1 EINFÜHRENDE SACHINFORMATION ZUM THEMA Begriffsklärung Energieumwandlung Energieentwertung... 3

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1 ENERGIE INHALTSVERZEICHNIS 1 EINFÜHRENDE SACHINFORMATION ZUM THEMA Begriffsklärung Energieumwandlung Energieentwertung Energieformen Energiearten AUSGEWÄHLTE UNTERRICHTSMATERIALIEN Videos Internetquellen Beispiele für den Unterricht BESTEHENDE ROJEKTE DAS PROJEKT VOM BMUKK Projektziele Durchführung & Ergebnissicherung Vorbereitende Unterrichtssequenzen für die Vor & Nachbereitung im Unterricht Ausblick QUELLEN ANHANG Seite 1

2 1. EINFÜHRENDE SACHINFORMATION ZUM THEMA 1.1. BEGRIFFSKLÄRUNG Energie ist die Fähigkeit eines Körpers, mechanische Arbeit zu verrichten. Zudem auch Wärme abzugeben oder Licht auszustrahlen. Entsprechend dieser Definition kann Energie weder erzeugt noch verbraucht oder zerstört werden. Ein Körper kann Energie aufnehmen, ansammeln und wieder abgeben. Der Input von Energie erfolgt meisten dadurch, dass am Körper eine (äußere) Arbeit durchgeführt wird. Umgekehrt gibt der Körper Energie ab, wenn er selbst Arbeit an einem anderen Körper verrichtet. Energie und Arbeit sind also zueinander äquivalent und lassen sich ineinander transferieren. Die Energieänderung ist gleich die Arbeit. Beispiele: Eine Maschine produziert, solange Energie in Form von Treibstoff zugeführt wird. Eine Laterne kann den Gehsteig beleuchten, solange sie Energie in Form von elektrischer Spannung erhält. Körper, die Energie besitzen, werden als Energiequellen bezeichnet oder auch als Energieträger ENERGIEUMWANDLUNG Energie tritt in verschiedenen Arten auf und kann von einer Form in eine andere umgewandelt werden. Ein Beispiel dafür ist der Bremsvorgang eines Fahrzeuges, wenn man die Reifen dabei anfokussiert. Der Verlust der kinetischen Energie nach dem Bremsvorgang wird in thermische Energie umgewandelt. Weiters wird bei einem Elektromotor, der ein Gewicht anhebt, nach dem Vorgang aus elektrischer Energie Lageenergie oder mechanische Energie. Da die Energie immer von einer Energieform in eine andere Energieform umgewandelt wird, spricht man hierbei auch von Energieübertragung. Energieerhaltungssatz Wird Energie übertragen und umgewandelt, so ändert sich die Gesamtenergie nicht. Seite 2

3 1.3. ENERGIEENTWERTUNG Vorgänge, bei denen Energieumwandlungen stattfinden, laufen nur in eine Richtung ab. Beispielsweise kann chemische Energie in thermische Energie umgewandelt werden. Die Wärme wird an die Umgebung abgegeben. Sie ist daher nicht weiter verwendbar. Energie bleibt erhalten, aber die Nutzbarkeit der Energie für den Menschen nimmt ab. Beim Bremsen eines Autos wird die mechanische Energie in thermische Energie umgewandelt. Es wird somit Wärme an die Umgebung abgegeben ENERGIEFORMEN [1] Kinetische Energie = Bewegungsenergie Körper können aufgrund ihrer Bewegung mechanische Arbeit verrichten. [2] Potentielle Energie = Lageenergie Die potentielle Energie nimmt in Kraftrichtung ab und entgegen der Kraftrichtung zu, senkrecht zur Kraftrichtung ist sie konstant. Bewegt sich der Körper von einem Punkt, an dem er eine hohe potentielle Energie hat, zu einem Punkt, an dem diese geringer ist, leistet er genau so viel physikalische Arbeit, wie sich seine potentielle Energie vermindert hat. Folglich kann man eine konservative Kraft zurückgewinnen. Diese Aussage gilt unabhängig davon, auf welchem Weg der Körper vom einen zum anderen Punkt gelangt ist. Ein Beispiel zur potentiellen Energie ist die aufgezogene Feder einer Uhr. Die Uhr hat ihre Energie durch Aufziehen durch eine Person erhalten, das heißt, es wurde Arbeit an ihr verrichtet. Wenn die Spannung der Feder nachlässt, übt wiederum die Uhr Arbeit (=Kraft) aus, indem sie die Zeiger der Uhr weiterbewegt. Ein anderes Beispiel ist ein hoch in die Luft gehaltener Ziegelstein, der, wenn er losgelassen wird, durch die Erdanziehungskraft, die Gravitation, in Richtung Erde fällt. Er besitzt die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten, zum Beispiel einen Zaunstecken in die Erde zu treiben. [3] Magnetische Energie Diese Energieform, welche bei Dauermagneten oder stromdurchflossenen Spulen auftritt, wird vor allem im Verkehr oder in der Wirtschaft verwendet. So werden zum Beispiel magnetisierte Materialien mittels Magneten sehr kostengünstig transportiert. [4] Mechanische Energie In einem mechanischen System ist dessen Energie die Summe von potentieller und kinetischer Energie. Mit kinetischer Energie ist Bewegungsenergie gemeint. Seite 3

