Medienübersicht. seite -1- setac setac 2 Wie macht man eigentlich Strom? Energieerzeugung und Energieumwandlung. bausteine.

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1 setac setac 2 Wie macht man eigentlich Strom? Energieerzeugung und Energieumwandlung naturπ wissen bausteine Medienübersicht Comic: Wer hat s gemacht Podcast: Der Weg des Stroms zurück Infotext: Die Welt hinter der Steckdose Fragen zum Text Versuchsanleitungen: Energieerzeugung Labor1: Die Dynamomaschine Labor2: Fahrradenergie Labor3: BigMac Labor4: Wasserturbine Fakten: Strom Infografik: Energiearten Technische Anleitung: Turbinengenerator Skript/Arbeitsblatt: Wandelbare Energie Zur Weiterarbeit seite -1-

2 die ursache setac 2 Wer hat s gemacht...? Laura hat keinen Strom zum Nudelkochen. Sie will herausfinden, wo der Strom eigentlich herkommt. Dazu macht sie eine kleine Reise: in die Steckdose, in den Verteilerkasten, in die Trafo-Station, in die Überlandleitung bis zum Stromkraftwerk. Dort steht ein Generator, der durch Bewegung Strom erzeugt! Laura denkt: Einen Generator habe ich doch auch! Ob ich damit genug Strom für das Nudelwasser erzeugen kann? Also probiert Laura aus durch schnelles Drehen des Dynamos Strom zu machen, was aber nur bedingt klappt. 1. Mit welchem Gerät kannst du am Fahrrad Strom erzeugen? 2. Beschreibe den Weg des Stroms vom Herd zurück zum Generator des Kraftwerks! 3. Wie kommt im Kraftwerk die Drehung des Generators zustande? labor Energieerzeugung 1. Erzeuge mit der Dynamomaschine Strom. Drehe dazu zunächst langsam das Antriebsrad des Dynamos. Kannst du eine 3V-Lampe zum Glühen bringen? Brennt eine 6V-Lampe auch noch? Miss die entstandene Spannung! Versuchsbeschreibungen Labor1 2. An deinem Fahrrad befindet sich auch eine Dynamo. Stelle das Fahrrad auf den Kopf und treibe den Dynamo mit der Tretkurbel an. Wie lange schaffst du die Lampe am Leuchten zu erhalten? Miss die entstandene Stromstärke! Labor2 3. Um eine kleine Glühbirne eine Sekunde lang zum Leuchten zu bringen, reicht eine Muskelkraft von 1Joule aus. Wie lange würde die Lampe mit der Energie eines BigMac (= J) leuchten? Labor3 4. Welche Möglichkeiten gibt es denn noch, einen Dynamo zum Drehen zu bringen? Untersuche das Modell der Wasserturbine! Labor4 seite -2-

3 infotext setac 2 Die Welt hinter der Steckdose Strom kommt bei uns selbstverständlich aus der Steckdose. Doch gemacht wird dieser Strom weit weg in Kraftwerken. In Deutschland werden im Jahr 500 Milliarden Kilowattstunden Strom erzeugt. Dazu müssen Generatoren kraftvoll gedreht werden. Ein Generator erfunden von Werner von Siemens - funktioniert übrigens im Prinzip genauso wie der Dynamo an deinem Fahrrad, allerdings mit viel höherer Geschwindigkeit und enormer Kraft. Durch die Bewegung von Spulen in Magnetfeldern kann ein Kraftwerk Strom herstellen. Diesen Vorgang nennt man elektromagnetische Induktion. Sie wurde von Michael Faraday vor fast 200 Jahren entdeckt. Bewegung wird also in Strom umgewandelt. Aber woher bekommt man die Bewegungsenergie? Dazu gibt es eine ganze Menge von Möglichkeiten. Am einfachsten ist es, den Dynamo selber anzudrehen. Das erfordert Muskelkraft und bringt leider nicht sehr viel an elektrischer Energie. Besser lässt man den Wind arbeiten, indem man einen Propeller an den Dynamo anbaut. Den Wind macht die Sonne kostenlos. In einem Wasserkraftwerk an einem Stausee wird der Generator durch Wasser angetrieben, das durch Fallrohre auf die Turbinen geleitet wird. Das macht ordentlich Lärm und wandelt Höhenenergie über Bewegung in elektrische Energie um. Damit der Stausee über dem Kraftwerk immer voll ist, müssen die Regenwolken immer neues Wasser nach oben schleppen. Dabei hilft die Wärme der Sonne. Wenn du einmal Wasser gekocht hast, weißt du, dass der heiße Wasserdampf den Kochtopfdeckel nach oben drückt: Dampf besitzt also so viel Kraft, dass er die Turbinen eines Stromkraftwerkes drehen kann und diese einen Generator zum Laufen bringen. Um das Wasser zu verdampfen, sollte man es vorher kräftig erhitzen. Die Wärmeenergie dafür wird durch Verbrennen von Kohle, Gas oder Öl erzeugt. Man kann auch Müll oder Pflanzen verbrennen. Wichtig ist nur, dass das Wasser weit über 100 C erhitzt wird. Bei dieser Verbrennung entsteht jedoch auch das Gas CO 2, das für die Klimaerwärmung der Erde mitverantwortlich ist. In Atomkraftwerken erreicht man diese Temperatur mit komplizierten und gefährlichen Kernspaltungen von Uran. Solaranlagen nutzen direkt die Wärme der Sonne aus. Irgendwie taucht die Sonne immer wieder auf: beim Wind, beim Wasser, bei den Pflanzen und auch bei der Kohle, dem Gas und Erdöl versteckt sich die Sonne. Man kann schon sagen: Hinter vielen Steckdose steckt die Sonne. Generator Windkraftanlagen Wasserkraft James Watt Dampfturbine CO 2 Anstieg Klimawandel Atomkraft infografic //Geschichte //Politik fragen zum text 1. Auf welche verschiedenen Arten kann man einen Generator bzw. Dynamo antreiben? 2. Welche Energiearten werden in andere Energiearten umgewandelt? 3. Bringe die Begriffe in die richtige Reihenfolge, um das Prinzip der Stromerzeugung darzustellen. Wärme - Verbrennen Strom Bewegung Generator - Wasserdampf seite -3-

