Verantwortung. Vertiefungslektion Energie nach dem Besuch des SBB Schul- und Erlebniszugs.

Transkript

1 Verantwortung. Vertiefungslektion Energie nach dem Besuch des SBB Schul- und Erlebniszugs.

2 Kommentar für Lehrperson. L1 Vertiefungslektion zum Thema Energie. Inhalt. Energiequellen und Energieformen Stufe. Mittel- und Oberstufe (11 16 Jahre) Lernziele. Die SuS können erneuerbare und nicht erneuerbare Energieträger unterscheiden. Die SuS kennen die Vor- und Nachteile der verschiedenen Energieträger. Die SuS wissen, wie die Energie umgewandelt wird und wo sie eingesetzt wird. Zeitaufwand. 90' Material. Lösungen, Folien 1-3, Bildpaare erneuerbar/nicht erneuerbar, Arbeitsblatt Energie, Arbeits blatt Gruppenauftrag, Stichworte zu Energieumwandlung Lektionsablauf. Dauer Inhalt Didaktische Umsetzung Sozialform Material 10' 1. Wo brauche ich Energie? Die SuS überlegen sich, wo sie heute schon überall Energie gebraucht haben und woher diese kommt (Energieträger). Die Resultate werden im Plenum gesammelt und diskutiert. Die gesammelten Energieträger werden geordnet, bspw. in Stromund Erdölgruppe. PL 5' 2. Welche Energie brauchen wir in der Schweiz? Die LP zeigt zwei Kuchendiagramme, mit dem Energieverbrauch in der Schweiz 2002 und Die SuS interpretieren die Diagramme. Was hat sich verändert? Wieso? PL Diagramm Energieverbrauch nach Energieträger (Folie 1) 5' 3. Einstieg ins Thema «Was ist Energie? Woher kommt Energie?» Gruppenbildung: SuS erhalten ein Bild und suchen den entsprechenden Partner (erneuerbar/nicht erneuerbar). Wenn sich alle gefunden haben, wird in der Gruppe diskutiert, was die Unterschiede und Gemeinsamkeiten der Bilder sind. PL Bildpaare erneuerbar/nicht erneuerbar 25' 4. Was ist Energie? Woher kommt Energie? Welche Energieformen gibt es? Arbeitsblatt In Zweiergruppen lesen und lösen die SuS das Arbeitsblatt. PA Arbeitsblatt Energie 35' 5. Energieumwandlungsprozesse Die SuS bilden Dreier- bis Fünfergruppen. Jede Gruppe gestaltet ein Plakat zu einer Primärenergie und deren Umwandlungsprozess. (6 Gruppen möglich). Dazu erhalten sie die Stichworte zum Energieumwandlungsprozess sowie das Raster des Umwandlungsprozesses, das sie im Folgenden mit den Stichworten ergänzen. Wenn sie den Umwandlungsprozess rekonstruiert haben, halten sie Vorund Nachteile der behandelten Primärenergie fest. Am Schluss präsentiert jede Gruppe ihr Plakat. GA Arbeitsblatt Gruppenauftrag, Stichworte zu Energieumwandlung Legenden: PA Partnerarbeit, PL Plenum, GA Gruppenarbeit, EA Einzelarbeit, SuS Schülerinnen und Schüler, LP Lehrperson

3 Kommentar für Lehrperson. L2 Lösungen: Energie. 1. Wo brauche ich Energie? Die SuS überlegen sich, wo sie heute schon überall Energie gebraucht haben und woher diese kommt (Energieträger). Lösungsmöglichkeiten. Heizung, Duschen, Wecker, Computer, Frühstück, Velo, Licht, Zähne putzen etc. 2. Welche Energie brauchen wir in der Schweiz? Die LP zeigt zwei Kuchendiagramme, mit dem Energieverbrauch in der Schweiz 2002 und Die SuS interpretieren die Diagramme. Was hat sich verändert? Wieso? Folie 1: Energie-Endverbrauch 2011: TJ Energie-Endverbrauch 2002: TJ Kommentar zu den Diagrammen. Der Heizölverbrauch nimmt ab, da Neubauten weniger Energie brauchen und es viele Alternativen gibt, um Ölheizungen zu ersetzen. Der Treibstoffverbrauch steigt dafür, da der motorisierte Verkehr zunimmt. Obwohl die elektrischen Geräte immer effizienter werden, nimmt der Elektrizitätsverbrauch zu, da immer mehr elektrische Geräte eingesetzt werden.