4 [5] Thermische Energie Bei der thermischen Energie handelt es sich um die kinetische Energie der Gasteilchen eines Gases, beispielsweise die Luft. Diese Energie ist in der Bewegung von Molekülen oder Atomen eines Stoffes gespeichert. [6] Chemische Energie Die Energie, die bei einer chemischen Reaktion frei wird oder hineingesteckt werden muss, bezeichnet man als chemische Energie. [7] Lichtenergie Das Licht transportiert als elektromagnetische Welle Energie. [8] Kernenergie Kernenergie wird durch die Spaltung und Fusion von Atomkernen frei ENERGIEARTEN [1] Fossile Energie Sie wird aus fossilen, brennbaren Vorräten erzielt, wie beispielsweise Erdgas, Erdöl, Steinund Braunkohle, welche in der Vergangenheit aus Abbauprodukten toter Tiere und Pflanzen entstanden sind. Diese Energieträger fußen auf dem Kohlenstoffkreislauf, der die Sonnenenergie aus längst vergangenen Zeiten gespeichert hat und heute verwertet werden kann. Im 18. und 19. Jahrhundert wurden diese Brennstoffe erstmals technisch erschlossen, was den Beginn der Industriellen Revolution bildete. Die oben angeführten Energieträger sind dem Weltklimarat zufolge wichtige Mitverursacher der globalen Erwärmung, da bei der Verbrennung mit Sauerstoff Energie in Form von Wärme und Kohlenstoffdioxid freigesetzt wird. Auch andere chemische Verbindungen wie Stickstoffoxide und Ruß sowie unterschiedlich feine Stäube werden bei der Verbrennung - je nach der Zusammensetzung oder der Reinheit des Energieträgers - freigesetzt. Man erhält daraus elektrischen Strom, Wärme, Kraftstoffe und Grundstoffe für die chemische Industrie sowie kinetische Energie zum Antrieb von Motoren und Maschinen. Vorteile Der Vorteil ist, dass sich die fossile Energie bereits etabliert hat und jederzeit verfügbar ist, Weiters ist die Technologie auf diese Stoffe eingestellt, beginnend beim LKW, dem Auto, über die Industrie bis zu den privaten Heizungen sowie Dienstleistungsbetrieben. Seite 4

5 Nachteile Ihr Vorkommen scheint endlich zu sein. Viele Lagerstätten sind bereits erschöpft. Durch die Verbrennung fossiler Energieträger entstehen Treibhausgase. Gefahren durch die Beförderung (Ölpest im Meer/ an den Ufern, Schädigung von Tieren und Pflanzen). Klimaveränderungen durch den Treibhauseffekt. Hautkrebsrisiko steigt. Abhängigkeit von anderen Staaten, durch die ungleiche Verteilung gegebener fossiler Energieträger. [2] Nukleare Energie Die Brennstoffe der Kernenergie sind Uran, das aus radioaktivem Schwermetall, der Pechblende, gewonnen wird und Plutonium, ein stark radioaktives Abfallprodukt bei der Wiederaufbereitung von Uran. Derzeit ist vornehmlich die Kernspaltung in Einsatz, da die Kernfusion aufgrund hoher technischer Probleme (enorm hohe Temperaturen sind erforderlich!) nicht über Versuchsreaktoren hinausgekommen ist. Vorteile Fast keine Luftverschmutzung während des Betriebes eines AKWs. Kostengünstige Produktion. Gigantische Mengen an elektrischer und thermischer Energie können gewonnen werden. Nachteile Sicherheit: Die Atomkraft ist keinesfalls so sicher, wie oft unterstellt wird. Immer wieder kommt es zum Austritt radioaktiver Substanzen in die Umwelt. Zudem ist in ca. 40 Jahren kein Uranabbau mehr möglich, da alles ausgebeutet sein wird. Uranabbau: Beim Abbau von Uran werden ganze Landstriche verwüstet. Durch Eliminierung der Vegetation ist auch die Atomkraft nicht CO2 neutral. Abhängigkeit: Ein großer Teil des Urans kommt aus Russland, so dass bei einem Verzicht auf Gas die Abhängigkeit vom Energielieferanten Russland auch nicht sinkt. Durch das Abschalten von Atomkraftwerken gehen Arbeitsplätze verloren. Dauer: Von der Planung bis zur Fertigstellung eines Atomkraftwerkes vergehen mitunter Jahrzehnte. Ob der Atomstrom dann bei der Fertigstellung noch kostendeckend produziert werden kann, ist keinesfalls sicher. Entsorgung: Die Entsorgung des Atommülls ist derzeit nicht sichergestellt. Durch den Einsatz sogenannter Zwischenlager wird die eigentliche Entsorgung des Atommülls hinausgezögert. Es besteht hohe Strahlengefahr durch die lange Halbwertszeit des radioaktiven Mülls. Seite 5

6 [3] Erneuerbare Energien Aus Holz und anderen organischen Abfällen und Überresten wird Biomasse gewonnen. Als erneuerbare Energien werden Energiequellen bzw. Energieträger bezeichnet, die kurzfristig und nach menschlichen Maßstäben unerschöpflich zur Verfügung stehen. Sie kommen aus nachhaltig zur Verfügung stehenden Energieressourcen, die sich entweder kurzfristig von selbst erneuern oder bei denen die Energiequelle unabhängig ist. Beispiele für unabhängige Energiequellen: Wasserkraft, Windenergie, solare Strahlung (Sonnenenergie), Erdwärme (Geothermie), Gezeitenenergie Beispiele für nachwachsende Rohstoffe: Biogas, Bioethanol, Holz Vorteile Nachhaltigkeit Klimaschutz Neue Arbeitsplätze Unabhängigkeit Nachteile Geringer Ertrag Teurer als fossile Energieträger. Weizen wird verspritet (Hunger auf der Welt!). Seite 6

