Experimente Arbeitsblatt

Transkript

1 Lehrerinformation 1/7 Arbeitsauftrag Ziel Mit unterschiedlichen n lassen sich die neue erneuerbaren Energien sehr gut darstellen. Oft kann auch daraus wiederum ein Rückschluss auf die Verfahrensweise beim richtigen Kraftwerk gezogen werden. Die verschiedenen und Modelle können nacheinander oder im arbeitsteiligen Verfahren in Gruppen durchgeführt und realisiert werden. Die SuS können die Energiegewinnungs-Möglichkeiten 1:1 nachvollziehen und daraus das theoretische Wissen praktisch und haptisch festigen. Material Diverses Bastelmaterial: Dieses ist auf den jeweiligen Beschrieben genau festgehalten. Sozialform GA Klassen-Experiment Vorführung Zeit 60 Zusätzliche Informationen: Die meisten basieren auf tatsächlichen Ideen der zukunftsorientierten Energiegewinnung mit neuen erneuerbaren Energien. Eventuell kann man versuchen, andere Energiegewinnungsverfahren modellartig darzustellen. Experimentiermaterialverleih: Solar- und Windkoffer sind bei der CKW erhältlich ( besucher@ckw.ch). mit Photovoltaik-Zellen sind meist in Experimentierkoffern erhältlich. Link zu weiteren n:

2 2/7 Aufgabe: Lest die Anleitungen und führt die durch. Windenergie Bauanleitung für ein Aufwindkraftwerk Wie entsteht eigentlich Wind? Wind entsteht durch Temperaturunterschiede. Warme Luft ist leichter als kalte Luft, deshalb steigt warme Luft auf und kalte Luft sinkt ab. So entsteht der Wind. Die warme Luft wird dabei durch die Sonne erwärmt. Besondere Windkraftanlagen sind Aufwindkraftwerke. Sie nutzen neben dem Wind zusätzlich die winderzeugende aufsteigende Wärme, die durch die Sonneneinstrahlung erzeugt wird. Ein sogenanntes Aufwindkraftwerk kann man selber in einer Kleinversion nachbauen. Material: eine lange Kartonrolle (z. B. das Innere einer Küchenrolle) schwarze Farbe oder schwarzes Papier die Aluminiumhülle eines Teelichtes einen Reissnagel glatten Karton Schere, Leim, Bleistift Malt die Kartonrolle schwarz an oder beklebt sie mit schwarzem Papier. Sie wird später zum Turm der Windkraftanlage. Schneidet die Teelichthülle 16-mal mit der Schere ein, drückt sie platt und verlängert die Schnitte bis an den inneren Ring im Teelichtboden. Vorsicht! Nicht zu weit einschneiden! So entsteht das Flügelrad. Drückt ganz leicht mit einem Bleistift genau in der Mitte des Teelichtes eine Delle. Vorsicht: Nicht durchdrücken! Legt am besten einen Radiergummi darunter. Nun winkelt ihr die Flügel alle in eine Richtung schräg ab.

3 3/7 Danach schneidet ihr zwei jeweils 2 cm breite Papierstreifen aus und klebt beide Streifen aufeinander. Das Papier wird später quer über die Öffnung des Turmes geklebt. Steckt den Reissnagel von unten genau durch die Mitte des Papierstreifens. Die Spitze dient als Auflagefläche (Träger) für die Delle im Flügelrad. Klebt nun den Pappstreifen mit der Nadel drin quer auf die obere Öffnung des Turms und setzt das Flügelrad auf. Eventuell müsst ihr zum Ausbalancieren die Flügel etwas nach unten biegen. Schon ist ein einfaches Windrad fertig. Es dreht sich allerdings nur bei Wind. Für ein einfaches Windrad bräuchte man auch den Turm nicht schwarz anstreichen. Dies war jedoch nötig, um das Windrad zu einem Aufwindkraftwerk auszubauen. Es fehlen noch Einströmöffnungen für die warme Luft in den Turm. Das untere Ende des Turms wird 6-mal im gleichen Abstand etwa 5 cm tief eingeschnitten. Jede zweite Lasche wird hochgeklappt oder abgeschnitten. Der Turm steht dann auf Stelzen. Wenn man jetzt den Turm in die Sonne stellt oder eine warme Lampe darauf richtet, drehen sich die Flügel auch ohne Wind. Wie funktioniert das? Die Luft strömt durch die Öffnungen unten in den Turm. Wenn der schwarze Turm in der Sonne steht, erwärmt sich die Luft darin und steigt nach oben. Dieser Luftstrom wirkt wie in einem Kamin. Immer mehr Luft wird nachgezogen und dreht die Flügelräder. Nach dem gleichen Prinzip arbeiten grosse Aufwindkraftwerke mit 200 Meter hohen Türmen. Sie funktionieren am besten in sonnigen Ländern wie zum Beispiel in Spanien oder Australien. Modell eines Aufwindkraftwerkes. Bei diesem Modell wird die warme Luft durch reflektierende Spiegel erzeugt. Im Kamin befinden sich Hochleistungsturbinen, welche für die Stromerzeugung notwendig sind. Die Kraft der Sonne wird also optimal genutzt! Was denkst du: Wo wären solche Kraftwerke am besten einsetzbar?

