DOWNLOAD. Energieerhaltungssatz und Wirkungsgrad. Grundwissen Energie. Nabil Gad. Downloadauszug aus dem Originaltitel:

Transkript

1 DOWNLOAD Nabil Gad erhaltungssatz und Wirkungsgrad Nabil Gad Grundwissen Klasse Bergedorfer Kopiervorlagen Downloadauszug aus dem Originaltitel:

2 Der erhaltungssatz (1) erhaltungssatz / Wirkungsgrad Das Fadenpendel Würde man das Fadenpendel einmal auf Position bringen, würde es unter Vernachlässigung der und des unendlich lang zwischen Position und Position schwingen. Die potenzielle (Lageenergie) in Position ist genauso groß wie an Position. An Position hat sich die gesamte in kinetische (Bewegungsenergie) umgewandelt. erhaltungssatz In einem geschlossenen System geht keine verloren. formen beim Skaten in der Halfpipe Der Skater besitzt nur potenzielle. Ein Teil der Lageenergie ist in umgewandelt worden. Der Skater wurde. Die gesamte wurde in kinetische umgewandelt. Der Skater hat jetzt die Geschwindigkeit. Nun wird durch umwandlung dem Skater wieder zugeführt. Die kinetische in ihm verringert sich allmählich. Nun besitzt der Skater wieder nur noch potenzielle (Lageenergie), denn er hat ja keine mehr. Nabil Gad: erhaltungssatz und Wirkungsgrad 1

3 Der erhaltungssatz (2) erhaltungssatz / Wirkungsgrad Ein Pkw mit einer Masse von 1300 kg fährt bei einem Crashtest mit 50 km/h gegen eine Wand. a) Berechne die kinetische (Bewegungsenergie) des Fahrzeuges vor dem Aufprall. b) Wie groß ist die kinetische nach dem Aufprall? c) Was ist mit der kinetischen passiert? Ein Akrobat mit einer Masse von 85 kg springt aus einer Höhe von 2,50 m auf ein Schleuderbrett und schleudert seinen Partner in die Höhe. a) Nenne alle formen, rmen, die bei diesem Vorgang auftreten. b) Wie hoch wird sein Partner höchstens geschleudert, wenn dieser die gleiche Masse besitzt? Begründe. c) Berechne die maximal erreichbare Höhe des hochgeschleuderten Partners, der eine Masse von 55 kg hat. Nabil Gad: erhaltungssatz und Wirkungsgrad 2

4 Der erhaltungssatz (3) erhaltungssatz / Wirkungsgrad Anja fährt mit ihrem Schlitten (m = 53 kg) von einem 6 m hohen Hang hinunter. Hinweis: Die Reibung darfst du in deinen Rechnungen vernachlässigen. 6 m 2 m a) Berechne die kinetische (Bewegungsenergie) im Tal. b) Wie groß ist die kinetische, wenn Anja am Baum vorbeikommt? c) Wie schnell ist Anja, wenn sie am Baum vorbeikommt? Die Kuckucksuhr erhält ihre von der der beiden Tannenzapfen (aus Metall). l). Diese haben eine von 3,2 kg und müssen jeweils einmal pro Woche von Hand auf eine Höhe von 0,95 m werden. en. kg m2 1 J = 1 N m = 1 = 1 Ws s 2 a) Welche form wird der Kuckucksuhr uhr zugeführt? b) In welche form wird die zugeführte umgewandelt? c) Berechne edie, die der Kuckucksuhr zugeführt wird. d) Vergleiche dein Ergebnis aus c) mit einer heutigen batteriebetriebenen Wanduhr, die in 52 Wochen eine menge von 450 mwh (1,5 V Batterie mit 300 ma) benötigt. Nabil Gad: erhaltungssatz und Wirkungsgrad 3

5 Der Wirkungsgrad erhaltungssatz / Wirkungsgrad Eine Bohrmaschine wird durch einen angetrieben. Elektromotoren wurden erfunden, um elektrische in umzuwandeln. Ein Teil der elektrischen wird jedoch auch unerwünscht in umgewandelt. Man spricht von entwertung. Um auf einen Blick zu sehen, wie gut ein arbeitet, hat man als Kennzahl den Wirkungsgrad eingeführt. Der gibt dabei an, wie viel Prozent der zugeführten in die gewünschte/nutzbare form umgewandelt wird. Vervollständige die Tabelle. - Zugeführte Nutzbare Entwertete Wirkungs- wandler grad ɳ (Eta) Bohrmaschine Elektrische kj Kinetische 1440 kj Thermische e Glühlampe 216 kj Strahlungsenergie 10% sparlampe 29 kj 25% Ottomotor Chemische 304 MJ 25 % Dieselmotor 304 MJ 35% Aufgabe 3 Angenommen, es gibt Außerirdische, die nichts über unsere Welt wüssten. Ein Außerirdischer besucht die Erde und betritt ein Lampenfachgeschäft. Er sagt zum Verkäufer: Ich hätte gern auch 10 von diesen an der Decke hängenden Heizungen. Erkläre, wie der Außerirdische auf diese komische Idee kommt. Nabil Gad: erhaltungssatz und Wirkungsgrad 4

