KLIMA GRUNDBEGRIFFE ENERGIE 6-10 SACH INFORMATION

Transkript

1 SACH INFORMATION Alles Leben ist nicht nur Chemie, sondern auch Energie. Ohne Energie geht im Leben gar nichts. Die Strahlung der Sonne treibt die Photosynthese an, der wir das Wachstum der Pflanzen und letztlich auch Erdöl, Erdgas und Kohle verdanken. Jede Aktivität ist mit dem Umsatz von Energie verbunden. Seit der Mensch existiert, setzt er Energie ein um seine Lebensbedingungen zu verbessern. Energie steht für Licht, Wärme, Nahrung, Bewegung und letztlich auch Wohlstand. Energie gibt es in unterschiedlichen Formen: Mechanische Energie: etwa im fahrenden Auto oder im fließenden Wasser Chemisch gebundene Energie: z. B. in Brennstoffen oder Nahrungsmitteln Wärme: entsteht beim Verbrennen oder bei Reibungsvorgängen Elektrische Energie: in Kraftwerken durch Energieumwandlung erzeugt Kernenergie: als Bindungsenergie der Kernbausteine Laut dem Energieerhaltungssatz kann Energie in einem abgeschlossenen System weder erzeugt noch vernichtet werden. Sie kann nur von einer Form in eine andere umgewandelt werden. Auf dem Weg von der Förderung eines Energieträgers bis zur gewünschten Dienstleistung beim Verbraucher durchläuft Energie verschiedene Umwandlungsprozesse. Auf jeder Stufe geht ein Teil, z.b. durch Abwärme,Transport und Verarbeitung verloren. In der Energiewandlungskette werden unterschieden: Primärenergie: Darunter versteht man alle Energieträger fossile, geologische und erneuerbare, die natürlich vorkommen und technisch noch nicht umgewandelt sind: Energie in der Form, wie sie in der Natur vorkommt. Zu den Primärenergieträgern gehören die erneuerbaren Energieträger (Sonne, Wind, Wasserkraft, Biomasse, Geothermie), ebenso wie die fossilen (Kohle, Erdöl, Erdgas) und die Atomenergie (Uran). Österreich bezieht zwei Drittel der Primärenergie aus dem Ausland. Sekundärenergie hat schon mindestens eine Umwandlung durchgemacht, etwa Strom aus Wasserkraft oder Atomspaltung, Benzin aus Erdöl etc. Endenergie ist die Energie, die man als VerbraucherIn direkt nutzt, also Strom, Erdgas, Fernwärme, Heizöl, Benzin, Hackschnitzel etc. Nutzenergie ist das, was der/die VerbraucherIn in Wärme-, Licht-, Bewegungsenergie usw. umwandelt. Zum Teil sind die Energieverluste aber sehr hoch: So werden von konventionellen Glühbirnen letztlich bloß 2-4% der Strom ist Sekundärenergie, die aus fossilen, atomaren oder erneuerbaren Quellen umgewandelt worden ist. Beim Verbraucher kommt er als Nutzenergie (Licht) an. Auch beim Stromtransport über Hochspannungsleitungen kommt es zu beachtlichen Energieverlusten. Autos setzen nur einen Bruchteil der im Treibstoff enthaltenen Energie in Bewegungsenergie um. Der Großteil verpufft als Abwärme, Schadstoff- und Lärm-Emissionen. ÖKO LOG NIEDERÖSTERREICH 5.2

