Wasser, Elektrizität, Wärme - Gemeinsamkeiten und Unterschiede bei der theoretischen Betrachtung

Transkript

1 Wasser, Elektrizität, Wärme - Gemeinsamkeiten und Unterschiede bei der theoretischen Betrachtung Ausgearbeitet und dargestellt von: Dr.-Ing. Angelika Liermann B. Ed. Anja Fischer

2 Gliederung Einleitung Modellvorstellungen Wasser- und Stromkreislauf im Vergleich Der elektrische Stromkreislauf Modellvorstellungen Das Ohmsche Gesetz Reihen- und Parallelschaltung Beispiele aus der Praxis Anwendung von bekannten Kreislaufmodellen auf thermische Zusammenhänge Grundlegende Gegenüberstellung Unterrichtsbeispiel Schlusswort Dr.-Ing. Angelika Liermann, Anja Fischer I Lehreinheit für Arbeitslehre/ Technik 2

3 Modellvorstellungen Theoretische Modelle Teilchenmodell Massepunkt Strahlenmodell Wellenmodell Gegenständliche Modelle Globus Planetenmodell Motormodell Schiffsmodell Dr.-Ing. Angelika Liermann, Anja Fischer I Lehreinheit für Arbeitslehre/ Technik 3

4 Wasser- und Stromkreislauf ein Vergleich Pumpe Spannungsquelle Wasserstrom Druck Rohrleitung elektr. Strom elektr. Leitung Verengung der Rohrleitung elektr. Widerstand Dr.-Ing. Angelika Liermann, Anja Fischer I Lehreinheit für Arbeitslehre/ Technik 4

5 Der elektrische Stromkreislauf Dr.-Ing. Angelika Liermann, Anja Fischer I Lehreinheit für Arbeitslehre/ Technik 5

6 Das Ohmsche Gesetz Dr.-Ing. Angelika Liermann, Anja Fischer I Lehreinheit für Arbeitslehre/ Technik 6

7 Reihen- und Parallelschaltung Dr.-Ing. Angelika Liermann, Anja Fischer I Lehreinheit für Arbeitslehre/ Technik 7

8 Beispiele aus der Praxis Kombinationsschaltung Dr.-Ing. Angelika Liermann, Anja Fischer I Lehreinheit für Arbeitslehre/ Technik 8

9 Vereinfachte Schaltbilder eines Ofens Ober-/ Unterhitze Grillen Dr.-Ing. Angelika Liermann, Anja Fischer I Lehreinheit für Arbeitslehre/ Technik 9

10 Anwendung von bekannten Kreislaufmodellen auf thermische Zusammenhänge Dr.-Ing. Angelika Liermann, Anja Fischer I Lehreinheit für Arbeitslehre/ Technik 10

11 Die Hauswand T1 T2 Q Außenputz Innenputz Ziegel Dr.-Ing. Angelika Liermann, Anja Fischer I Lehreinheit für Arbeitslehre/ Technik 11

12 Thermisches Ersatzschaltbild Elektrisches Ersatzschaltbild Thermisch Elektrisch Q Wärmemenge Q Ladung Φ=Q/t Wärmestrom I=Q/t Stromstärke T Temperaturdifferenz U= φ Spannung, Potentialdifferenz R th thermischer Widerstand R elektrischer Widerstand Dr.-Ing. Angelika Liermann, Anja Fischer I Lehreinheit für Arbeitslehre/ Technik 12

13 Thermisches Ersatzschaltbild Elektrisches Ersatzschaltbild Dr.-Ing. Angelika Liermann, Anja Fischer I Lehreinheit für Arbeitslehre/ Technik 13

14 Widerstandsberechnung eines Hauses Dr.-Ing. Angelika Liermann, Anja Fischer I Lehreinheit für Arbeitslehre/ Technik 14

15 Ein Unterrichtsbeispiel Eine Hauswand besteht aus vier Schichten (Abb. 7): Schicht Innenputz 0,7 15 Ziegel 0,5 300 Dämmung 0,04 60 Außenputz 0,7 6 Die Wandfläche beträgt A=200m², Innentemperatur T 1 =21 C, Außentemperatur T 2 = -25 C. Der Wärmestrom Φ beträgt 4,32kW. Berechnen Sie den Gesamtwärmeleitwiderstand, die Temperaturdifferenzen und Wandzwischentemperaturen! Überprüfen Sie den Wärmestrom! Dr.-Ing. Angelika Liermann, Anja Fischer I Lehreinheit für Arbeitslehre/ Technik 15

16 Lösungsvorschlag Dr.-Ing. Angelika Liermann, Anja Fischer I Lehreinheit für Arbeitslehre/ Technik 16

17 Dr.-Ing. Angelika Liermann, Anja Fischer I Lehreinheit für Arbeitslehre/ Technik 17

18 Ich danke für Ihre Aufmerksamkeit! Dr.-Ing. Angelika Liermann, Anja Fischer I Lehreinheit für Arbeitslehre/ Technik 18

19 Quellen Sajadatz, Horst: Grundlagen der technischen Wärmelehre, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig Meyer, Günther; Schiffner, Erich: Technische Thermodynamik, VEB Fachbuchverlag Leipzig Bahr, Heinz: Philips-Lehrbriefe: Elektrotechnik und Elektronik, Hüthig Heidelberg Dr.-Ing. Angelika Liermann, Anja Fischer I Lehreinheit für Arbeitslehre/ Technik 19

20 Einbettung in den Rahmenlehrplan des Landes Brandenburg Grundschule Themenfeld: Technik 20

21 Einbettung in den Rahmenlehrplan des Landes Brandenburg SEK I Themenfeld 4: Infrastrukturen Doppeljahrgangsstufe 9/10 21