4 Kommentar für Lehrperson. L3 Lösungen: Energie. Zusätzliche Informationen. Folie 2: Entwicklung des Energieverbrauchs Folie 3: Watt pro Person im weltweiten Vergleich. Kommentar. Wir verbrauchen mehr als 6000 Watt Dauerleistung pro Person, das heisst 3x mehr als der Durchschnitt der Weltbevölkerung.

5 Kommentar für Lehrperson. L4 Lösungen: Energie. 3. Einstieg ins Thema «Was ist Energie? Woher kommt Energie?» Gruppenbildung. SuS erhalten ein Bild und suchen den entsprechenden Partner (erneuerbar/nicht erneuerbar). Wenn sich alle gefunden haben, wird in der Gruppe diskutiert, was die Unterschiede und Gemeinsamkeiten der Bilder sind. 4. Was ist Energie? Woher kommt Energie? Welche Energieformen gibt es? (Arbeitsblatt) In Zweiergruppen lesen und lösen die SuS das Arbeitsblatt. Was ist der Unterschied zwischen Primär- und Sekundärenergie? Primärenergie kommt als solche in der Natur vor, kann aber nicht direkt als Energie gebraucht werden. Sekundärenergie wird durch Umwandlung aus der Primärenergie gewonnen und kann schlussendlich genutzt werden. Welche Primärenergieträger sind erneuerbar? Sonne, Wind, Wasser, Wärme, Biomasse, Erdwärme, Gezeitenenergie Welche Energieträger sind fossil? Uran, Erdöl, Erdgas, Kohle Was ist der Nachteil der Umwandlungsprozesse? Es geht dabei Energie, meist in Form von Wärme, verloren. Energie kommt in verschiedenen Formen vor. Energieträger Windkraft Wasserkraft Erdwärme Die Bildpaare zeigen jeweils eine erneuerbare und eine nicht erneuerbare Energiequelle. Das Arbeitsblatt kann auch als ganzes den SuS abgegeben werden und sie finden heraus, wieso die Bildpaare zusammengehören. Gezeitenenergie Energieform Strahlungsenergie kinetische Energie kinetische Energie thermische Energie kinetische Energie Energieträger Biomasse Erdöl Erdgas Uran Kohle Energieform chemische Energie chemische Energie chemische Energie chemische Energie chemische Energie

6 Kommentar für Lehrperson. L5 Lösungen: Energie. 5. Energieumwandlungsprozesse, Gruppenarbeit. Jede Gruppe bearbeitet eine Primärenergie und stellt die Ergebnisse nachher der Klasse vor (6 Gruppen). Heizöl Heizung Wärme Erdöl Raffinerie Benzin/Kerosin Verbrennungs- Motor (Auto/ Flugzeug) Bewegung sehr energiehaltig endliche Ressource Abhängigkeit von Ausland Naturzerstörung beim Abbau lange Transportwege Gefahr von Tankerunfällen es entstehen Treibhausgase (CO2) -> Klimaveränderung Wasserkraft Wasserkraftwerk (Generator) Elektrische Energie Elektrische Geräte (Fön, Boiler, Lampe, TV, Mixer usw.) Wärme, Licht, mechanische Arbeit usw. erneuerbar an vielen Orten nutzbar -> einheimische, lokale Energieproduktion es entstehen keine Treibhausgase baulicher Eingriff in die Natur eher gering negative Auswirkungen auf Tierwelt (Fische), Flussgeschiebe und Wassermenge Windkraft Windkraftwerk (Generator) Elektrische Energie Elektrische Geräte (Fön, Boiler, Lampe, TV, Mixer usw.) Wärme, Licht, mechanische Arbeit usw. erneuerbar an vielen Orten nutzbar -> einheimische, lokale Energieproduktion es entstehen keine Treibhausgase baulicher Eingriff in die Natur gering geringe negative Auswirkungen auf Tierwelt (Vögel, Fledermäuse)