2 SACH INFORMATION ursprünglichen Primärenergie als Licht genutzt der Rest verpufft als Wärme. Autos setzen nur 15-20% der Treibstoffenergie in Antriebskraft um, der Rest geht ebenfalls als Abwärme verloren. ZUSAMMENFASSUNG: Rein physikalisch ist Energie die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten. Gemäß dem Energieerhaltungssatz kann Energie in einem abgeschlossenen System weder erzeugt noch vernichtet werden. Sie kann nur von einer Form in eine andere umgewandelt werden. Bei der Umwandlung von Primäroder Sekundärenergie in Endenergie und Nutzenergie kommt es zu teils erheblichem Verbrauch, genauer gesagt: Entwertung von Energie. Ein effizienterer Einsatz von Energie ist damit unerlässlich für ein intelligentes und ökologisches Energiesystem. Der Strom kommt aus der Steckdose die Frage ist nur, wie umweltschonend er erzeugt wurde. Außerdem geht es um den möglichst effizienten Einsatz des hochwertigen Energieträgers Strom siehe Negativbeispiel Glühbirne, die lediglich 2-4% der ursprünglichen Primärenergie in Licht umsetzt. UND LEISTUNG Maßeinheit für Energie sind Joule (J) früher Kalorien (cal) sowie (Kilo)Wattstunden für elektrische Energie. Läuft ein Gerät mit einer Leistung von einem Kilowatt eine Stunde lang, dann führt dies zu einem Energieverbrauch von einer Kilowattstunde. Ein Joule entspricht einer Wattsekunde. Oder anders: Wenn Elektrizität mit der Spannung von 1 Volt und der Stromstärke von 1 Ampère während einer Sekunde gebraucht wird, entspricht das 1 Joule (3.600 kj = 1 kwh). Beispiel: Mit einer Kilowattstunde elektrischer Energie können wir 100 Stunden Radio hören, 7 Stunden fernsehen oder 1,5 km Auto fahren. MIX IN DER STROMLEITUNG Doch wie kommt der Strom in die Steckdose? Im vorherrschenden Energiesystem wird elektrische Energie zum überwiegenden Teil in Großkraftwerken erzeugt. In Österreich passiert dies vor allem aus Wasserkraft und kalorischen Anlagen, aber infolge der Liberalisierung des europäischen Strommarktes fließt auch immer mehr Atomstrom aus dem Ausland nach Österreich. Alle Stromproduzenten speisen den Strom ins Verbundnetz ein, aus dem die Endverbraucher ihren Strom beziehen. Der so genannte Strommix gibt an, aus welchen Energieträgern die Stromproduktion stammt. Die Energieversorger beziehen ihren Strom aus unterschiedlichen Quellen. Somit verkauft jeder Stromanbieter auf dem Markt einen individuellen Strommix. Beispielsweise gibt es Ökostromangebote, die komplett auf fossile Energie und Kernenergie verzichten und ausschließlich Strom aus erneuerbaren Quellen anbieten. 5.2 ÖKO LOG NIEDERÖSTERREICH

3 V DIDAKTISCHE UMSETZUNG Energie ist die Fähigkeit eines Körpers Arbeit zu verrichten. Nach dem Energieerhaltungsgesetz wird Energie nicht erzeugt und geht auch niemals verloren. Als verloren bezeichnet man bei einer Umwandlung von einer Energieform in die andere den Anteil der unerwünschten Energie. Ist dieser Anteil hoch, ist der Umwandlungsprozess uneffizient. Der aus den verschiedenen Energieformen erschlossene Strom ist in alle Energieformen wieder rückführbar und steht somit auf der obersten Stufe der Energiepyramide, gefolgt von mechanischer Energie und Wärme. Energie ist als (Dreh)Bewegungs-, Lage-, Wärme-, Licht- und Schallenergie, als chemisch gebundene, in Atomen gespeicherte, elektromagnetische und elektrische Energie vorhanden. Einige dieser Formen erproben die Kinder auf den Energie- Stationen. LERNZIELE: Die Kinder sollen anhand von einfachen Experimenten Energie als Fähigkeit eines Körpers, Arbeit zu verrichten, begreifen. Sie sollen das grundlegende Prinzip der Energieumwandlung begreifen und durch praktische Beispiele erfassen können. In einem Apfel stecken nicht nur Vitamine, sondern auch Strom. Die Elektronen zweier unterschiedlicher Metalle beginnen in der sauren Frucht zu fließen, sobald Plus- und Minuspol verbunden sind. -STATIONEN ORT: Klassenraum. ZEITAUFWAND: zwei Unterrichtseinheiten. MATERIALIEN: Station 1: Plastikkamm, Papierkonfetti; Station 2: Schraube (10cm lang), Büroklammern, Klingelleitungsdraht, Drahtstück mit Krokodilklemmen, Taschenlampenflachbatterie ( 4,5 V); Station 3: Tennisball, Radiergummi, Lineal, Bleistiftspitzer; Station 4: schwarzer Permanentmarker, flache Haut- oder Schuhcremedose mit Deckel, Glasschüssel, evt. Schreibtischlampe mit 60 Watt Glühbirne; Station 5: Gummiringe (verschieden lang), eckiges Plastikgefäß; Station 6: Apfelspalten, Arbeitsblatt. KOSTEN: ca. 3,- Euro. Jede Aktivität ist mit dem Umsatz von Energie verbunden. Wir beziehen sie aus unserer Nahrung. Energie selbst kann man nicht sehen, hören, fühlen, riechen oder schmecken, nur ihre verschiedenen Erscheinungsformen erleben, beispielsweise wenn es blitzt oder wir in der Sauna schwitzen. UMSETZUNG: Für die Beschäftigung mit den verschiedenen Formen von Energie bieten sich Energie-Stationen an, an denen die Kinder in kleinen Gruppen selbstständig anhand von einfachen Experimenten Energie begreifen können. Zu ÖKO LOG NIEDERÖSTERREICH 5.2

