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
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
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
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 ?
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Zusammenhang zwischen Leistung (Energie) und Fläche:
_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
Abdeckung keine ¼ ½ ¾
Motor
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:
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.
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
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________________________________________________________________
Energieformen:
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Zeichne ein passendes Energiediagramm oder schneide die Symbole auf
dem nächsten Blatt aus, klebe sie auf und beschrifte die Syambole.
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
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
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.
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RotorelektrischeEnergie
Bewegungs-energie
Ordne die Begriffe der passenden Stelle im Energiediagramm zu:
Generator
MotorLichtenergieRotations-energie
elektrischeEnergie
Rotations-energie
Bewegungs-energie Wind
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
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.
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
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:
67
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
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