Versorgung mit elektrischer Energie, Elektrizität im Haushalt

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1 1 Übersichts zum Arbeitsbereich B1 Vorteile und Nachteile der elektrischen Energie B2 Transport von elektrischer Energie B3 Lastverteiler- Stromverbund E1 Speichern von elektrischer Energie? Kondensatoren, Lauf- Speicherkraftwerke B4 Transformator E2 Versuche zum Transformator B5 Drehstrom- Dreiphasenwechselstrom E3 Erzeugung von Dreiphasenwechselstrom am Drehstromgenerator Wie kann die Spannung im Drehstromnetz abgegriffen werden? B6 Elektrizität im Haushalt- Sicherheitseinrichtungen und Verhalten bei Stromunfällen E4 Funktionsweise eines typischen Elektrogerätes im Haushalt

2 2 B-Bereiche sind Basisbereiche E- Bereiche sind Erweiterungs- und Vertiefungsbereiche Informationen findest du in den Schulbüchern und im Internet (http://www.physicsnet.at/quellen/energieversorgung.htm) Aufgabenstellungen (Offlineversion) B1 Vorteile und Nachteile der elektrischen Energie 1. Stelle die Vorteile und Nachteile der elektrischen Energie in einer Tabelle übersichtlich dar. Hier sollst du dir bewusst machen, dass sich die elektrische Energie derzeit in Mengen, wie sie für die öffentliche Versorgung nötig sind, nicht speichern lässt. Wie groß muss daher die Leistung der Kraftwerke sein? Denk auch darüber nach, dass die zunehmende Automatisierung der Produktion, aber auch die Technisierung der Haushalte und Alltagswelt ohne die Produktion von elektrischer Energie nicht möglich ist. Wie würde dein Leben ohne elektrische Energie aussehen? Bedenke auch den Faktor "Ökologie und Umweltschutz". Hier kannst du sicher einige Argumente begründen. Überlege hinsichtlich "Umweltfreundlichkeit", dass die elektrische Form von Energie sehr einfach und mit hohem Wirkungsgrad in die meistbenötigten Energieformen (Wärme und Arbeit) umgewandelt werden kann. In diesem Zusammenhang wirst du dir vielleicht auch die Frage stellen: " Woher kommt die elektrische Energie? Wie, bzw. aus welchen Energieformen wird sie "erzeugt"?" Dieses Thema solltest du hier nur streifen, es wird in einem eigenen Modul Energiequellen) behandelt B2 B3 Wie elektrische Energie transportiert wird, kannst du in diesem Modul lernen. Ist das einfach oder schwierig? Was muss man dazu wissen, welche technischen Einrichtungen sind notwendig und wie funktionieren sie? Ist der Transport von elektrischer Energie umweltfreundlich oder umweltschädlich, wie wirkt es sich auf das Landschaftsbild aus, welche Faktoren treten dabei auf,..? Du findest einige dieser Fragen in den unterschiedlichen Teilbereichen dieses Moduls. Du kannst auch später immer wieder hierher zurückkehren, um deine Tabelle zur Fragestellung "Vorteile und Nachteile der elektrischen Energie" zu erweitern. 2. Arbeite die historische Übersicht durch und stelle die wichtigsten Stationen zur Elektrifizierung des Haushalts in einem Flussdiagramm dar. Transport von elektrischer Energie 1. Welche Argumente sind beim Transport von elektrischer Energie über immer längere Leitungen zu beachten? ( Leitungsverluste in Hochspannungsleitungen ) 2. Wie kann die Verlustleistung interpretiert werden? 3. Welche Art von Strom (Gleichstrom oder Wechselstrom) kann transportiert werden, warum wird in öffentlichen Stromnetzen mit Wechselstrom gearbeitet? Lastverteiler- Stromverbund 1. Warum kann man Strom zur Deckung des öffentlichen Bedarfs nicht auf Vorrat in Batterien speichern?

3 3 E1 B4 E2 2. Was versteht man unter der sogenannte Lastkurve und wie sieht sie aus? 3. Was muss beim Strombedarf im Laufe eines Jahres weiter berücksichtigt werden? 4. Wie wird er gedeckt? Gib eine kurze Übersicht Europa im Stromverbund Speichern von elektrischer Energie? Kondensatoren, Lauf- Speicherkraftwerke 1. Die Speicherung von elektrischer Energie ist zwar mit Kondensatoren und Akkumulatoren möglich, die Kosten und Verluste sind aber derartig groß, dass dies nur in Sonderfällen (z.b Notstromversorgung, Kleingeräte) tragbar ist. Welche Aufgaben haben Laufkraftwerken und Speicherkraftwerken, welche Aufgabe haben Wärmekraftwerke? 2. Ein Kondensator speichert Ladungen (elektrische Energie) Beschreibe den Aufbau und erkläre die Funktion und die Kapazität eines Kondesators. Wie kann die Kapazität eines Kondensators verändert werden? Wie wirkt der Kondesator im Gleichstromkreis? 3. Wie wirkt ein Kondesator im Wechselstromkreis? Transformator Wozu wird ein Transformator benötigt? Früher lagen der Erzeuger und Verbraucher räumlich eng beisammen, da eine Energieübertragung über weite Strecken (lange Leitungen) aufgrund der Verluste nicht möglich war. Mit Hilfe von Transformatoren wird die Spannung des Generators auf eine höhere Ebene transformiert- Wechselstrom einer gegeben Spannung wird dabei in Wechselstrom einer anderen (z.b höheren) Spannung umgewandelt. Dabei ändert sich die Frequenz des Wechselstroms nicht. Dadurch werden die Verluste vermindert und eine wirtschaftliche Übertragung möglich gemacht. Durch Erhöhung der Spannung verkleinert sich der Strom und somit die Verluste. Die Verlustleistung PV ergibt sich durch: PV = I² * R PV: Verlustleistung, I: Strom, R: Widerstand 1. Erkläre den Aufbau und die Funktionsweise eines Transformators. Wiederhole dabei das Prinzip der elektromagnetischen Induktion. Wie ist ein Transformator aufgebaut, wie wirkt er? Wie funktioniert ein Transformator? 2. Verschiedene Bauformen eines Trafos Welche dieser Arten der Transformatoren hast du schon einmals gesehen, wo, und wofür werden sie verwendet? 3. Welche Aufgaben haben Umspannungswerke? 4. Gib im einige Geräte im Alltag an, die Transformatoren enthalten. Wie wird hier jeweils transformiert? Zusatzinfo: Wirbelströme Versuche mit Transformatoren Was muss in der Praxis beim Transformator berücksichtigt werden?