7 2. AUSGEWÄHLTE UNTERRICHTSMATERIALIEN 2.1. VIDEOS [1] ALPHA CENTAURI - STAFFEL 3 EPISODE 108: WAS IST ENERGIE? TEIL 1 VON 2 [2] ALPHA CENTAURI - STAFFEL 3 EPISODE 108: WAS IST ENERGIE? TEIL 2 VON 2 [3] "WAS IST ENERGIE?" EIN FILM VON WISSENSCHAFT IM DIALOG [3] WAS IST WAS TV: THEMA ENERGIE Auf Amazon zu kaufen. Energie/dp/B002810GU8/ref=sr_1_1?ie=UTF8&qid= &sr=8-1 Auf Youtube anzusehen INTERNETQUELLEN [1] THE NEW POWER OF YOUNG ENERGY EVN bietet unterschiedliches Unterrichtsmaterial zum Thema: Energie an. Von der Volksschule über die Hauptschule/AHS bis hin zu den Höheren Schulen. [2] FÄCHERÜBERGREIFENDE UNTERRICHTSMATERIALIEN ZUM THEMA: ENERGIE IN DER SCHULE [3] FÄCHERÜBERGREIFENDE UNTERRICHTSMATERIALIEN ZUM THEMA: ENERGIE IM ALLTAG [4] MATERIALIEN ZUR ERARBEITUNG DES THEMAS SOLARENERGIE Seite 7

8 [5] MATERIALIEN ZUR ERARBEITUNG DES THEMAS ERNEUERBARE ENERGIEN [6] MATERIALIEN ZUR ERARBEITUNG DES THEMAS SONNE & CO [7] EINE PLATTFORM FÜR SCHULEN ZUM THEMA [8] INTERAKTIVE ÜBUNGEN FÜR DEN UNTERRICHT [9] LITERATURTIPPS FÜR BRAUCHBARE UNTERRICHTSMATERIALIEN [10] WOHER KOMMT UNSERE ENERGIE? VON DER PRIMÄRENERGIE ZUR ENERGIEDIENSTLEISTUNG BEISPIELE FÜR DEN UNTERRICHT Es folgt nun ein Beispiel für einen fächerübergreifenden Unterricht zum Thema Atomkraftwerke: Ja oder Nein! Sind Atomkraftwerke moralisch vertretbar? Kontakt: Die Lernziele und Stundenbilder folgen. Das einzusetzende Unterrichtsmaterial ist dem Anhang zu entnehmen. Lernziele [1] Physik Das Vorwissen, das die Schülerinnen und Schüler der Klasse haben sollten, wird mit jener Farbe gekennzeichnet. In Schwarz sind die Lern- und Lehrziele, welche für die zwei Lerneinheiten gesetzt wurden, niedergeschrieben. Die Schülerinnen und Schüler können das Prinzip der Atomkernspaltung erklären. Seite 8

9 Die Lernenden kennen drei Typen von radioaktiver Strahlung und ihre Wirkung auf den Menschen. Die Lernenden können das Prinzip der gesteuerten Kettenreaktion erklären. Die Schülerinnen und Schüler können das Prinzip eines Kernkraftwerkes erklären. Die Schülerinnen und Schüler kennen sich bezüglich radioaktiver Abfälle aus: Arten, Entstehung, Sicherheitsbarrieren, Lagerung, Endlager. Die Schülerinnen und Schüler kennen erneuerbare Energiequellen. Die Lernenden können zwischen Nutzen und Gefahren der Atomenergie abwägen. Die Schülerinnen und Schüler werden angeregt darüber nachzudenken, welche Energiequelle nachhaltig als effiziente Quelle genutzt werden kann. [2] Bildnerische Erziehung Die Schüler und Schülerinnen sollen dazu angeregt werden, innerhalb der Energiegewinnung möglichst viele verschiedene Energiegewinnungsarten kritisch zu hinterfragen und nicht als unabänderlich hinzunehmen. dazu angeregt werden, Atomkraftwerke bzw. beschädigte Atomkraftwerke (z. B. durch menschliches Versagen, Erdbeben, Tsunamis, Überalterung, ungenügende Sicherheitsvorkehrungen beim Bau, Terroranschläge, ) mit all seinen Nutzen/Gefahren bildnerisch darzustellen. die Gefahren für den Menschen bzw. die Umwelt durch Verstrahlung von beschädigten Atomkraftwerken (Trink-, Grund-, Meerwasser, Erdreich Plutonium!, Pflanzen, Tiere, Luft, ) im Rahmen einer Fotomontage oder Zeichnung konstruktiv umsetzen. erfahren, dass die Entsorgung der Abfallprodukte von ausgedienten, abgebrannten, strahlenden Brennstäben im Wege des Transport, durch unsichere oder illegale Zwischen- oder Endlager (Einsickern und Verstrahlung von Grundwasser, Erdbeben, illegale Lagerung in diversen Meeren (z. B. Ostsee), Illegaler Transport und ungenügend gesicherte Ablagerung in sozial benachteiligte Länder, z. B. in Afrika) ungelöst bzw. den Menschen in diesen Ländern unmittelbar Schaden zufügt (Darstellung der Weltkugel durch Lehrer/Lehrerin! Kinder sollen diverse bekannte Endlager und mögliche illegale Lager darauf kreativ zeichnen, malen oder drucken Schüler und Schülerinnen vorher darüber informieren!). im Rahmen einer Fotomontage ein ringförmiges Plakat (Erde im Mittelpunkt) über alternative Energien (z. B. Solarenergie/Photovoltaik, Erdwärme, Wind- und Wasserkraftwerke, Gezeitenkraftwerke, Entziehung der Energie aus dem Meerwasser, Thermozäune, Niedrig-Energiehäuser, solarbetriebene Autos usw.) konstruieren. ein Plakat über mögliche Schäden durch Strahlen (Menschen, Tiere, Pflanzen), sowohl textlich als auch bildnerisch umsetzen. die Unbewohnbarkeit einzelner Gebiete für Menschen bzw. Tiere oder Pflanzen aufgrund überhöhter Strahlen über mehrere tausend Jahre erfahren sowie mögliche Mutationen bei Pflanzen und/oder Tieren zeichnen. Seite 9