4 4/7 Die Macht der Sonne einmal anders Habt ihr schon einmal am Lagerfeuer gesessen oder euch am Kamin gewärmt? Dann wisst ihr, dass in Holz Energie steckt, die beim Verbrennen in Wärme umgewandelt wird. Aber nicht nur in Holz steckt Energie, sondern in allen anderen Pflanzen von der Wurzel bis zur Frucht, in allen Pflanzenabfällen und pflanzlichen Rückständen und sogar in Gülle und in den Überresten unseres Essens nach der Verdauung. Diese biologischen Produkte werden als Biomasse (siehe auch 03) bezeichnet. Aus Biomasse wird zum Beispiel Biodiesel oder Biogas hergestellt. Mit eurem selbstgebauten Öllämpchen könnt ihr demnächst auf Kerzen verzichten! Es brennt und brennt und zeigt, wie viel Power in der Natur steckt! Für das Öllämpchen braucht ihr: einen Esslöffel voll Sonnenblumenkerne eine Kaffeemühle oder ähnliches ein Stück Baumwollstoff, z. B. ein altes Stofftaschentuch von mindestens 15 x 15 cm eine Knoblauchpresse zwei Aluminiumnäpfchen von Teelichtern ein Stück dickes Baumwollband, z. B. Schuhbändel einen Nagel, eine Schere und ein Stück Zwirn Zuerst zermahlst du einen Esslöffel Sonnenblumenkerne in einer Kaffeemühle und schüttest das Mehl auf den dünnen, 15 x 15 cm grossen Baumwollstoff. Dann schnürst du mit einem Faden ein straffes Beutelchen und presst es in einer Knoblauchpresse unter starkem Druck aus. Was dabei herausläuft, ist Sonnenblumenöl. Das fängst du in einem leeren Aluminium-Teelichtnäpfchen auf. Jetzt nimmst du ein zweites Näpfchen und schneidest seinen Rand an zwei Stellen mit der Schere ein. Danach stichst du mit einem Nagel ein Loch in seine Bodenmitte und steckst ein dickeres Baumwollband hindurch.

5 5/7 Das ist der Deckel zu deinem Teelicht-Öllämpchen. Setz ihn auf das erste Teelichtnäpfchen auf. Der Docht saugt sich in ein bis zwei Minuten mit dem Öl voll und du kannst ihn anzünden. Achte darauf, dass der Docht nicht so weit herausguckt, dann brennt es besser. Und Vorsicht! Niemals das Öllämpchen in der Nähe anderer leicht entzündlicher Gegenstände brennen lassen. Beim Verlassen des Raumes stets das Feuer löschen. Alternative: Eine Walnuss knacken und das Innere auf eine Gabel spiessen. Das Walnussstück wird angezündet. Im Vorfeld kann man rätseln, ob und wie lange die Walnuss brennt!

6 6/7 Wasserkraft bewegt! Schon vor Tausenden von Jahren hat man erkannt, dass die Kraft des Wassers verwendet werden kann, um Mühlen, Lastenkräne oder andere Maschinen anzutreiben. Heute ist die Wasserkraft für einen Grossteil unserer elektrischen Energie verantwortlich. Wichtig ist hierbei das Wasserrad oder wie man heute zu sagen pflegt: die Turbine! Material: grosse Plastikflasche Blechdose Ringgummi zehn Kronenkorken oder Flaschendeckel Trinkhalm 40 cm Draht (Durchmesser 1,5 mm) zwei gleichgrosse, runde Plastikdeckel Heissklebepistole In die Flasche wird ca. 8 cm über dem Boden ein kleines Loch von etwa 3 mm Durchmesser gebohrt. Anschliessend wird die Flasche mit dem Heisskleber auf der Dose festgeklebt. Für das Wasserrad werden die Plastikdeckel und die Kronenkorken, wie auf dem Bild dargestellt, mit der Heissklebepistole zusammengeklebt. In die Mitte der Plastikdeckel wird ein Loch gebohrt, in dem ein 4 cm langes Stück vom Trinkhalm eingeklebt wird. Durch diese Achse wird der Draht geführt und anschliessend, wie auf dem Bild dargestellt, zurechtgebogen und am Gummi an der Flasche befestigt. Durch die flexible Verbindung (Gummidraht) ist es möglich, die Höhe des Wasserrades zu variieren, um so die effektivste Wasserkraftausnutzung zu erreichen.

7 7/7 Solange die Flasche mit Wasser gefüllt wird, muss das Loch im Flaschenmantel mit der Fingerkuppe zugehalten werden. Verschliesst man die Flasche anschliessend fest mit dem Schraubverschluss, so kann kein Wasser mehr aus dem Loch fliessen. Sobald man den Schraubverschluss leicht öffnet, strömt wieder Wasser aus dem Loch und treibt das Wasserrad an. Wasser kann nur dann aus dem Loch im Flaschenmantel fliessen, wenn oben Luft durch den leicht geöffneten Schraubverschluss nachströmen kann. Das Wasser wird durch den Druck der Wassersäule in der Flasche durch das Loch gepresst und trifft genau auf die Schaufeln des Wasserrades. Das Wasserrad dreht sich. Je höher die Wassersäule, desto höher der Druck, umso schneller dreht sich das Wasserrad. Überlege: Ist dies auch in der Realität wichtig? Wenn ja: Wie lösen die Konstrukteure von Fluss- oder Staukraftwerken dieses Problem? Hier siehst du eine Pelton-Turbine, die bei Wasserkraftwerken eingesetzt wird. Erkennst du Gemeinsamkeiten mit dem Aussehen unseres kleinen Wasserrads?