4 4 B5 E3 B6 1. Führe zum unbelasteten Transformator einen Versuch durch laut Versuchsvorlage der Experimentierkästen der Schule durch und dokumentiere ihn in einem Versuchsprotokoll. 2. Vergleiche den unbelasteten mit dem belasteten Transformator. Welche Fall ist für die Praxis wichtig? Was versteht man dabei unter dem Leistungsfaktor? Verschiedene Leistungsangaben 3. Begründe, warum sich das extern angesteckte Netzgerät eines z.b Druckers, der ausgeschaltet ist, erwärmt. Drehstrom- Dreiphasenwechselstrom Tatsächlich erfolgt die öffentliche Versorgung mit Energie durch Drehstrom (Dreiphasenwechselstrom). (Vergleiche dazu die Entwicklung der Wechsel- und Drehstromtechnik am Deutschen Museum in München). Durch seine Verwendung werden Rückleistungsverluste vermieden. Außerdem ist er als Einphasenwechselstrom verwendbar und erlaubt den Betrieb von 2 verschiedenen Spannungen. 1. Welche Spannungen werden in Österreich für die Versorgung der Wohnhäuser verwendet? Welche in Italien, Frankreich, England... Drehstromgenerator 1. Wie kann Dreiphasenwechselstrom am Drehstromgenerator erzeugt werden? Was sind Außenleiter, was ist ein Neutralleiter? 2. Wie kann die Spannung im Drehstromnetz abgegriffen werden? Sternschaltung (in jedem Haushalt) Dreiecksschaltung (von Trafo zu Trafo) Elektrizität im Haushalt- Sicherheitseinrichtungen und Verhalten bei Stromunfällen 1. Welche Sicherheitseinrichtungen im Umgang mit elektrischem Strom gibt es im Haushalt? 2. Wozu dient eine Sicherung (Leitungsschutzschalter), wie funktioniert sie? Was ist ein FI- Schalter? Arten und Aufbau von Sicherungen. Informiere dich auf welche maximale Stromstärke die einzelnen Wohnungsstromkreise bei dir daheim gesichert sind. 3. Beschreibe drei verschiedene Unfallursachen und begründe, wie dabei jeweils Stromunfälle vermieden werden können? 4. Wenn trotz aller Vorsicht etwas passiert, musst der Verunglückte in möglichst kurzer Zeit aus dem Stromkreis befreit werden. Achte dabei, dass du nicht selbst in den Stromkreis geratest. Wie gehst du genau vor? Erste Hilfe bei Stromunfällen

5 5 E4 Funktionsweise eines typischen Elektrogerätes im Haushalt Physik und Technik im Alltag Viele technische Geräte und Einrichtungen verwendest du täglich und könntest dir ein Leben ohne sie wahrscheinlich gar nicht vorstellen. Wie funktionieren aber einige dieser Geräte deiner Alltagswelt? Um technische Anwendungen verstehen zu können ist ein Begreifen der dabei angewendeten physikalischen Grundlagen notwendig. Das wird besonders deutlich, wenn du Versuche aus dem Physikunterricht mit entsprechenden technischen Einrichtungen vergleichst. In diesem Arbeitsbereich sollst du als Erweiterung zum Physikunterricht den Aufbau, die Funktionsweise und Anwendungen eines von dir ausgewählten technischen Gerätes deiner Umwelt kennenlernen und dich mit den dabei vorkommenden physikalischen Grundlagen vertiefend beschäftigen. Dabei ist es auch notwendig, dass du das technische Gerät auch in der Wirklichkeit betrachtest. 1. Wähle ein Elektrogerät deiner Umwelt, welches du häufig verwendest, aus. a. Welche Funktion hat dieses Gerät, bzw. welche Aufgabe hat die technische Einrichtung? b. Wie ist die technische Ausführung, aus welchen wesentlichen Bauteilen setzt sich das Gerät zusammen? c. Beschreibe die Funktion der Bauteile- setzte dich dazu mit den notwendigen physikalischen Grundlagen auseinander. Informationen dazu findest du z.b. im Themenheft "Technik im Alltag", Physikcompact, HJ. Kunze (ISBN ) im Internet z.b. unter (selbst suchen) 2. Stelle deine in Punkt 1 erarbeiteten Ergebnisse anhand einer graphischen Darstellung (wenn sinnvoll, kannst du auch Flussdiagramme verwenden) auf einer A-4 Seite (Folie) übersichtlich dar. Wesentliche Inhalte und deren Zusammenhänge soll man sofort erkennen können. 3. Stell dein Elektrogerät anhand der in Punkt 2 erstellten Folie in einem Kurzreferat (ca.5 Minuten) der Klasse vor. (Folie nicht vorlesen, sondern zu den wichtigsten Punkten Informationen geben).

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