4 DIDAKTISCHE UMSETZUNG Der Zitronensaft wirkt im Batterie- Experiment als Treibstoff. Sobald er verbraucht ist, endet der chemische Prozess des Elektronenflusses. Beginn werden gemeinsam Begriffe und Wörter sowie die Antworten auf die Fragen, was Energie ist, welche Energieformen es gibt, wozu wir sie brauchen und wo Energie gespeichert ist, auf Klebezetteln gesammelt. Die Einordnung auf einem Plakat kann in Wortkategorien (Namenwörter,Tunwörter, Adjektive, Sätze, Wortgruppe) erfolgen oder später geordnet werden. Mit dem Arbeitsblatt ausgerüstet, führen die Kinder in Kleingruppen dann die Versuche an den Energie-Stationen, an denen das Material bereit liegt, möglichst selbständig durch. Bei einem abschließenden Rundgang werden die verschiedenen Energieformen gemeinsam noch einmal besprochen und erklärt. BAU EINER APFELBATTERIE Fließende Elektronen bringen Glühbirnen zum Leuchten oder Kopfhörer zum Knistern, wenn die Drahtenden an die Pole der Birne oder des Steckers gehalten werden. Statt mit Äpfeln lässt sich die Batterie auch mit Zitronen oder Kartoffeln bauen. Warnen Sie die Kinder, wie gefährlich das Experimentieren mit Strom ist! ORT: Klassenraum. ZEITAUFWAND: eine Unterrichtseinheit inkl.vor- und Nachbesprechung. MATERIALIEN: 5 säuerliche Äpfel, 5 Kupfer- und 5 Zinkstreifen (2x8 cm) mit je einem Loch an einem Ende, 1 m Klingelleitungsdraht, ein Taschenlampenbirne in der Fassung, zwei Drahtstücke mit Krokodilklemmen. KOSTEN: ca. 3,- Euro. UMSETZUNG: Die Apfelbatterie ist ein Beispiel für gespeicherte chemische Energie. Für den Versuch je einen Kupferstreifen und gegenüberliegend einen Zinkstreifen in mehrere Äpfel stecken. Mit den abisolierten Enden der Klingeldrahtstücke über die Löcher in den Metallstreifen abwechselnd einen Kupfer- und einen Zinkstreifen miteinander verbinden und so die Äpfel zu einer Kette verbinden. Die beiden Drahtenden der Kette an den beiden Kontaktpunkten einer Taschenlampenbirne (einer am Gewinde, einer an der unteren Birnenspitze) anschließen und so den Stromkreis schließen. Drahtstücke mit Krokodilklemmen sind praktischer, um Kontaktpunkte zu verbinden. 5.2 ÖKO LOG NIEDERÖSTERREICH

5 ARBEITSBLATT FORMEN Station 1 Konfettizirkus : Kämme mit dem Plastikkamm mehrmals deine Haare. Halte den Kamm nahe über Papierkonfetti! Was passiert? Station 2 Ungleiche Nägel : Nimm die Schraube und versuche damit Büroklammern anzuziehen. Gelingt es? Umwickle jetzt die Schraube mit isoliertem Draht. Befestige an einem unisolierten Drahtende die Krokodilklemme des Kabels. Die andere Klemme des Kabels zwicke auf den Kontaktflügel einer flachen Taschenlampenbatterie. Mit dem anderen unisolierten Ende des Drahtes berühre den zweiten Kontaktflügel der Batterie. Zieht die Schraube jetzt die Büroklammern an? Energieformen: Wärmeenergie elektrostatische Energie gespeicherte chemische Energie und Bewegungsenergie Schallenergie und Bewegungsenergie Lageenergie elektromagnetische Energie Station 3 Seiteninstrument : Spanne vier verschieden lange Gummiringe über ein viereckiges Plastikgefäß und zupfe an den Gummiringen! Welche Energieformen stecken dahinter? ÖKO LOG NIEDERÖSTERREICH 5.2

6 ARBEITSBLATT Station 4 Schleuderball : Lege einen Tennisball auf den Rand der Sesselsitzfläche! Baue darunter eine Wippschaukel aus Radiergummi und Lineal und lege einen leichten Gegenstand (z.b. Bleistiftspitzer) auf die Schaukel. Lass den Tennisball auf den Schaukelteil fallen, der in der Luft steht! Was geschieht? _ Station 5 Sonnenfalle : Fülle eine mit einem schwarzen Stift gefärbte Blechdose ganz voll mit Wasser und schließe den Deckel! Stülpe eine Glasschüssel darüber und stelle das ganze in die pralle Sonne oder ganz nahe unter eine Schreibtischlampe! Untersuche nach einigen Minuten das Wasser in der Dose! Was bemerkst du? Station 6 Kraftspender : Iss zum Schluss energiespendende Apfelspalten und stemme dann deine Schultasche hoch! Welche Energieformen stecken dahinter? 5.2 ÖKO LOG NIEDERÖSTERREICH