3. Veranstaltung 9. November 2012
Heute Wiederholung Experimente zur Magnetkraft Elektroauto Bewegung
Wiederholung
Angabe physikalischer Größen Alle physikalische Größen werden in folgender Form angegeben: Physikalische Größe = Zahlenwert * Einheit Beispiel der Längenmessung: Physikalische Größe: Länge Zahlenwert: 6 Einheit: Länge des Maßstab
Basisgrößen und Basiseinheiten Größe Einheit Abkürzung Länge Meter m Masse Kilogramm kg Zeit Sekunde s Elektrischer Strom Ampère A (el. Ladung) MKSA-Einheiten-System (auch SI-System) (Meter, Kilogramm, Sekunde, Ampère)
Arbeit Gewichtskraft: G Hubhöhe: h Definition der Arbeit (A) A = G h
Arbeit und Energie Der Begriff "Energie" baut auf dem Begriff "Arbeit" auf. Man sagt, ein Objekt besitzt Energie, wenn es die Fähigkeit hat, Arbeit zu verrichten.
Ableitung der Einheit für "Arbeit/Energie" Definition der Größe "Arbeit": A = G h Einheiten für "Kraft": m kg Definition [ G] = = N; 2 s Einheit für "Arbeit" (Energie): [ ] [ ] [ ] Definition A = G h = N m = J Die abgeleitete Einheit bekommt einen eigenen Namen: Joule (J)
Elektrische Energie-Einheiten Elektrische Leistung: L = I U [ I ] = A ( Ampere); [ U ] = V ( Volt); [ ] [ ] [ ] L = U I = V A = W ( Watt) Elektrische Arbeit: Verbraucher El. Strom I El. Spannung U Wieviel J sind 1 kwh? [ ] [ ] [ ] A= L t; A = L t = W s = J
Experimente: Magnetkraft
Die fundamentalen Naturkräfte 1. Gravitationskraft 2. Schwache Kraft 3. Elektromagnetische Kraft 4. Starke Kraft. Elektrische Kraft Magnetische Kraft. Elektroschwache Kraft
Elektrizität und Magnetismus Magnetische Wirkung eines stromdurchflossenen Leiters: Ablenkung einer Kompaßnadel kein el. Strom el. Strom fließt Süden Norden Süden Norden Kompaßnadel Kompaßnadel
Die magnetische Kraft Experiment "Leiterschaukel" Elektrischer Strom Magnetkraft +
Elektroauto
PKW mit Benzin- oder Dieselmotor Tankfüllung: 50 Liter Energiedichte Benzin/Diesel: 10 kwh/liter Æ Energieinhalt Tank B/D: 500 kwh PKW-Leistung: Energieverbrauch PKW: (u.a. abhängig von der Fahrweise) Æ Reichweite: 100 kw (136 PS) (50-100) kwh /100 km 500-1000 km
PKW mit Elektromotor Energievorrat der Batterie: (Lithium-Ionen-Batterie des Opel Ampera) 16 kwh Leistung des E-Motors: 111 kw (150 PS) Fahrzeit bei max. Leistung: < 9 Minuten! Reichweite: (bei gemäßigter Fahrweise mit 20 kw/100 km) 80 km
Zeit für die Ladung der Batterie Annahme: Starkstrom-Steckdose 230 V/16 A Æ Elektrische Leistung: (...steht am Anschluß zur Verfügung) 3.68 kw Voll-Ladung der Batterie in: 4,35 h Summe Ladezeit f. 500 km: (bei gemäßigter Fahrweise mit 50 kwh/100 km) mehr als ein Tag
Effizienz des Energie-Einsatzes
Energie-Kosten Elektrische Energie: ca. 0.25 /kw Benzin/Diesel: (Umrechnung mit: 1,5 /l, 10 kwh/l) ca. 0.15 /kw
Schlussfolgerungen Batterie speichert ca. 30x weniger Energie als 50 l B/D-Tank: --> geringe Reichweite. Batterie benötigt für die Aufladung viel Zeit. (> 4 h) Wie wird die elektrische Energie erzeugt? Ansprüche und Verhaltensweise müssen geändert werden!