10 [3] Musikerziehung Die Schülerinnen und Schüler sollen durch die Musik das Zusammengehörigkeitsgefühl vermittelt bekommen. Des Weiteren sollten Sie auf Grundlage der Menschenrechte die Thematik der Atomkraftwerke beleuchten. Stundenbilder Von der Reihenfolge beziehen sich die Stundenbilder auf die Abfolge der Stunden in der Praxis. Die Stunden sind jeweils 50 Minuten lang. Natürlich sind die Planungen nicht perfekt, da sie noch nicht in der Praxis erprobt wurden. Trotzdem denken wir, Franziska Gruber und Barbara Mauerhofer, dass mit den Stundenbildern und den dazugehörigen Materialien ein guter Fundus für die Schulpraxis in der Sekundarstufe 1 geschaffen wurde. Bildnerische Erziehung (2h) Materialien (Lehrenden): alte Zeitungen, Deckfarben Materialien (Lernenden): Zeichenpapier, Buntstifte Seite 10

11 Zeit Pause, kurz vor der Stunde Unterrichtsgliederung BE, 2 Stunden Phase 0: Vorbereitungsphase Lehrstoffelement: Themenkreis: Atomkraftwerke Inhalt: A-3 bzw. A-4 Zeichenblätter harte/weiche Bleistifte Überprüfungen und Bildeinstellungen der OHF vornehmen SS sollen die notwendigen Materialien für diese Stunde (Mappe, Künstlerbox) bereits herrichten. Namensschilder Beispielbilder aus Internet Deckweiß Deckfarbe Haar- und Borstenpinsel blauer Filzstift Kopien der Weltkugel Phase 1: Positive reziproke Affekte aussenden: 2 min Inhalt: Begrüßung der Schüler und Schülerinnen. Gibt schon ein E-Fahrrad. Schon einmal ausprobiert? Thema: Energie - Atomkraftwerke Phase 2 und 3: Informierender Unterrichtseinstieg/Informationsinput 13 min OHF Bilder/Architektur von intakten/zerstörten AKWs Bilder von Personen mit Strahlenerkrankungen Sachinformationen (Siehe oben) Phase 4: Anbieten von Lernaufgaben Seite 11

12 5 min o Inhalt: o L erklärt S/S den weiteren Stundenverlauf: Die Schülerinnen und Schüler sollen innerhalb ihrer Klasse unterschiedliche Werke darstellen (siehe Lernziele: mind. drei Kinder ein Werk, insgesamt gibt es 6 verschiedene Themen), sodass ein Gesamteindruck entsteht, was durch mögliche Unfälle bei Atomkraftwerken passieren kann. Gleichzeitig soll eine kurze Information über alternative Energieformen durchgeführt werden (siehe Pkt.5, Fragenliste) - brainstorming. Themenwahl: o Atomkraftwerke bzw. beschädigte Atomkraftwerke bildnerisch darstellen. o die Gefahren für den Menschen bzw. die Umwelt durch Verstrahlung von beschädigten Atomkraftwerken im Rahmen einer Fotomontage oder Zeichnung konstruktiv umsetzen. o Kopien der Weltkugel durch Lehrer/Lehrerin! Kinder sollen diverse bekannte Endlager und mögliche illegale Lager an Atommüll (z. B. Ostsee) darauf nach eigenem Ermessen zeichnen, malen oder drucken. o im Rahmen einer Fotomontage ein ringförmiges Plakat (Erde im Mittelpunkt) über alternative Energien (z. B. Solarenergie/Photovoltaik, Erdwärme, Wind- und Wasserkraftwerke, Gezeitenkraftwerke, Entziehung der Energie aus dem Meerwasser, Thermozäune, Niedrig-Energiehäuser, solarbetriebene Autos usw.) konstruieren. o ein Plakat über mögliche Schäden durch Strahlen (Menschen, Tiere, Pflanzen), sowohl textlich als auch bildnerisch umsetzen. o mögliche Mutationen bei Pflanzen und/oder Tieren zeichnen. o o Beschriften der A4-Blätter mit Vor-, Zunamen und Klasse o Spitzer, Radiergummi, Blei- und Buntstifte sowie Deckfarben, Deckweiß, Becher, o Pinsel o o o Absichten/Ziele: LZ 1-8 Medium: o A4-Zeichenblatt OHF Phase 5: Selbstständige Arbeit an Lernaufgabe 5 min Inhalt: Die S/S arbeiten an der an sie gestellten Aufgabe. L geht in der Klasse herum und hilft den S/S bei Fragestellungen. Disziplin der SS beachten. Phase 6 : Feedback 5 min Inhalt: Verschiedene Werke werden mittels Magneten an die Tafel geheftet und verglichen. Einsammeln der Werke, aufbewahren bis zur nächsten Stunde. Absichten/Ziele: LZ 1-8 Lehrform: Moderierter Unterricht Medium: A4-Zeichenblätter Phase 7: Auslöschung 10 min Inhalt: Die S/S räumen ihre Arbeitsmaterialien in den Malkoffer. Farben auswaschen, Mist wegräumen. Die S/S stellen sich bei der Tür an. Seite 12