4 fakten setac 2 strom Dynamo kommt vom dynamis, das Kraft bedeutet. Im Wort Generator steckt das lateinische generare (=erzeugen) drin, und Induktion stammt vom lateinischen Wort inducere (einführen) ab und meint das Einführen eines Stabmagneten in die Elektrospule. Strom wird in zwei Einheiten gemessen. Die Kraft, mit der die Stromteilchen (=Elektronen) durch die Leitung kommen, wird als Spannung bezeichnet und mit Volt 1V angegeben. Die Menge an Stromteilchen misst man als Stromstärke mit der Einheit Ampere 1A. Um eine Fahrradbirne mit 1Watt zum Leuchten zu bringen, braucht man eine Spannung von 1V und eine Stromstärke von 1A. Die Energie, die in 1Joule steckt, liefert den Strom für die Fahrradbirne genau eine Sekunde lang. Die Dampfkessel für die Generatoren in einem 550 MW Kraftwerk brauchen jede Stunde 20 Lastwagen voll mit 10 Tonnen Kohle, um das Wasser für die Dampfturbinen zum Sieden zu bringen. Alle Menschen in Deutschland zusammen brauchen jede Stunde 100 Milliarden kwh Strom. Jeder Haushalt verbraucht im Jahr ungefähr 3000 kwh. Auch in unserem Körper fließt Strom. Durch eine Nervenzelle gelangen elektrische Reize mit 0,030 V Spannung. annex Zur Weiterarbeit Elektrische Geräte wandeln Strom in andere Energiearten um. Suche in deinem Haushalt alle Elektrogeräte und beschreibe, welche Art von Energie durch den Strom erzeugt wird. (Beispiel: Der Fernseher wandelt Strom in Lichtenergie um.) Kennst du den Stromanbieter deines Hauses? Weißt du, wie der Strom des Energieversorgers hergestellt wird? Strom kostet Geld. Besorge dir eine Stromrechnung deines Haushaltes und berechne, wie viel Geld ein Tag Stromverbrauch bei dir kostet. Informiere dich, wer die drei Erfinder Watt, Faraday und Siemens waren. Die Internetseiten der Stromanbieter geben Auskunft über die Herstellungsweise des Stroms. Strom kostet für eine Familie pro Tag zwischen 2 bis 5 Euro. Im Deutschen Museum gibt es eine Menge zum Thema Energieerzeugung und Strommaschinen. Wie wäre es mit einem Besuch oder einem Internetclick? seite -4-

