ANTRIEBSTECHNIK Elektroantrieb Zusätzliche Arbeitsblätter Klassen 8 bis 10

Transkript

1 Hanne Lier Markus Röscheisen Dieter chaich ATRIEBTECHIK Elektroantrieb Zusätzliche Arbeitsblätter Klassen 8 bis 10 Daimler AG Klett MIT GmbH tuttgart

2 Inhaltsverzeichnis Elektroantrieb 10 Batterien als Energiespeicher E 1 Versuch 1 und 2 zum Themenbereich Elektromotor E 2 E 3 Praktikum: Bau eines Elektromotors E 4 Zum Funktionsprinzip des Elektromotors E 5 Versuch 3 zum Themenbereich Elektromotor E 6

3 E 1 Batterien als Energiespeicher 1. Ergänze den folgenden Text und setze diese Begriffe an der richtigen telle ein: elektrische, geschlossener tromkreis, chemische, Redoxreaktion, pannung, Elektrolytlösung, Metall, Vervielfachung der pannung, Konzentration, Oxidation, metallischen, Kapazität, Reduktion, Produkt Batterien funktionieren nach dem Prinzip der galvanischen Zellen. In einer galvanischen Zelle laufen und räumlich getrennt in Halbzellen ab. Eine solche Reaktion wird als bezeichnet. Verbindet man die beiden Halbzellen durch einen Leiter (Elektronenleiter) und eine (alzbrücke, Ionenleiter), entsteht ein. Die, die dabei entsteht, hängt ab vom verwendeten (elektrochemische pannungsreihe), der der Elektrolytlösung und der Temperatur. In einem galvanischen Element wird also Energie in Energie umgewandelt (Gleichspannung). Die eines galvanischen Elements ist das aus der tärke des Entladungsstromes und der Entladungszeit. chaltet man mehrere galvanische Elemente zur hintereinander, entsteht eine Batterie. 2. Erkläre anhand der Abbildung die Vorgänge in einer galvanischen Zelle. a) Füge die Begriffe Oxidation und Reduktion auf den jeweils richtigen eiten der Halbzellen ein. b) Beschreibe die Abläufe in der galvanischen Zelle. Anode Kathode alzbrücke + Zn2+ Zn2+ e Zn2+ e Zn 2+ Zn2+ Cu2+ Cu2+ e Zn2+ Cu 2+ ZnO 4 Lösung CuO 4 Lösung Lösung 1 Lösung 2 Info: Info: Als Batterien bezeichnet man im Gegensatz zu Akkumulatoren (Akkus) nicht wiederaufladbare Zellen. Die Autobatterie ist eigentlich ein Akkumulator. CD_E_AB10_1

4 E 2 Versuch 1 zum Themenbereich Elektromotor Materialliste: 1 pule 1000 Windungen mit Eisenkern 1 Magnetnadel drehbar gelagert 1 Ein-Aus-chalter 1 Tastschalter 1 etzgerät, Kabel Versuchsaufbau und Aufgaben: Die drehbar gelagerte adel befindet sich vor dem Elektromagneten. a) Benutze den chalter zum Ein- bzw. Ausschalten des Elektromagneten. Beschreibe deine Beobachtung und erkläre sie. b) Verwende nun den Tastschalter und versuche, eine fortlaufende Drehung der Magnetnadel zu erreichen. Beschreibe dein Vorgehen. CD_E_AB10_2

5 E 3 Versuch 2 zum Themenbereich Elektromotor Materialliste: wie bei Versuch 1; zusätzlich 1 weiteres etzgerät 1 Wechselschalter (statt des Ein-Aus-chalters) Versuchsaufbau und Aufgaben: Mit dem Wechselschalter lässt sich jetzt die tromrichtung in der pule umkehren. a) Versuche, eine fortlaufende Drehung der Magnetnadel zu erreichen. b) Beschreibe dein Vorgehen und erkläre die Funktionsweise. c) Inwiefern stellt dieser Versuch eine Verbesserung gegenüber dem Versuch (1) dar? CD_E_AB10_3

6 E4 Praktikum: Bau eines Elektromotors Materialliste: TL Motormodell P M Bausatz (Preis: ca. 25 ) Das Modell kann am Ende des Praktikums zerlegt und später wieder verwendet werden. (Alternativ: Bausatz Eschke Elektromotor; Preis: ca. 4 ) etzgerät Versuchsaufbau und Aufgaben: a) Baue das Modell nach Anweisung auf und nimm es in Betrieb. b) Du hast bei dem Modell einen Doppel-T-Anker ( T wegen des Aussehens) verwendet. Dieser Anker ist für den täglichen Gebrauch ungeeignet. Erkläre, warum das so ist. c) Das Problem lässt sich durch Verwendung eines Ankers mit mehr als zwei T-tücken vermeiden (siehe Abb.). Erkläre, warum das so ist. CD_E_AB10_4

7 E 5 Zum Funktionsprinzip des Elektromotors a) Trage in den folgenden Abbildungen jeweils die magnetischen Pole an der Rotorspule ein. b) In welcher Position des Rotors muss der pulenstrom umgepolt werden? Markiere diese tellen mit einem farbigen tift. Beobachte dazu am Modell die Wirkung des Kommutators. c) chau dir im Internet die Animation zur Umpolung der Rotorspule mithilfe des Kommutators an: CD_E_AB10_5