6 Lösungen Der erhaltungssatz (1) erhaltungssatz / Wirkungsgrad Das Fadenpendel Würde man das Fadenpendel einmal auf Position bringen, würde es unter Vernachlässigung der Reibung und des Luftwiderstands unendlich lang zwischen Position und Position schwingen. Die potenzielle (Lageenergie) in Position ist genauso groß wie an Position. An Position on hat sich die gesamte potenzielle in kinetische (Bewegungsenergie) umgewandelt. erhaltungssatz In einem geschlossenen System geht keine verloren. formen beim Skaten in der Halfpipe Der Skater besitzt nur potenzielle. Ein Teil der Lageenergie ist in kinetische umgewandelt worden. Der Skater wurde. beschleunigt Die gesamte potenzielle wurde in kinetische umgewandelt. Der Skater hat jetzt die maximale Geschwindigkeit. Nun wird durch umwandlung dem Skater wieder potenzielle zugeführt. Die kinetische in ihm verringert sich allmählich. Nun besitzt der Skater wieder nur noch potenzielle (Lageenergie), denn er hat ja keine Geschwindigkeit mehr. Nabil Gad: Gad: erhaltungssatz Grundwissen und Wirkungsgrad Verlag 1 Der erhaltungssatz (2) erhaltungssatz / Wirkungsgrad Ein Pkw mit einer Masse von kg fährt bei einem Crashtest mit 50 km/h gegen eine Wand. a) Berechne die kinetische (Bewegungsenergie) des Fahrzeuges vor dem Aufprall. E kin = 125,22 kj b) Wie groß ist die kinetische nach dem Aufprall? E kin = 0 kj c) Was ist mit der kinetischen passiert? Die gesamte kinetische ist in Verformungsenergie umgewandelt worden. Ein Akrobat mit einer Masse von 85 kg springt aus einer Höhe von 2,50 m auf ein Schleuderbrett und schleudert seinen Partner in die Höhe. a) Nenne alle formen, die bei diesem Vorgang auftreten. Ein Großteil der potenziellen wird in kinetische umgewandelt diese wird über das Schleuderbrett an den anderen Akrobaten weitergeleitet t und befördert diesen in die Höhe. Ein kleinerer zu vernachlässigender Teil wird in Verformungsenergie e umgewandelt. b) Wie hoch wird sein Partner höchstens geschleudert, wenn dieser die gleiche Masse besitzt? Begründe. Er wird höchstens auf 2,50 m geschleudert, da ein kleinerer Anteil der in Verformungsenergie umgewandelt worden ist. c) Berechne die maximal erreichbare Höhe des hochgeschleuderten Partners, der eine Masse von 55 kg hat. m1 h1 E pot1 = E pot2 m 1 g h 1 = m 2 g h 2 h 2 = = 3,86 m m2 Nabil Gad: Gad: erhaltungssatz Grundwissen rhaltungssa und Wirkungsgrad Verlag Nabil Gad: erhaltungssatz und Wirkungsgrad 5