5 labor 1 setac 2 die dynamomaschine 1. Baue dir aus Holz und einem alten Fahrraddynamo einen eigenen kleinen Stromerzeuger. An den Dynamo klemmst du eine Glühbirnenfassung an. (Bild1) Die Maschine kann auch mittels Fahrradfelge gebaut werden 2. Schraube in die Fassung eine 3V-Glühbirne ein und drehe mit normalen Tempo. Brennt die Lampe? (Bild1) 3. Baue nun eine 6V-Glühbirne ein und drehe mit gleichem Tempo. Wie brennt die Glühbirne jetzt? (Bild2) 4. Baue in den Stromkreis ein Spannungsmessgerät ein und miss die Spannung bei schnellem Tempo. (Bild3) Bezugsquellen Strommessgerät 6V 000%Licht 000%Licht 0000V labor 2 fahrradenergie 1. Du brauchst für den Versuch ein Fahrrad mit einem Dynamo. Stelle das Fahrrad auf den Sattel. (Bild1) 2. Drehe die Kurbel und stoppe die Zeit, wie lange du Vorder- und Rücklicht am Leuchten halten kannst. (Bild2) 3. Schließe nun das Strommessgerät an und miss die Spannung, die du durch die Kurbelbewegung erzeugen kannst. (Bild3) Bezugsquellen Strommessgerät Anschluss der Kabel am Dynamo parallel 4. Du kannst nun berechnen, welche Leistung du bei einer Stromstärke von 1A erzeugt hast. 10Volt mal 1Ampere mal 30min = 5Wh min 0000A seite -5-

6 labor 3 setac 2 big mac Um eine kleine Glühbirne zwei Sekunden lang zum Leuchten zu bringen, reicht eine Muskelkraft von 1Joule aus. Wie lange würde die Lampe mit der Energie eines BigMac (= J) leuchten? Glühbirne mit 0,1A und 5V Alternative: 0,3l Cola entsprechen 500kJ 1. Berechne die Energie des BigMac in Sekunden! 2. Berechne, wie viele Sekunden ein Tag hat. 3. Teile den Energievorrat des BigMac durch die Anzahl der Sekunden pro Tag. 4. Überlege, ob das Ergebnis realistisch ist. Die Brenndauer ist durchaus realistisch. Bei einigen Angaben ist die Energie eines BigMac mit 2,1 MJ angegeben mal 2 Sekunden 60 mal 60 mal geteilt durch labor 4 wasserturbine 1. Wasserräder nutzen die Höhenenergie, die in Stauseen gespeichert ist aus. Die Wasserturbine wird an die Wasserleitung angeschlossen.(bild1) 2. An die Wasserturbine ist direkt ein Dynamo angeschlossen. Von diesem Dynamo aus kann eine Glühlampe mit Energie versorgt werden. (Bild2) Miss die Spannung bei der angegebenen Schaltung. physikalische Sammlung >Walchenseekraftwerk 3. Der Dynamo kann aber auch eine Klingel zum Läuten bringen (Bild3). Miss wieder die Spannung bei dieser Schaltung. 4. Schließe auch einen Motor an die Wasserturbine an V 0000v seite -6-

7 infografik Sonne Wasserstoffgas verbrennt 6000 C Pflanze Kohlenstoff C wird erzeugt Haus Elektrische Wärmequellen Verbrennungsanlagen Erdöl Kohle Erdgas fossile Brennstoffe aus abgestorbenen Pflanzen Kraftwerk Strom wird erzeugt Erdwärme Erdkern

8 Wandelbare Energie Energieumwandlungsketten Energieumwandlung Ausgangsform Beispiel 1 Beispiel 2 Lichtenergie chemische Energie thermische (=Wärme- )Energie Ordne folgende technische Geräte bei den jeweiligen Beispielen ein: elektrische Energie thermische Bewegungsenergie elektrische Energie Energiequelle Sonne Lichtenergie (=Wärme- )Energie thermische (=Wärme- )Energie Leuchtdiode Fahrraddynamo Rapspflanze Sonnenkollektor Autobremsen Kaffeemaschine Sonne Wasserstoffgas verbrennt 6000 C Überlege dir, welche Energiearten in den Objekten gespeichert sind! Beschrifte dazu die Felder. Lichtenergie chemische En. Elektrische En. Pflanze Kohlenstoff C wird erzeugt Haus Elektrische Wärmequellen Verbrennungsanlagen Erdöl Kohle Erdgas fossile Brennstoffe aus abgestorbenen Pflanzen Kraftwerk Strom wird erzeugt Erdwärme Erdkern Die Sonne ist die wichtigste Energiequelle. Ihre Lichtenergie ist der Ausgangspunkt für fast alle Umwandlungsketten. Durch das Verbrennen von fossilen Rohstoffen kann im Kraftwerk elektrische Energie erzeugt werden. Dabei wird CO2- Gas frei. Zur Weiterarbeit und als Hausaufgabe Informiere dich darüber, welche Art von Stromkraftwerken es gibt. Stimmts? Im Weltall könnte ein Perpetuum mobile funktionieren? Wärmeenergie BewegungsEn. chemische En. Notiere auf der Rückseite Umwandlungs- ketten: z.b. Sonne (Licht- En.)> Pflanze(chem, En.)> Haus(Wärme- En.) Folgende Wörter sind in die Lücken einzusetzen: Licht Sonne CO 2- Gas elektrische Vollständigkeit Gestaltung