13 Musikerziehung (1h) Zeit Unterrichtsgliederung 3 min Phase 1: Aktivierungsphase Aufwärmübungen: Atem und Stimmbildung Medium: CD-Player 17 min Phase 2: Erarbeitungsphase Youtube Video: We are the world wird vorgespielt. L vermittelt wichtige Informationen über dieses Lied. OH-Folie auflegen. Das Lied wird mit den Schülerinnen und Schülern erarbeitet. textlich musikalisch 5 min Phase 3: Vernetzungsphase Den Schülerinnen und Schülern der Klasse soll die Frage gestellt werden, was nun dieses Lied mit der behandelten Thematik: Atomkraftwerke zu tun haben soll? Gedanken der Schülerinnen und Schüler werden an der Tafel festgehalten. Am Ende der Stunde fertigt die Lehrperson ein Bild davon an. 15 min Phase 4: Gruppenarbeit Den Schülerinnen und Schülern der Klasse werden ein paar Bilder von Fukushima gezeigt. Daraufhin werden die Lernenden in Gruppen eingeteilt. In den Gruppen wird die Aufgabe erteilt ein Lied zu schreiben (auf Deutsch). Dabei sollten sie versuchen, das auszudrücken, was sie den Leuten im Krisengebiet in Japan gerne sagen möchten. 10 min Phase 5: Abschlussphase Präsentationen der Songs. Die Lehrperson nimmt einige Ausschnitte der selbstgeschriebenen Songs per Video auf, welche sie dann den Schülerinnen und Schülern zur Verfügung stellt. Falls noch Zeit bleibt, wird das Lied: We are the world mit den Schülerinnen und Schülern der Klasse wiederholt. Physik (2h) 1.Stunde Materialien (Lehrende): Beamer, Laptop Zeit Unterrichtsgliederung 5 min Phase 1: Wiederholungsphase,, Motivierungsphase EIN BLICK ZURÜCK Spiel: Welche Strahlung bin ich? OH-Folie wird aufgelegt. SS sollen versuchen, mit der vorhandenen Abbildung und ihrem Wissen die Kettenreaktion zu erklären. 15 min Phase 2: Informationsphase, Vermittlungsphase EIN BLICK IN DAS KERNKRAFTWERK OH-Folie: Kernkraftwerk Die Funktionsweise des Kernkraftwerkes wird den Schülerinnen und Schülern dargestellt. Anschließend wird den Schülerinnen und Schülern ein Video gezeigt: Kernenergie 10 min Phase 3: Aktivierungsphase Seite 13

14 Ich-Du-Wir Aufgabe Fragestellungen werden zuerst alleine, dann in Partnerarbeit und anschließend in der Gruppe aufgelöst. 10 min Phase 4: Erweiterte Informationsphase EIN BLICK ÜBER DEN TELLERRAND PPT: (Kernkraftwerke wie viele gibt es weltweit, wie viele gibt es in der Umgebung von Österreich?) Dringlichkeit der Auseinandersetzung mit dem Thema wird aufgezeigt. SS bekommen Informationen über die Radioaktivität vermittelt. Der Begriff wird definiert. Anschließend werden den SS Kärtchen ausgeteilt. Sie sollen sich ein Kärtchen nehmen und die Information durchlesen. Anschließend werden zwei Schülerinnen oder Schüler von der Lehrperson ausgewählt, die einen kurzen Bericht darüber abgeben können, was sie sich gemerkt haben. 5 min Phase 5: Abschlussphase Den Schülerinnen und Schülern ist die Freiheit gegeben das wichtigste über Atomkraftwerke festzuhalten. Dafür bekommen sie ein Blatt, welches sie in ihr Heft einkleben sollten. Dabei sollten sie sich Gedanken darüber machen, welche Nutzen und welche Gefahren Atomkraftwerke in sich bergen. Seite 14

15 2.Stunde Materialien (Lehrende): Beamer, Laptop Zeit Unterrichtsgliederung 10 min Phase 1: Einstiegsphase SS tauschen zu Beginn der Stunde über ihre Ergebnisse: Vorteile und Nachteile von Atomkraftwerken. Die Ergebnisse werden von mir an die Tafel geschrieben. Anschließend werden von der Lehrperson selbst Begriffe in die Höhe gehalten. Die Lernenden sollen diese Begriffe dann den Vorteilen und Nachteilen richtig zuordnen. In dieser Phase wird eine Diskussion unter den Schülerinnen und Schülern erlaubt. 7 min Phase 2: Hinführungsphase Eine Frage an die SS Wie liefert die Natur die Energie? Welche Möglichkeiten gibt es? Nicht alle auf der Welt haben Atomenergie. Woher bekommen diese den Strom? SS sollen mit ihrem Nachbar darüber sprechen und nach fünf Minuten im Plenum ihr Wissen, das sie zusammengetragen haben, laut aussprechen. 33 min Phase 3: Selbstständiges Arbeiten Ein Stationenbetrieb wird für die Schülerinnen und Schüler der Klasse angeboten. Thematik: Erneuerbare Energien 4 Stationen werden angeboten. Die Lehrperson fungiert in dieser Zeit als Hilfestellung. Jeder Schüler, jede Schülerin bekommt ein Stundenblatt. Dieses soll am Ende der Stunde an die Lehrperson abgegeben werden. Lehrperson gibt immer ein Zeichen, wann gewechselt werden soll. 5 min Phase 4: Abschlussphase Die Schülerinnen und Schüler sollen am Ende der Stunde neue, für sie wichtige Informationen der Klasse mitteilen. Seite 15