7 Kommentar für Lehrperson. L6 Lösungen: Energie. Erdwärme Erdsonde Erwärmte Flüssigkeit Wärmetauscher Warmwasser für Heizung erneuerbar an vielen Orten nutzbar -> einheimische, lokale Energieproduktion es entstehen keine Treibhausgase baulicher Eingriff (Bohrung) aufwändig, teuer keine negativen Auswirkungen auf Tierwelt potenzielle Nutzungskonflikte im Untergrund (Grundwasser, Verkehr, Bauwerke) Uran Kernkraftwerk (Dampfturbine und Generator) Elektrische Energie Elektrische Geräte (Fön, Boiler, Lampe, TV, Mixer usw.) Wärme, Licht, mechanische Arbeit usw. sehr energiehaltig, radioaktiv endliche Ressource Abhängigkeit von Ausland Naturzerstörung beim Abbau aufwändige Aufbereitung der Brennstäbe, bereits energieintensiv Kernkraftwerk eine hochkomplexe Anlage Lagerung der radioaktiven Abfälle noch nicht gelöst Sonnenenergie Photovoltaik- Anlage Elektrische Energie Elektrische Geräte (Fön, Boiler, Lampe, TV, Mixer usw.) Wärme, Licht, mechanische Arbeit usw. Thermische Kollektoren Erwärmte Flüssigkeit Wärmetauscher Warmes Wasser zum Duschen erneuerbar an vielen Orten nutzbar -> einheimische, lokale Energieproduktion es entstehen keine Treibhausgase keine negativen Auswirkungen auf Tierwelt nachts keine Produktion, im Winter Produktion klein

8 Kommentar für Lehrperson Folie 1. L7 Aufteilung des Endverbrauchs der Schweiz nach Energieträgern (2011). Quelle: BFE, Schweizerische Gesamtenergiestatistik 2011 Aufteilung des Endverbrauchs der Schweiz nach Energieträgern (2002). Quelle: BFE, Schweizerische Gesamtenergiestatistik 2002

9 Kommentar für Lehrperson Folie 2. L8 Endenergieverbrauch 1910 bis 2011 nach Energieträgern. Quelle: BFE, Schweizerische Gesamtenergiestatistik 2011

10 Kommentar für Lehrperson Folie 3. L9 Watt pro Person im weltweiten Vergleich. Quelle/Source:

11 Schülerinnen und Schüler Arbeitsblatt Bildpaare erneuerbar/nicht erneuerbar. S1 Bildpaare. Quelle: Erneuerbare Energien, Andreas Hügli, 2007, h.e.p. verlag AG

12 Schülerinnen und Schüler Arbeitsblatt 1/2. S2 Energie. Was ist Energie? Das Wort «energeia» stammt aus dem Griechischen und bedeutet Wirkung, Wirksamkeit. Energie ist unsichtbar, erkennt man aber an der Wirkung, wenn zum Beispiel etwas bewegt, beleuchtet oder erwärmt wird. Ganz allgemein ist Energie die Fähigkeit, Arbeit zu leisten. Woher kommt die Energie? Energieträger sind Stoffe, deren Energiegehalt für Umwandlungsprozesse genutzt werden kann. Die meisten Energieträger, welche wir auf der Erde nutzen, verdanken wir letztendlich der Sonne. Primärenergieträger sind Energieträger, welche die Natur zur Verfügung stellt und die noch keiner Umwandlung unterworfen wurden. Dazu zählen Wasserkraft, Sonnenenergie, Windenergie, Erdwärme, Gezeitenenergie, Biomasse, Erdöl, Erdgas, Uran und Kohle. Durch Umwandlungsprozesse in Kraftwerken und Raffinerien wird aus Primärenergie Sekundärenergie (zum Beispiel Strom, Heizöl, Benzin) gewonnen. Bei den Umwandlungsprozessen geht immer ein Teil der Energie, meist in Form von Wärme, verloren. Als Nutzenergie wird die Energie bezeichnet, die schlussendlich vom Menschen genutzt wird, meist Wärmeenergie, Bewegungsenergie oder Licht. Es werden fossile Energieträger und erneuerbare Energien unterschieden. Die fossilen Energieträger Erdöl, Erdgas und Kohle sind Gemische von Kohlenwasserstoffen, die sich durch geologische Umwandlungsprozesse in Millionen von Jahren aus abgestorbenem organischem Material (Pflanzen, Tiere) gebildet haben. In den für Menschen relevanten Zeiträumen können keine neuen fossilen Energien mehr entstehen. Entsprechend werden die fossilen Energiereserven als nicht erneuerbare Energien bezeichnet. Auch Uran ist nicht erneuerbar. Als erneuerbare Energien oder regenerative Energien werden Energieträger bezeichnet, die im Rahmen des menschlichen Zeithorizonts praktisch unerschöpflich zur Verfügung stehen oder sich verhältnismässig schnell erneuern (z.b. Sonnenenergie). Beantworte die Fragen dazu. Was ist der Unterschied zwischen Primär- und Sekundärenergie? Welche Primärenergieträger sind erneuerbar? Welche Primärenergieträger sind fossil? Was ist der Nachteil der Umwandlungsprozesse?

