Energie was ist denn das konkret? Workshop für den Fächerverbund Biologie, Naturphänomene und Technik (BNT)

Transkript

1 Energie was ist denn das konkret? Workshop für den Fächerverbund Biologie, Naturphänomene und Technik (BNT)

2 Joachim Lerch 1. Vorsitzender

3 Oktober 2019

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5 Energie ist aus unserem Leben nicht wegzudenken.

6 In den Industrienationen werden täglich enorme Mengen Energie benötigt!

7 Ablauf des Infoforums 1. Einführung in das Thema Energie Was ist Energie? Wie kann man das Thema in verschiedenen Schularten und Klassenstufen vermitteln? 2. Einfache Experimente aus Physik, Chemie und Technik zu Energieumwandlungen 3. Besprechung der Ergebnisse

8 Das Wort Energie wird in der Alltagssprache in sehr vielen unterschiedlichen Bedeutungen verwendet. Man spricht - von einem energischen Mensch - von einem Schokoriegel, der verbrauchte Energie wieder zurück bringt - von jemandem, der mit Energie an die Sache geht usw. und meint oft Aktivität, Vitalität, Elan, Dynamik, Kraft, Tatkraft, Tatendrang, Unternehmungslust, Durchsetzungsvermögen o. Ä. In der Esoterik werden oft Energieströme im Körper angenommen. Doch diese sind mit seriösen, fachwissenschaftlichen Methoden bislang noch nie nachgewiesen worden. Oder man setzt Energie gleich mit Strom, Gas oder Kohle.

9 Wikipedia: In der theoretischen Physik wird Energie als diejenige Größe definiert, die aufgrund der Zeitinvarianz der Naturgesetze erhalten bleibt. Viele einführende Texte definieren Energie in anschaulicherer, allerdings nicht allgemeingültiger Form als Fähigkeit, mechanische Arbeit zu verrichten. Es geht auch einfacher! Energie wird immer dann benötigt, wenn etwas erwärmt, bewegt, angehoben, verformt oder beleuchtet werden soll.

10 Es gilt der Energieerhaltungssatz: Die Gesamtenergie in einem abgeschlossenen System ändert sich mit der Zeit nicht. Es ist nicht möglich, Energie zu vernichten oder zu erzeugen. Energie kann nur umgewandelt werden. Umgangssprachlich spricht man von Energieverlust, wenn ein Teil der Energie der weiteren Nutzung verloren geht. Dennoch bleibt die Energie insgesamt erhalten.

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13 Unsere Energie kommt von der Sonne! Wie wird die Energie transportiert? Energie benötigt immer einen Träger! Beispiele: Licht, Müsli, Benzin, elektrischer Strom

14 Unsere Energie kommt von der Sonne! Wer wandelt Energie um? Energie benötigt immer einen Wandler! z.b. Sonne, Pflanze, Mensch, Motor

15 Unsere Energie kommt von der Sonne! Wie wird die Energie umgewandelt? Energie kommt in verschiedenen Formen vor! z.b. elektrische Energie, Wärmeenergie, chemische Energie

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17 Bewegung

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19 Energie ist eine mengenartige Größe! Daher können die Energieträger wie Gas, Öl, Benzin und elektrischer Strom mengenartig abgerechnet werden. Energie wird nicht verbraucht, sondern nur in andere, oft nicht mehr nutzbare Energieformen umgeformt. Energie strömt von einer Quelle zu einem Verbraucher (dieser verbraucht die Energie im engeren Sinne gar nicht, sondern setzt sie nur in eine Energieform um, die nicht oder nur zum Teil weitergenutzt werden kann) Jede Energieform benötigt einen Energieträger, um transportiert werden zu können.

20 Energie ist eine mengenartige Größe! Bei elektrischer Energie gilt als Energieeinheit die Kilowattstunde 1 kwh = Wattstunden 1 kwh wird also benötigt, wenn man einen Fön mit 1000 W Leistung genau eine Stunde betreibt. Bei mechanischer Energie gilt als Energieeinheit das Nm (Newtonmeter) 1 Nm Wenn man eine Tafel Schokolade (100 g) um einen Meter hochheben will, benötigt man 1 Nm Energie Bei chemischer Energie gilt als Energieeinheit das J (Joule), manchmal noch die alte Einheit Kcal 100 g Schokolade hat einen Energiegehalt von Kilojoule (= J). Das entspricht ca. 525 kcal = cal.

21 LED-Lampe 9W Glühlampe 60W Wirkungsgrad 50% Licht Licht Wirkungsgrad 5% Wärme Wärme

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23 Generator

24 Energieumwandlungsketten Mit Energieketten kann man darstellen, wie Energie in verschiedene Energieformen umgewandelt wird und welche Energieumwandler dazu verwendet werden. daraus wird z.b. Kohle.. ca. 350 Mio Jahre später.. Generator

25 Energieumwandlungen ohne Verluste gibt es nicht! Durch einen weiteren Pfeil (nach oben)kann man Energieverluste darstellen. Je größer der Pfeil, desto größer die Verluste

26 zusätzlich mit Abfallstoffen zusätzlich mit Energieträger nur Energiewandler und Energieform zusätzlich mit Abwärme

27 Von Einweg- und von Pfandflaschen-Energieträgern

28 Pfandflaschen-Energieträger z.b. elektrischer Strom, Keilriemen Links: Energie aufnehmen Beladen ð Rechts: Energie abgeben Entladen ð Die Bahn läuft immer im Kreis! Links: Energie aufnehmen Beladen ð Rechts: Energie abgeben Entladen ð Der elektrische Strom läuft immer im Kreis!

29 Links: Energie aufnehmen Beladen ð Rechts: Energie abgeben Entladen ð

30 Einweg-Energieträger z.b. Dampf, Benzin, Kohle

31 Energieflussdiagramme im Chemieunterricht Für einzelne Reaktionsgleichungen sind Energieflussdiagramme nicht geeignet. Für technische Prozesse jedoch, in denen chemische Reaktionen eine Rolle spielen, können die Diagramme entsprechend angepasst werden. Wärmeenergie 60-65% AUTOMOTOR Chemische Energie Bewegungsenergie 35-40% Benzin 2C 8 H O 2 ->16CO 2 +18H 2 O CO NOx H2O In diesem Energiediagramm spielt der Sauerstoff keine Rolle bei der Energiebetrachtung, denn Sauerstoff ist kein Energieträger.

32 Literatur

33 Die kleinen Energieforscher von Joachim Lerch und Ute Löwenberg Gestaltung: Hannah Lerch Bei Amazon oder in jeder Buchhandlung ISBN-13:

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35 Quellen: Experimente Physikalische Freihandexperimente ISBN: viele hundert Experimente - mit Erklärungen

36 Energieflussdiagramme von Joachim Lerch aus: Technik im Unterricht 2. Quartal 1995 Steht als pdf zum Download zur Verfügung.

37 Kostenloser Download unter Weitere Hefte: - Energie, was ist das? - Energie sparen - Mechanische Energie - Solarenergie

38 Kopiervorlage für Energieflussdiagramme