16 3. BESTEHENDE PROJEKTE 1. INTERNATIONALE ENERGIE-SCHAU-STRAßE Projekte/energieschaustrasse.pdf Wurde das Interesse geweckt? Wenn ja, dann wird Ihnen dieser Link weiterhelfen. Hier erfahren Sie ausführlich, was sie erwartet und mit wem Sie Kontakt aufzunehmen haben FOOTPRINT 4. DAS PROJEKT VOM BMUKK: 4.1. PROJEKTZIELE 4.2. DURCHFÜHRUNG & ERGEBNISSICHERUNG 4.3. VORBEREITENDE UNTERRICHTSSEQUENZEN FÜR DIE VOR & NACHBEREITUNG IM UNTERRICHT 4.4. AUSBLICK Seite 16

17 5. QUELLEN [1] GIANCOLI, Douglas C. (2009): Physik-Lehr und Übungsbuch. ( 3. erweiterte Aufl.). München: Pearson Studium. [2] DUDEN SMS PHYSIK. Internetquellen [3] _klimawandel/ Seite 17

18 6. ANHANG Welche Strahlung bin ich??? Alphateilchen Röntgenstrahlung Element Helium bestehend aus Elektronen und Positronen Blatt Papier nicht durchdringbar elektromagnetische Strahlung Haut des Menschen nicht durchdringbar Blei und Beton als Abschirmung Seite 18

19 Kettenreaktion KETTENREAKTION Reflexion der Schülerinnen und Schüler ATOMKRAFTWERKE JA! NEIN! Seite 19

20 ICH DU WIR AUFGABE Think alone Denke darüber nach, was du nicht mehr benutzen könntest, wenn es keinen Strom mehr gibt? Man spricht von zwei Kreisläufen im Kernkraftwerk? Kannst du dich noch daran erinnern, welche das sind?... Erkläre die Reise des Urans in eigenen Worten! Das Herzstück des Kernkraftwerkes ist das Reaktorgebäude. In den Uranelementen findet die Kernspaltung statt. Turbinen wandeln die Leistung des Reaktors in Strom um. Think with your partner Nun kannst du deine gefundenen Antworten deinem Nachbar mitteilen. Schreibt gemeinsam eine neue Antwort auf, welche eure beiden Antworten zusammenfasst! Think together Präsentiert eure Antwort der Gruppe! Seite 20

21 ENTDECKER DER RADIOAKTIVITÄT entdeckte Henri Becquerel (F) die Radioaktivität. Ein uranhältiger Stein hatte eine Fotoplatte durch die Verpackung hindurch "belichtet'. Becquerel erkannte, dass die Strahlung aus dem Zerfall von Atomkernen stammte. Bald wurden weitere Radionuklide gefunden (Radium, Polonium...) und es erwies sich, dass alle Elemente ab der Kernladungszahl 84 natürliche Radioaktivität zeigen. Heutzutage kann beinahe jedes Element durch Bestrahlung künstlich radioaktiv gemacht werden. Das Ehepaar Pierre Curie ( ) und Marie Curie ( ) untersuchte alle bekannten chemischen Elemente auf diese neue Eigenschaft hin, die sie "Radioaktivität" nannten. Sie entdeckten dabei zwei strahlungsfähige Elemente, das Polonium (Marie war Polin) und das Radium, das "Strahlende". Für die Verdienste um die Erforschung der Radioaktivität erhielt das Ehepaar Curie gemeinsam mit Becquerel 1903 den Nobelpreis für Physik. [Quelle: 2 NATÜRLICHE UND KÜNSTLICHE RADIOAKTIVITÄT Natürliche Radioaktivität: Nur wenige Elemente sind von Natur aus radioaktiv wie Uran, Radium, Thorium und Polonium. Künstliche Radioaktivität: Es ist aber heute schon möglich, von fast allen Elementen auf künstlichem Weg radioaktive Isotope herzustellen. Diese künstlich radioaktiven Elemente sind meistens stärkere Strahler als die in der Natur vorkommenden [Quelle: Seite 21

22 3 NACHWEIS RADIOAKTIVER STRAHLUNG ORDNE ZU!! Alpha- und Betastrahlen werden in elektrischen und magnetischen Feldern abgelenkt - Gammastrahlen zeigen darin keine Ablenkung. Radioaktive Strahlen können lichtempfindliche Filme belichten (Fotomethode). Der Verlauf von Alphastrahlen kann in einer Nebelkammer sichtbar gemacht werden. Sie hinterlassen weiße, nebelige Spuren, die das Aussehen von Fäden haben! Im Geiger-Müller-Zählrohr werden Stromstöße gezählt, die durch radioaktive Strahlung verursacht werden. Die leuchtenden Ziffernblätter von alten Uhren und Weckern sind meist radioaktiv! Seite 22

23 STATIONENBETRIEB: ERNEUERBARE ENERGIEN Der folgende Stationenbetrieb, der für die zweite Physikstunde verwendet wird, wurde von jenen Studenten im Fach: Physik erstellt. Kathi Wurzinger Johannes Broidl Erich Gstaltner Barbara Mauerhofer Ablauf: Stationenbetrieb: - Lehrer/in erklärt jede einzelne Station in kurzen Stichworten. - Schüler/innen haben 3 Stunden Zeit die verschiedenen Stationen zu besuchen. (4 Stationen) - Bei jeder fertig gestellten Station erhalten die Schüler/innen einen Teil eines Generators. - Nach Beendigung aller Stationen ist das Generatorpuzzle vollständig. - Nach den Stationen finden sich die Schüler/innen in 5er Gruppen zusammen. Ein Plakat wird gestaltet. Generatorpuzzle: - 4 Teile - Nach jeder erfüllten Station erhalten die Schüler/innen einen Puzzleteil. - Bei der ersten Station (Windkraft) bekommen sie einen Puzzleteil, auf dem ein farbiger Punkt darauf ist. Diese farbigen Punkte teilen die Schüler/innen nach Beendigung der Stationen in ihre 5er Gruppen ein. Teil 1 Teil 2 Teil 3 Teil 4 Seite 23