13 Schülerinnen und Schüler Arbeitsblatt 2/2. S3 Energie. Energie kommt in verschiedenen Formen vor. Die kinetische Energie (von griechisch kinesis = Bewegung) oder auch Bewegungsenergie ist die Energie, die ein Objekt aufgrund seiner Bewegung enthält. Ein Velofahrer hat Bewegungsenergie. Als chemische Energie wird die Energie bezeichnet, welche in der chemischen Bindung von Atomen oder Molekülen enthalten ist. Diese Energie wird bei chemischen Vorgängen frei und z.b. in thermische Energie umgewandelt. Die Verbrennung von Heizöl oder Holz oder das Verwerten von Nahrung in unserem Körper ist ein solcher Vorgang. Thermische Energie (auch Wärmeenergie) ist die Energie, die in der ungeordneten Bewegung der Atome oder Moleküle eines Stoffes gespeichert ist. Sie wird umgangssprachlich auch als «Wärmeenergie» bezeichnet. Beim Verbrennen von Holz wird Wärmeenergie erzeugt. Als elektrische Energie wird Energie bezeichnet, welche mit Elektrizität übertragen oder gespeichert wird. Sie entsteht, wenn Elektronen von den Atomkernen entfernt werden. Generatoren, Batterien und Solarzellen liefern elektrische Energie, in der Natur kommt Elektrizität als Blitz oder bei elektrischen Fischen vor. Licht ist Strahlungsenergie. Sie wird von der Sonne, einer Kerze oder einer Lampe abgegeben. Heisses Eisen zum Beispiel glüht und erzeugt sichtbare Lichtstrahlen. Gemäss diesem Prinzip funktioniert auch die Glühlampe, bei der ein elektrischer Strom einen Metallfaden zum Glühen bringt. Zeichne in jedes Feld ein Symbol für die 10 Primärenergieträger, welche im Textabschnitt "Woher kommt die Energie erwähnt wurden, und schreibe darunter, um welche Form von Energie es sich handelt. Energieträger Energieform Strahlungsenergie Energieträger Energieform

14 Schülerinnen und Schüler Gruppenauftrag Energie (1/6). S4 Energieumwandlungsprozess 1. Löse die drei Aufgaben. 1. Ordnet die Stichworte in der richtigen Reihenfolge, so dass sie einen Energieumwandlungsprozess darstellen. Als Vorlage dient euch das Tabellenraster unten, füllt die Stichworte dort ein. 2. Diskutiert in der Gruppe die Vor- und Nachteile des jeweiligen Energieträgers und der Umwandlungsprozesse (woher kommt der Energieträger, braucht es bereits viel Energie für den Umwandlungsprozess, wie wird die Energie transportiert, was für Nebeneffekte gibt es...). 3. Stellt alles auf einem Plakat dar und diskutiert es mit der Klasse. Stichworte: Erdöl Wärme Heizöl Verbrennungsmotor (Auto, Flugzeug) Benzin/Kerosin Heizung Raffinerie Bewegung

15 Schülerinnen und Schüler Gruppenauftrag Energie (2/6). S5 Energieumwandlungsprozess 2. Löse die drei Aufgaben. 1. Ordnet die Stichworte in der richtigen Reihenfolge, so dass sie einen Energieumwandlungsprozess darstellen. Als Vorlage dient euch das Tabellenraster unten, füllt die Stichworte dort ein. 2. Diskutiert in der Gruppe die Vor- und Nachteile des jeweiligen Energieträgers und der Umwandlungsprozesse (woher kommt der Energieträger, braucht es bereits viel Energie für den Umwandlungsprozess, wie wird die Energie transportiert, was für Nebeneffekte gibt es...). 3. Stellt alles auf einem Plakat dar und diskutiert es mit der Klasse. Stichworte: Wasserkraft elektrische Geräte (Fön, Boiler, Lampe, TV, Mixer usw.) Wasserkraftwerk (Generator) Wärme, Licht, mechanische Arbeit elektrische Energie

