Pumpen von Wasser mit Solarenergie

Transkript

1 Lehrer-/Dozentenblatt Pumpen von Wasser mit Solarenergie Aufgabe und Material Lehrerinformationen Zusätzliche Informationen So genannt Pumpspeicherkraftwerk, besitzen große, hoch gelegene Wasserbecken, um das Wasser bis zur Nutzung zu speichern. Das Wasser wird mit Hilfe von elektrischer Energie aus zum Beispiel Kohle- oder Kernkraftwerken in die Becken hochgepumpt, wodurch Abfallprodukte, wie CO 2 Abgase oder radioaktives Material entsteht. Dieser Versuch zeigt eine Möglichkeit auf, wie stattdessen erneuerbare Energie eingesetzt werden kann. Hinweise zu Aufbau und Durchführung Gewaltsames Anbringen der Solarzellenhalter an der Solarbatterie ist unbedingt zu vermeiden, da die Solarbatterie dadurch beschädigt wird. Es ist darauf zu achten, dass keine Luft in den Pumpen ist. Die Pumpleistung sinkt dadurch sehr stark. Es ist ratsam, destilliertes Wasser zu verwenden, um Verklemmen des Flügelrades oder andere Probleme durch Kalkrückstände zu vermeiden. Maßnahmen zur Verbesserung der Pumpleistung: - Spannungsquelle mehrmals an- und ausschalten, da die bereits entstandene Wassersäule Luft beim Rücklauf hinaus drückt - gegebenenfalls die Pumpe schrägstellen und die Spannungsquelle wiederrum mehrmals an- und ausschalten - leichtes Klopfen der Pumpe auf den Wannenboden - Drehen des Flügelrades in der Pumpe, da es zum Beispiel durch Kalkrückstände verklemmt sein könnte (Das Flügelrad ist an der Unterseite der Pumpe durch die Öffnung zu sehen.)

2 Pumpen von Wasser mit Solarenergie Aufgabe und Material Aufgabe Wie hoch kann Wasser mit Licht gepumpt werden? In diesem Versuch wird eine Pumpe durch eine Solarbatterie mit elektrischer Energie versorgt. Es wird untersucht, wie sich die Lichtintensität auf die Pumpleistung auswirkt.

3 Material Position Material Bestellnr. Menge 1 Stativfuß, variabel Becherglas DURAN, niedrige Form, 400 ml Becher, Polypropylen, niedrige Form, 100 ml Stativstange Edelstahl 18/8, l = 600 mm, d = 10 mm Doppelbuchse, Paar,1 x rot und1 x schwarz Reiter für Stativbank Solarbatterie aus 4 Zellen mit Steckern Halogenlampe mit Reflektor, 12V / 20 W Halter für Halogenlampe mit Reflektor Halter für die Solarzelle 2,5 x 5 cm, mit Steckern Maßband, l = 2 m Wasserpumpe / Generator Doppelmuffe Klemmhalter, d=16mm, mit Stiel Wanne, 150 mm x 150 mm x 65 mm, Kunststoff Stativstange Edelstahl 18/8, l = 250 mm, d = 10 mm PHYWE Netzgerät DC: V, 2 A / AC: 6 V, 12 V, 5 A Zusätzliches Material Wasser

4 Aufbau und Durchführung Aufbau Baue aus dem variablen Stativfuß und den beiden Stangen die Stativbank auf (Abb. 1 und 2). Abb. 1 Abb. 2 Spanne auf der einen Seite die kurze Stativstange senkrecht ein und befestige die Halogenlampe auf dem Reiter, welcher auf die Stativbank gesetzt wird (Abb. 3). Abb. 3 Schließe die Halogenlampe an die Gleichspannungsbuchsen des Netzgerätes (Abb. 4).Das Netzgerät ist ausgeschaltet.

5 Abb. 4 Befestige an der kurzen Stativstange den Klemmhalter mit der Doppelmuffe (Abb. 5). Abb. 5 Stelle eine Ecke der Wanne unter den Klemmhalter, befestige den Schlauch an der Pumpe und drücke die Pumpe in den Klemmhalter.Die Pumpe soll etwa einen Abstand von 2 mm zum Wannenboden haben (Abb. 6).

6 Abb. 6 Stelle die Solarbatterie senkrecht auf die Stativbank und führe das Kabel unter einer Stativstange lang.schiebe von außen auf beiden Seiten einen Solarzellenhalter unter die Solarbatterie (Abb. 7). Abb. 7 Schiebe nun die Halogenlampe mit Reiter auf einen Abstand von 5 cm zur Solarbatterie (Abb. 8).

7 Abb. 8 Verbinde die beiden blauen Stecker von Solarbatterie und Pumpe mit einer Doppelbuchse und verfahre mit den beiden roten Steckern genauso (Abb. 9). Abb. 9 Fülle die Wanne mit Wasser, sodass die Pumpe etwa 2 cm im Wasser steht und stelle das große Becherglas unter das freie Schlauchende der Pumpe (Abb. 10). Abb. 10 Der gesamte Versuchsaufbau sollte nun etwa wie in Abb. 11 aussehen.

8 Abb. 11 Durchführung Achte darauf, dass das Schlauchende der Pumpe über dem großen Becherglas ist. Drehe die beiden Stellknöpfe für Spannung und Stromstärke ganz nach rechts und schalte das Netzgerät an (Abb. 12). Was lässt sich beobachten (1)? Abb. 12 Drücke den Schlauch leicht auf die Kante des Becherglases und notiere was zu beobachten ist unter (2). Verringere nun die Spannung von 12 V ganz langsam bis gerade so kein Wasser in das große Becherglas fließt, auch wenn man den Schlauch hinunter drückt. Beobachte dabei die Halogenlampe (3). Tausche das große Becherglas gegen den kleinen Becher aus und drücke den Schlauch wieder ein wenig nach unten. Achte auch hier wieder darauf, dass das Schlauchende über dem Becher ist. Notiere deine Beobachtung im Protokoll (4). Im Fall, dass die Pumpe nicht richtig läuft, helfen folgende Maßnahmen: - leichtes Klopfen der Pumpe auf den Wannenboden - mehrmaliges An- und Ausschalten des Netzgerätes - Drehen des Flügelrades an der Unterseite der Pumpe

9 Protokoll: Pumpen von Wasser mit Solarenergie Ergebnis - Beobachtungen 1 (10 Punkte) Was lässt sich beobachten, wenn das Netzgerät angeschaltet wird? Ergebnis - Beobachtungen 2 (10 Punkte) Was ist zu sehen, wenn der Schlauch hinunter gedrückt wird?

10 Ergebnis - Beobachtungen 3 (10 Punkte) Was lässt sich bei der Halogenlampe beobachten? Ergebnis - Beobachtungen 4 (10 Punkte) Was passiert bei dem kleinen Becher?

11 Auswertung - Frage 1 (10 Punkte) Angenommen das Wasser reicht nicht bis an die Schlauchöffnung. Reicht es die Schlauchöffnung tiefer in das Becherglas zu drücken, damit Wasser in das Becherglas fließt? Begründe deine Antwort kurz. Auswertung - Frage 2 (10 Punkte) Warum reicht nach Verringerung der Spannung die Leistung der Pumpe um das Wasser in das kleine Becherglas zu befördern, aber nicht mehr um das große Becherglas zu füllen, obwohl der Schlauch genau so lang ist? Betrachte dabei die potentielle Energie E = m g h.

12 Auswertung - Frage 3 (10 Punkte) Wie kann man diesen Versuchsaufbau sinnvoll in der Realität verwenden?