24 Farbliche Einteilung: Einteilung in orange, lila, rot, gelb, grün und blau. Seite 24

25 1. Station) Windkraftwerk 1) Geschichte des Windrades Schüler/innen sollen sich den Text über die Entstehung des Windrades durchlesen und auf einige Sätze zusammenfassen. Windige Zeitreise in 7 kurzen Streichen 1) Babylon, v. Chr.: Ganz schön pfiffig! Die Babylonier waren die Ersten, die gezielt die Kraft des Windes in Energie umwandelten. Sie bauten eine Orgel, die durch ein Windrad angetrieben wurde. 2) Ägypten, v. Chr.: Trendsetter: Die Ägypter nutzten die Energie des Windes zur Fortbewegung auf Segelschiffen. 3) Asien, 550 n. Chr.: Der Wind, der über die asiatischen Felder blies, inspirierte den Philosophen Kao-ts'ang zur Erfindung des Windwagens. Bis zu 30 Personen konnten damit über Hunderte von Kilometern pro Tag befördert werden. Eine Sensation - dank der Kraft des Windes waren die Menschen schneller als hoch zu Ross. 4) Europa, 12. Jhd.: Von wegen dunkles Mittelalter! In Bezug auf die Kreativität im Umgang mit der Kraft des Windes gab es in Flandern, Südostengland und der Normandie lichte Momente. Hier wurden Windmühlen mit horizontal liegender Rotordrehachse zum Mahlen von Getreide verwendet. 5) Holland, Ende des 16. Jhd.: Die Holländerwindmühle, bei der sich nur die Turmhaube dreht, verdrängt die altmodische Bockwindmühle des Mittelalters. 6) Europa, 19. Jhd.: Wie der Wind durch die Lüfte fliegen? Der Traum vom Fliegen ist so alt wie die Menschheit. Wahr wurde er 1804: Der Brite Sir George Cayley baute das erste erfolgreiche, jedoch passagierlose Segelflugzeug. Zwischen 1891 und 1896 unternahm Otto Lilienthal die ersten bemannten Segelflüge. 7) Europa, Ende des 19. Jhd.: Windkraftanlagen, die Strom erzeugen können, gab es bereits vor 100 Jahren. Die Technik wurde im Laufe der Zeit stetig verbessert - und wird es immer noch. Seite 25

26 2) Die wichtigsten Teile eines Windrades. Beschrifte die fehlenden Teile! Verwende dazu die Wörter hier unten. Fehlende Wörter: - Getriebe - Generator - Rotorblatt - Turm - Gondel - Aufstieg 3) Wie wird aus Wind Strom gemacht? Nicht nur Segelboote nutzen die Windkraft, sondern auch Windräder (Windkraftanlagen). Denn diese könnten mit Wind Strom erzeugen. Dafür muss der Wind nur ca. 10km/h schnell sein. Das ist so schnell, als würdest du laufen. Durch den Wind fangen die Rotorblätter an sich zu drehen. Diese Bewegung wird an den Generator weitergeleitet. Dieser sitzt ganz oben im Windrad. Dies nennt man auch Gondel. In dem Generator befinden sich Drähte, die auf Spulen gewickelt sind und Magnete. Wie du schon weißt, wird durch die Bewegung der Rotorblätter der Magnet in eine Drehbewegung gebracht. Dadurch werden im Draht Elektronen hin und her bewegt. Man nennt dies auch Induktion. Dadurch entsteht Strom. Seite 26

27 Wie viel Strom ein Windrad erzeugen kann, liegt an der Geschwindigkeit des Windes. 4) Bastle dir dein eigenes Windrad! Kinder basteln ihr eigenes Windrad! 1. Zum Basteln eines Windrads benötigst du folgendes: Schere Papier Klebestreifen Holzstift Beutelklammer 2. Zeichne ein Quadrat auf und schneide es aus. Anschließend schneide bis zur Mitte hin die Hälfte einer jeden Ecke ein. 3. Loch das Papier an den gleichen Stellen (siehe Foto) 4. Die Beutelklammer steckst du durch alle 4 Außenecken nacheinander ein und zum Schluss in das mittlere Loch. Seite 27

28 5. Leg den Holzstift zwischen die Beutelklammer und bieg sie um. Um das ganze stabiler zu machen, könnt Ihr es mit einem Klebestreifen fixieren. 2. Station) Wasserkraft 1) Die wichtigsten Informationen zur Wasserkraft! Lies dir den Text gut durch! Laufwasserkraftwerke Laufwasserkraftwerke sind die einfachste und häufigste Art von Wasserkraftwerken. Es gibt drei verschiedene Arten von Laufwasserkraftwerken: Fluss-, Kanal- und Umleitungskraftwerke. Bei Flusskraftwerken wird der Fluss mit einem Wehr gestaut. Das über das Wehr fallende Wasser treibt direkt Turbinen an. Bei einem Kanalkraftwerk wird das Wasser ebenfalls mit einem Wehr gestaut und durch einen Kanal zum weiter unterhalb liegenden Krafthaus mit den Turbinen geleitet. Von hier aus wird das Wasser über den Rückgabekanal ins Fließgewässer zurück geleitet. Die dazwischen liegende Gewässerstrecke liegt oft trocken oder führt nur minimale Wassermengen (Restwasserstrecke). Das heutige Gewässerschutzgesetz verpflichtet Kraftwerksbetreiber zur Einhaltung einer bestimmten Restwassermenge. Die bauliche Anordnung eines Umleitungs-Kraftwerkes ist ähnlich der eines Kanalkraftwerkes, nur erfolgt die Umleitung nicht mittels eines offenen Kanals, sondern mittels einer Druckleitung. Die Fallhöhe kann dabei bis zu einigen hundert Meter betragen. Speicherkraftwerke Mit einer Staumauer oder einem Staudamm wird ein ganzer Talabschnitt abgesperrt und aufgestaut. Da sich elektrische Energie nur schlecht speichern lässt, dient das aufgestaute Seite 28