8 E 6 Versuch 3 zum Themenbereich Elektromotor Materialliste: Bausatzmotor aus Praktikum Bau eines Elektromotors Lämpchen (3,8 V; 0,07 A) Faden Kabel Versuchsaufbau und Aufgaben: a) Ersetze ein etzgerät aus Versuch 2 durch ein Lämpchen und versetze den Rotor des Motors mit einem Faden in Drehung. Was beobachtest du? b) Wozu kann man die Elektromaschine also auch benutzen? Kennst du eine solche Maschine aus dem Alltag? c) Inwiefern handelt es sich bei der hier gemachten Beobachtung um den zum Praktikum umgekehrten Vorgang? d) Das Manuskript für einen Vortrag über Rekuperation ist hier als Ideenskizze abgedruckt. Benutze die Bausteine und schreibe einen Vortrag (ca. ½ eite DI-A4) unter den Gesichtspunkten: Was versteht man unter Rekuperation? Wann findet beim Kraftfahrzeug eine Rekuperation statt? Was wird durch die Rekuperation erreicht? Diese gespeicherte Energie kann genutzt werden, um den Elektromotor anzutreiben. Die durch Rekuperation gewonnene Energie reduziert den Kraftstoffverbrauch von Hybridfahrzeugen. Immer wenn ein Fahrzeug abgebremst wird, geht normalerweise sehr viel Energie verloren : Die Bewegungsenergie wird an den Bremsen in Wärme umgewandelt. Bei der Rekuperation wird die beim Bremsen normalerweise als Wärme anfallende Energie in trom umgewandelt und dann in einem Akku oder Kondensator gespeichert. Beim Bremsen kann die meiste Energie zurückgewonnen und gespeichert werden. Rekuperation steht für Rückgewinnung und meint die Rückgewinnung von Energie. Die meisten Hybridautos sind mit speziellen Bremsanlagen ausgestattet, die bei Betätigung elektrische Energie erzeugen und den Energiespeicher speisen. Überschüssige kinetische Energie eines fahrenden Autos wird nicht einfach ungenutzt in Wärme ungewandelt, sondern stattdessen in elektrische Energie. Die Umwandlung der Bewegungsenergie kann unterschiedlich erfolgen. Auch der Elektromotor selbst kann zur Rückgewinnung der Energie eingesetzt werden. Er funktioniert dann wie eine Motorbremse: Die Reifen übertragen die Bewegungsenergie über den Antriebsstrang zum Elektromotor, der als Dynamo agiert und trom erzeugt. Bei Elektroautos trägt Rekuperation unmittelbar zu einer spürbaren Erhöhung der Reichweite bei. CD_E_AB10_6

9 Bildquellennachweis Umschlag: chwarz Gruppe Grafikdesign, tuttgart 15, 16, 17 Dr. Tilmann Berger, Josef Maier 12, 13, 14, 32, 33, 44, 45, 48, 57, 58, 60, 65, 66, 68, 69, 71 Daimler AG, tuttgart 19, 20, 21, 22, 23, 28, 30, 40, 41, 46, 52, 54, 55, 61, 62, 63, 72 Arno Pfeuffer, Kürnach 74 Grin 31 Picture-Alliance 56, 62 Volker Rust, Helmut Graf 35, 35, 36, 38 Dieter chaich, Markus Röscheisen 59 Wikipedia 1. Auflage 2010 Das Werk und seine Teile sind urheberrechtlich geschützt. Jede utzung in anderen als den gesetzlich zugelassenen Fällen bedarf der vorherigen schriftlichen Einwillung des Verlages. Hinweis 52 a UrhG: Weder das Werk noch seine Teile dürfen ohne eine solche Einwilligung eingescannt und in ein etzwerk eingestellt werden. Dies gilt auch für Intranets von chulen und sonstigen Bildungseinrichtungen. Fotomechanische oder andere Wiedergabeverfahren nur mit Genehmigung des Verlages. Eine Zusammenarbeit des Genius Projektteams der Daimler AG und der Klett MIT GmbH Daimler AG, tuttgart und Klett MIT GmbH, tuttgart Autorin und Autoren: Hanne Lier, tuttgart; Dr. Tilmann Berger, indelfingen; Helmut Graf, Wörth; Josef Maier, tuttgart; Markus Röscheisen, Esslingen; Volker Rust, Karlsruhe; Dieter chaich, Kirchheim unter Teck Autoren der Elektromotor-imulation auf CD-ROM: Leonard Doyle, Karlsruhe; Joscha Krug, Karlsruhe Redaktion: Hanne Lier, tuttgart Projektkoordination und Herstellung: Petra Wöhner Umschlag und CI: chwarz Gruppe Grafikdesign, tuttgart Gestaltung Inhalt: Gabriele Kiesewetter, Jung Medienpartner, Limburg Illustrationen: Arno Pfeuffer, apmedia-design, Kürnach Bildbearbeitung: Till Traub, Bildwerkstatt, Leonberg HTML-Rahmen der Motor-imulation: cobra youth communications GmbH, Berlin