Aktuell: Post vom Rektor Liebe Kolleginnen, liebe Kollegen am 3. November startet das Projekt RUHRAUTOe. Wir laden Sie herzlich ein, an der Auftaktveranstaltung am Willy-Brandt-Platz in Essen ab 10:00h teilzunehmen. Hier haben Sie die Möglichkeit Segways zu fahren, den Opel Ampera probezufahren und viele Informationen über Elektromobilität zu erhalten. Wer mit dem Gedanken spielt auf ein Elektroauto zu wechseln, kann dieses umweltfreundliche Fortbewegungsmittel ab sofort per CarSharing persönlich testen. Über 18 Monate kann jeder Elektroautos in Essen für kleines Geld testen und fahren. 20 Opel Amperas stehen im CarSharing bereit. Im Frühjahr kommen 10 E-Smart dazu. Alle weiteren Infos unter: www.ruhrauto-e.de. Unsere Universität ist einer der Hauptpartner des Projekts. Wir würden uns sehr freuen, wenn Sie die E-Autos bei RUHRAUTOe testen würden. Die Anmeldegebühr, die gleichzeitig zu 100% als Fahrguthaben genutzt werden kann, beträgt für Universitätsmitglieder nur 20,-- Euro. Mit den besten Grüßen Prof. Dr. Ulrich Radtke und Ferdinand Dudenhöffer
Verdrängung der Realität? opel AmperA click http://www.opel.de/content/dam/opel/europe/germany/nscwebsite/ de/01_vehicles/01_passengercars/ampera/katalog/ ampera_katalog_my12.0_v.6.pdf
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Bewegung
Was ist Bewegung? Antwort: Änderung des Orts eines Objekts mit der Zeit. Betrachtung von Bewegung bringt wichtige physikalische Fragen und Grundbegriffe ins Spiel: Raum Zeit Kräfte (Wechselwirkung)
Zum Begriff Wechselwirkung Wenn Objekte sich in irgendeiner Form beeinflussen, spricht man von Wechselwirkung. Speziell: Zwei Objekte üben Kräfte aufeinander aus und beeinflussen die Bewegung.
Beispiel: Elektrische Wechselwirkung Elektrische Anziehung und Abstoßung zwischen elektrischen Ladungen: Anziehung Abstoßung + - + +
Kinematik und Dynamik Kinematik: Dynamik: Beschreibung von Bewegung (Angabe von Ort und Zeit) Ursache von Bewegung Beim Begriff Dynamik klingt das Prinzip von Ursache und Wirkung an: Kräfte (Ursache) ----> Bewegung (Wirkung)
Beispiel: "Kinematik" und "Dynamik" Kinematik Dynamik Uhr t = t 2 t = t 1 x = x 1 x = x 2 G Maßstab
Punktbewegung Vereinfachung: Wir betrachten nur die Bewegung eines Punkts auf dem Objekt (o), nicht das gesamte Objekt. Objekt o o Uhr Maßstab t = t 1 t = t 2 x x = x 1 x = x 2 Der jeweilige Zustand wird beschrieben durch die Angabe des Ortes (x) und der Zeit (t)
Eindimensionale Bewegung Bei der Bewegung eines Punktes entlang des Maßstabs genügt eine Angabe zur Festlegung der Lage des Objekts (Punkt). Man spricht daher von ein-dimensionaler Bewegung.
Mehrdimensionale Bewegungen Beispiel: Bewegung einer Bahn auf Schienen y Zur Festlegung des Orts der Bahn sind zwei Angaben erforderlich, z.b. x-wert und y-wert in dem x-y-koordinatensystem. x -> Zweidimensionale Bewegung
Skifahren am Berghang z y x Zur Festlegung der Orte der "Objekte" sind drei Angaben erforderlich: Die x-, y-, und z-werte im dem x-y-z-koordinatensystem. -> Dreidimensionale Bewegung.
Koordinatensysteme Zur Festlegung des Ortes verwendet man Koordinatensysteme: Kartesisches Koordinatensystem (Rechtwinkliges x-y-z-system) Dreidimensional Geographische Länge- und Breitengrade auf der Erdkugel. Zweidimensional
Raum und Zeit Anmerkung: In der "klassischen" Physik sind Raum und Zeit unveränderliche Bühne, auf der sich die Ereignisse abspielen. Die Ereignisse, z.b. Bewegung von Objekten, haben keinen Einfluß auf die Struktur des Raumes und den Ablauf der Zeit. Raum und Zeit sind absolut.
Das war's für heute!