29 Wasser als Speicher und kann gezielt zur Stromproduktion verwendet werden. Benötigt wird dieser Strom in der Regel zu Spitzenverbrauchszeiten. Talsperren dienen auch zur Hochwasserrückhaltung, Regulierung des Abflusses für die Sicherheit der Schifffahrt, zur Speicherung von Trinkwasser und zur Bewässerung. Pumpspeicherwasserkraftwerke In einem Pumpspeicherwasserkraftwerk gibt es ein höher gelegenes und ein niedriger gelegenes Wasserbecken. Zu den Tageszeiten, wo der Stromverbrauch am höchsten und für den Konsumenten oft am teuersten ist, wird das Wasser vom oberen Becken durch Turbinen und Generatoren in das niedrigere Bassin geleitet und damit Strom produziert. In der Nacht wird das Wasser dann mit billigem Nachtstrom (meist Atomstrom) durch Rohrleitungen wieder in das obere Becken gepumpt, die Generatoren und Turbinen werden dann als Pumpen verwendet. Pumpspeicherwasserkraftwerke dienen auch zur Stabilisierung des Netzes und als Reservewerk, wenn andere Kraftwerke ausfallen. 2) Bestimme die wichtigsten Teile eines Wasserkraftwerkes Beschrifte die wichtigsten Teile des Wasserkraftwerkes! Verwende dazu die Wörter hier unten. Generator Oberwasser Turbine Maschinenraum Unterwasser Transformator Seite 29

30 Suche im Atlas oder im Internet fünf große Wasserkraftwerke. Kennzeichne diese in der Karte hier unten. Seite 30

31 3. Station) Wärmekraft 1) Wie viel Prozent unserer Energie kommt aus Wärmekraftwerken? A) 60% B) 20% C) 10% D) 90% 2) Versuch: Funktionsweise von Wärmekraftwerken: Materialien: - Brenner - Teekessel - Turbinenrad - Dynamo Anleitung: Erwärme das Wasser mit einem Brenner und schreibe in einigen Stichwörtern auf, was du siehst und herausfindest! Was passiert? Seite 31

32 Lösungskarte für Schüler/innen für eine Selbstkontrolle. In einem Teekessel wird Wasser mit einem Brenner erwärmt. Das Wasser beginnt zu sieden und geht in den gasförmigen Zustand über. Der Wasserdampf wird auf ein kleines Turbinenrad geleitet und versetzt es in Drehung. Das Turbinenrad ist mit einem Dynamo verbunden, der die gewünschte Elektrizität erzeugt. 3) Stoffe, die zur Verbrennung in Wärmekraftwerken verwendet werden. Ordnet den Bildern die richtigen Namen zu! Verbindet sie mit einem Strich! Braunkohle Steinkohle Erdöl 4) Wie funktioniert ein mit Kohle gefeuertes Kraftwerk? Betrachte das Schema und versuche, mithilfe des Lückentextes die Funktionsweise des Kraftwerks zu erfassen. Seite 32

33 Die folgenden Begriffe müssen nun in den Lückentext eingesetzt werden. Speisewasserpumpe, Wärmeenergie, Wasserdampf, Dampferzeuger, Turbine, Wasser, Kessel, Generator, Kondensator Im Kohlekraftwerk wird die in der Kohle chemisch gebundene Energie durch Verbrennung in umgewandelt. Dazu wird Kohle im verbrannt und die Wärme auf das, das in Rohrleitungen durch den fließt, übertragen. Der so erzeugte steht unter hohem Druck. Er treibt beim Durchströmen die Flügelräder der an. Daran gekoppelt ist der sog., der den elektrischen Strom erzeugt. Der Dampf wird im wieder abgekühlt und kondensiert dabei zu Wasser. Danach befördert die ihn wieder zurück in das Rohrleitungssystem des Kessels. Das Wasser kann erneut Verwendung finden. Seite 33

34 4. Station) Sonnenenergie 1) Erwärmung von Oberflächen Versucht mit den verschiedenen Materialien die Wirkung der Sonne auf die Erwärmung der Oberflächen zu erfahren. Notiert eure Ergebnisse! Material: Lupen Brennspiegel Schwarze und weiße Materialien Spiegel jeder Art Temperaturfühler 2) Internetrecherche Sucht euch im Internet Informationen zum Thema Solarkraftwerke. Wie funktioniert es? Nachteile und Vorteile von Solarkraftwerken! Notiert eure Ergebnisse. 3) Planung eines Solarkraftwerkes Versucht anhand geographischer Kenntnisse Standorte für Solarkraftwerke zu suchen, dort ein Kraftwerk zu planen und die Infrastruktur des Raumes einzubeziehen. Material: Atlas Zeichenblatt Lineal Verschiedene Stifte Taschenrechner Seite 34

35 SONG WRITING BRAINSTORMING! EIN LIED FÜR DICH TEXT! ORGANISATION! Instrumente: Gesang: Ablauf des Liedes: Seite 35