7 Lösungen Der erhaltungssatz (3) erhaltungssatz / Wirkungsgrad Anja fährt mit ihrem Schlitten (m = 53 kg) von einem 6 m hohen Hang hinunter. Hinweis: Die Reibung darfst du in deinen Rechnungen vernachlässigen. 6 m 2m a) Berechne die kinetische (Bewegungsenergie) im Tal. E kin = E pot = m g h 1 = 3,12 kj b) Wie groß ist die kinetische, wenn Anja am Baum vorbeikommt? E kin = E pot = m g (h 1 h 2 ) = 2,08 kj c) Wie schnell ist Anja, wenn sie am Baum vorbeikommt? E kin = 1 2 m v2 = 2,08 kj v2 = 2,08 v 2 = v2 = 78,5 v = 78,5 v = 8,86 m s v = 31,9 km / h Die Kuckucksuhr erhält ihre von der Abwärtsbewegung der beiden Tannenzapfen (aus Metall). Diese haben eine Masse von 3,2 kg und müssen jeweils einmal pro Woche von Hand auf eine Höhe von 0,95 m hochgezogen werden. 1 J = 1 N m = 1 kg m2 = 1 Ws s 2 a) Welche form wird der Kuckucksuhr zugeführt? Potenzielle (Lageenergie) b) In welche form wird die zugeführte umgewandelt? Kinetische c) Berechne die, die der Kuckucksuhr zugeführt wird. E = W = m g h = 6,4 9,81 0,95 = 59,6 J = 59,6 Ws d) Vergleiche dein Ergebnis aus c) mit einer heutigen batteriebetriebenen Wanduhr, die in 52 Wochen eine menge von 450 mwh (1,5 V Batterie mit 300 ma) benötigt. Pro Woche 450 mwh : 52 = 8,7 mwh 8, = 31,32 Ws Die Kuckucksuhr benötigt in etwa die doppelte menge. Diese wird für den Antrieb des Uhrwerks und des Kuckucks benötigt. Nabil Nabil Gad: Gad: erhaltungssatz Grundwissen und Wirkungsgrad Verlag Der Wirkungsgrad erhaltungssatz / Wirkungsgrad Eine Bohrmaschine wird durch einen Elektromotor angetrieben. Elektromotoren wurden erfunden, um elektrische in kinetische umzuwandeln. Ein Teil der elektrischen wird jedoch auch unerwünscht in thermische umgewandelt. Man spricht von entwertung. Um auf einen Blick zu sehen, wie gut ein wandler (z. B. Maschine) arbeitet, hat man als Kennzahl den Wirkungsgrad eingeführt. Der Wirkungsgrad gibt dabei an, wie viel Prozent der zugeführten in die gewünschte/nutzbare form umgewandelt wird. Vervollständige die Tabelle. Zugeführte Nutzbare Entwertete wandler Wirkungsgrad ɳ (Eta) Bohrmaschine Elektrische 1800 kj Kinetische 1440 kj Thermische 360 kj 80 % Glühlampe Elektrische Strahlungsenergie Thermische 10% 216 kj 21,6 kj 194,4 kj sparlampe Elektrische 29 kj Strahlungsenergie 7,25 kj Thermische 21,75 kj 25% Chemische Kinetische Thermische Ottomotor 25 % MJ 304 MJ 912 MJ Dieselmotor elm Chemische 869 MJ Kinetische Thermische 35% 304 MJ 565 MJ Aufgabe 3 Angenommen, en, es gibt Außerirdische, die nichts über unsere Welt wüssten. Ein Außerirdischer besucht die Erde und betritt ein Lampenfachgeschäft. Er sagt zum Verkäufer: Ich hätte gern auch 10 von diesen an der Decke hängenden Heizungen. Erkläre, wie der Außerirdische auf diese komische Idee kommt. Der Wirkungsgrad von Glühlampen ist so gering, dass bei der Umwandlung der elektrischen bedeutend mehr in thermische als in Strahlungsenergie umgewandelt wird. Nabil Nabil Gad: Gad: erhaltungssatz Grundwissen und Wirkungsgrad Verlag Nabil Gad: erhaltungssatz und Wirkungsgrad 6

8 Bergedorfer Weitere Downloads, E-Books und Print-Titel des umfangreichen Persen-Verlagsprogramms finden Sie unter Hat Ihnen dieser Download gefallen? Dann geben Sie jetzt auf direkt bei dem Produkt Ihre Bewertung ertu ab und teilen Sie anderen Kunden Ihre Erfahrungen mit Persen Verlag, Buxtehude AAP Lehrerfachverlage e GmbH Alle Rechte vorbehalten. Das Werk als Ganzes sowie in seinen Teilen unterliegt dem deutschen Urheberrecht. Der Erwerber des Werkes ist berechtigt, das Werk als Ganzes oder in seinen Teilen für den eigenen Gebrauch und den Einsatz im Unterricht zu nutzen. Die Nutzung ist nur für den genannten Zweck gestattet, tet, nicht jedoch für einen weiteren kommerziellen Gebrauch, für die Weiterleitung an Dritte oder für die Veröffentlichung im Internet oder in Intranets. Eine über den genannten Zweck hinausgehende Nutzung bedarf in jedem Fall der vorherigen schriftlichen Zustimmung des Verlages. Die AAP Lehrerfachverlage GmbH kann für die Inhalte externer Sites, die Sie mittels eines Links oder sonstiger Hinweise erreichen, keine Verantwortung übernehmen. Ferner haftet die AAP Lehrerfachverlage GmbH nicht für direkte oder indirekte Schäden (inkl. entgangener Gewinne), die auf Informationen zurückgeführt werden können, die auf diesen externen Websites stehen. Grafik: Seite 1: Konstruktion Fadenpendel Satzpunkt Ewert GmbH, Halfpipe pixel&korn Fotolia.com; Seite 2: Crashtest Sergey Drozdov Fotolia.com, Wippe Marion El-Khalafawi; Seite 3: Konstruktion Hügel und Schlitten Satzpunkt Ewert GmbH, Kuckucksuhr askaja Fotolia.com Satz: Satzpunkt Ursula Ewert GmbH, Bayreuth Bestellnr.: 21001DA4