16 Schülerinnen und Schüler Gruppenauftrag Energie (3/6). S6 Energieumwandlungsprozess 3. Löse die drei Aufgaben. 1. Ordnet die Stichworte in der richtigen Reihenfolge, so dass sie einen Energieumwandlungsprozess darstellen. Als Vorlage dient euch das Tabellenraster unten, füllt die Stichworte dort ein. 2. Diskutiert in der Gruppe die Vor- und Nachteile des jeweiligen Energieträgers und der Umwandlungsprozesse (woher kommt der Energieträger, braucht es bereits viel Energie für den Umwandlungsprozess, wie wird die Energie transportiert, was für Nebeneffekte gibt es...). 3. Stellt alles auf einem Plakat dar und diskutiert es mit der Klasse. Stichworte: Windkraft Windkraftwerk (Generator) Wärme, Licht, mechanische Arbeit elektrische Energie

17 Schülerinnen und Schüler Gruppenauftrag Energie (4/6). S7 Energieumwandlungsprozess 4. Löse die drei Aufgaben. 1. Ordnet die Stichworte in der richtigen Reihenfolge, so dass sie einen Energieumwandlungsprozess darstellen. Als Vorlage dient euch das Tabellenraster unten, füllt die Stichworte dort ein. 2. Diskutiert in der Gruppe die Vor- und Nachteile des jeweiligen Energieträgers und der Umwandlungsprozesse (woher kommt der Energieträger, braucht es bereits viel Energie für den Umwandlungsprozess, wie wird die Energie transportiert, was für Nebeneffekte gibt es...). 3. Stellt alles auf einem Plakat dar und diskutiert es mit der Klasse. Stichworte: Erdwärme Erdsonde erwärmte Flüssigkeit Wärmetauscher Warmwasser für Heizung

18 Schülerinnen und Schüler Gruppenauftrag Energie (5/6). S8 Energieumwandlungsprozess 5. Löse die drei Aufgaben. 1. Ordnet die Stichworte in der richtigen Reihenfolge, so dass sie einen Energieumwandlungsprozess darstellen. Als Vorlage dient euch das Tabellenraster unten, füllt die Stichworte dort ein. 2. Diskutiert in der Gruppe die Vor- und Nachteile des jeweiligen Energieträgers und der Umwandlungsprozesse (woher kommt der Energieträger, braucht es bereits viel Energie für den Umwandlungsprozess, wie wird die Energie transportiert, was für Nebeneffekte gibt es...). 3. Stellt alles auf einem Plakat dar und diskutiert es mit der Klasse. Stichworte: Uran Kernkraftwerk (Dampfturbine und Generator) elektrische Energie elektrische Geräte (Fön, Boiler, Lampe, TV, Mixer usw.) Wärme, Licht, mechanische Arbeit

19 Schülerinnen und Schüler Gruppenauftrag Energie (6/6). S9 Energieumwandlungsprozess 6. Löse die drei Aufgaben. 1. Ordnet die Stichworte in der richtigen Reihenfolge, so dass sie einen Energieumwandlungsprozess darstellen. Als Vorlage dient euch das Tabellenraster unten, füllt die Stichworte dort ein. 2. Diskutiert in der Gruppe die Vor- und Nachteile des jeweiligen Energieträgers und der Umwandlungsprozesse (woher kommt der Energieträger, braucht es bereits viel Energie für den Umwandlungsprozess, wie wird die Energie transportiert, was für Nebeneffekte gibt es...). 3. Stellt alles auf einem Plakat dar und diskutiert es mit der Klasse. Stichworte: Sonnenenergie erwärmte Flüssigkeit thermische Kollektoren warmes Wasser zum Duschen elektrische Energie Photovoltaik-Anlage Wärmetauscher elektrische Energie, elektrische Geräte (Fön, Boiler, Lampe, TV, Mixer usw.) Wärme, Licht, mechanische Arbeit Energia primaria 1 trasformatore Energia secondaria 2 trasformatore Energia utile

20 Februar 2015 SBB Schulen in Zusammenarbeit mit: Hauptpartner Partner SBB AG Kommunikation Hilfikerstrasse Bern 65, Schweiz sbb.ch/schulen