Unterrichtsprotokoll E-Phase Physik, Charlotte-Wolff-Kolleg. Mensch und Energie

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1 Unterrichtsprotokoll E-Phase Physik, Charlotte-Wolff-Kolleg Mensch und Energie Kurs: CWK/ A 41/ E-Phase /PH 2 Datum: im 2.Block Dozent: Herr Winkowski Protokollantin: Saviana Theiss Themen der Stunde: 1. Wiederholung: Energie und Leistung 2. Aufgaben bearbeiten zum Arbeitsblatt Energie und Leistung 3. Ziel der Bearbeitung dieser Aufgaben 4. Wiederholung: Begriffe und Größen in der Physik 5. Exkurs: Energiegewinnung im Laufe der Geschichte der Menschheit und Thermodynamik 1.Wiederholung Energie und Leistung und die Formel Energie ist die Fähigkeit eines Körpers, mechanische Arbeit zu verrichten, Wärme abzugeben oder Licht auszusenden. Energie kann also weder erzeugt noch vernichtet werden, sondern nur von einer Form in eine andere umgewandelt werden. Eine Form der Energie ist die mechanische Arbeit. Mechanische Arbeit kann unterschiedlich schnell verrichtet werden. Die Schnelligkeit des Verrichtens von Arbeit wird durch die physikalische Größe mechanische Leistung erfasst. Die mechanische Leistung gibt an, wie schnell mechanische Arbeit verrichtet wird. Formelzeichen: Einheit: P 1 W (ein Watt) Man kann sie mit folgenden Gleichungen berechnen: oder W= verrichtete Arbeit t= Zeit Benannt ist die Einheit der Leistung nach dem schottischen Techniker James Watt ( ). Umgangssprachlich verwendet man auch manchmal die Einheit Pferdestärke (PS). Merke: 1PS = 736 W, 1kW = 1,36 PS

2 2. Bearbeiten der Aufgaben Nr. 2.), 3.) und 4.) des Arbeitsblattes Energie und Leistung 2. Aufgabe: Ein erwachsener Mensch benötigt durchschnittlich kj am Tag. Welcher Leistung entspricht dies? Geg.: W= kj ; t= 24h Ges.: Umwandlung von Kilojoule in Joule (kj in J) und von Stunden in Sekunden (h in s) W (verrichtete Arbeit) = kj 1000= J (Joule) t = 24h 3600 = s = 127,31 W Antwort: Ein Verbrauch von kj pro Tag entspricht einer Leistung von ca. 127,31 W. 3. Aufgabe: Ein indischer Yogi vermag seinen täglichen Energiebedarf auf 5 MJ (Megajoule) zu drosseln. - Wie teuer käme der Unterhalt des Yogi, wenn man seine Energie nach dem BEWAG-Tarif bezahlen könnte? Merke: Energie ist Leistung x Zeit ; also: Leistung ist keine Energie und Energie ist keine Leistung, aber Leistung x Zeit = Energie! Geg.: E = 5 10J = 5 Ws Ges.: Kosten für den Unterhalt nach BEWAG-Tarif = 1,38 kwh 1,38 kwh 0,25 = 0,35 Antwort: Der Yogi würde Kosten in Höhe von 0,35 pro Tag verursachen. - Milch hat einen Energiegehalt von 5kJ/g. Wie viel Liter muss der Yogi trinken, damit sein Tagespensum erfüllt wird? Geg.: E-gehalt von Milch 5kJ/g Ges.: erforderliche Menge an Milch um sein Tagespensum zu decken 1 kg Wasser = 1 Liter E= = = E = 5 MJ = 5L Antwort: Der Yogi muss 5 Liter Milch zu sich nehmen, um sein Tagespensum an Energiebedarf zu decken. - wie teuer wäre jetzt sein Unterhalt, wenn man für die Milch einen Literpreis von 1,49 voraussetzt?

