min gereicht.
Verdampfungsenergie von 40ml: W = m r = 40g * 2100 J/g = 84 000 J
Außerdem muss man das Wasser noch auf Siedetemperatur erhitzen. Das kostet auch Energie
W = c*m*delta-theta
Chemische Energie im Brennstoff
... wird bei der Verbrennung zu ...
thermischer Energie
... die in den Dampfkessel gelangt und den Dampf hinaustreibt, ihm also ...
Bewegungsenergie
... verleiht, die auf das Turbinenrad trifft ...
und dort zu mechanischer Energie wird