3 Geg.: benötigte Menge Milch pro Tag: 5 Liter; Kosten für 1 Liter Milch Ges.: Gesamtkosten 5Liter 1,49 = 7,45 Antwort: Der Yogi hätte Kosten in Höhe von 7,45 pro Tag, um seinen Energiebedarf Milch zu bezahlen. 4. Aufgabe: Eine Autobatterie hat eine Kapazität von 55 Ah bei einer Spannung von 12 V (Volt). - Wie viel Energie hat sie gespeichert (auch in kwh)? Geg.: Autobatterie mit einer Kapazität von 55 Ah (Ampérestunden); Spannung 12V= U Def.: U ist Spannung in V (Volt) ; I ist Stromstärke in A (Ampére) Ges.: E in kwh Leistung = daraus folgt: Leistung = Spannung x Stromstärke P=U I Symbole: = W = V A = V A s =Ws E = Kapazität U = 12V 55Ah = 660W = 660W 1000 = 0,66 kwh Antwort: Die Autobatterie hat eine Kapazität von 0,66 kwh gespeichert. Änderung der zweiten Frage: - Wie lange kann ein Auto damit fahren? Geg.: Speicherkapazität der Autobatterie Ges.: Zeit der Betreibung eines Autos Antwort: Ein Auto kann damit 47,52 h fahren. Das Symbol A ist benannt nach A.M. Ampére ( ). Er entdeckte auch die Kräfte zwischen stromdurchflossenen Leitern 1820.

4 3. Ziel der Bearbeitung dieser Aufgaben Wir konnten eine Sensibilisierung im Umgang mit Energie gewinnen. Erkenntnis: Mechanische Arbeit wird verrichtet, wenn ein Körper (oder auch ein System) durch eine Kraft bewegt oder verformt wird. Körper die aufgrund ihrer Lage mechanische Arbeit verrichten können, besitzen potenzielle Energie. Der Mensch besitzt also auch potenzielle Energie, die er für die Bewegung (z.b. Beschleunigung eines Sportlers beim Sprinten) nutzt. 4. Wiederholung: Begriffe und Größen in der Physik Umrechnung von kwh (Kilowattstunde) in Ws (Wattsekunde) und Ws in kwh: 1kWh = 1 Ws = 5. Exkurs: Diskussion zur Energiegewinnung im Laufe der Geschichte der Menschheit und Thermodynamik Es gibt verschiedene Formen von Energie: potenzielle Energie: Körper, die aufgrund ihrer Lage mechanische Arbeit verrichten können, besitzen potenzielle Energie (z.b. Steine). kinetische Energie: Körper, die aufgrund ihrer Bewegung mechanische Arbeit verrichten können, besitzen kinetische Energie (z.b. Flugzeug). Rotationsenergie: Körper, die aufgrund ihrer Rotation Arbeit verrichten können (z.b. Hubschrauber). thermische Energie: Körper, die aufgrund ihrer Temperatur Wärme abgeben oder Licht aussenden (z.b. Kerzen). chemische Energie: Körper, die bei chemischen Reaktionen Wärme abgeben, Arbeit verrichten oder Licht aussenden, besitzen eine chemische Energie (z.b. Feuer). Strahlungsenergie: Die Strahlung der Sonne und anderer Strahlungsquellen besitzen Lichtenergie oder Strahlungsenergie. Elektrische Energie: Körper, die aufgrund elektrischer Vorgänge Arbeit verrichten, Wärme abgeben oder Licht aussenden (z.b. Hochspannungsleitung). Magnetische Energie: Körper, die aufgrund ihrer magnetischen Eigenschaften mechanische Arbeit verrichten können, besitzen magnetische Energie (z.b. auf dem Schrottplatz: Magnetführungskran um zerlegte Schrotteile von einem Ort zum anderen zu transportieren) Kernenergie: Bei der Spaltung von Atomkernen und bei ihrer Verschmelzung wird Energie frei. Diese bezeichnet man als Kernenergie , Saviana Theiss

5 Quellenangaben: Literatur: Duden - Curriculum Physik Fotos: -Kernkraftwerk in Grundremmingen: -Flugzeug: -Lagerfeuer: