Klasse 9: Energie, Leistung und Radioaktivität

Einführung

Sowohl in der Mechanik als auch der Elektrizitätslehre ist der Begriff der Energie von entscheidender Bedeutung. Deshalb untersuchst du einfache Maschinen wie zum Beispiel den Flaschenzug und vergleichst die Leistung von Maschinen mit denen des Menschen. Du lernst, wie Generatoren Strom erzeugen und wie mit Hilfe von Transformatoren elektrische Energie über weite Strecken transportiert werden kann. In der Kernphysik beschäftigst du dich mit dem Aufbau von Atomen, dem Entstehen von radioaktiver Strahlung und der Anwendung in Medizin und Technik sowie zur Energieversorgung.

Arbeit, Energie und Leistung

Arbeit mit Hilfe innerer Energie

Für die heutige Stunde braucht ihr:

  1. Overheadmodelle verschiedener Motoren
  2. Demonstrationsversuche Stirlingmotor und Dampfmaschine
  3. das Physikbuch auf Seite 170
  4. Zugang zum Internet

Bildet drei Gruppen

Gruppe A: Experiment "Stirlingmotor"
  1. Bring den Stirlingmotor zum Laufen
  2. Überlege: Wie funktioniert der Stirlingmotor?
  3. Präsentiere und erkläre die Funktionsweise des Motors am Modell.
Gruppe B: Experiment "Dampfmaschine"
  1. Bring die Dampfmaschine zum Laufen
  2. Überlege: Wie funktioniert die Dampfmaschine?
  3. Präsentiere und erkläre die Funktionsweise der Maschine am Modell.
Gruppe C: Overheadmodelle des 2-Takt und 4-Takt Motors
  1. Mach dir die Funktionsweise des 2-Takt und des 4-Takt Motors klar.
  2. Präsentiere und erkläre die Funktionsweise der Motoren am Modell.

Lies in deinem Physikbuch die Lektion „Arbeit mit Hilfe innerer Energie" Seite 170“

Notiere in deinem Heft:

  • Wie lautet der erste Hauptsatz der Wärmelehre?
  • Beschreibe die Funktionsweise und Skizziere den Aufbau eines Motors/ einer Wärme-Kraftmaschine deiner Wahl.

Energieformen

Für die heutige Stunde braucht ihr:

  1. das Physikbuch auf Seite 177
  2. Informationsmaterial auf LeifiPhysik

Lies die Lektion „Energieformen" Seiten 177-178“

Notiere in deinem Heft:

  • Wie lauten die im Buch vorgestellten Energieformen?

Lies die folgenden Lektionen auf LeifiPhysik: "Energieformen, Potentielle Energie, Kinetische Energie, Spannenergie"

Notiere in deinem Heft:

  • Wie lautet die Einheit der Energie?
  • Mit welchem Symbol (Buchstaben) wird Energie abgekürzt?
  • Wie lauten die Formeln zu Berechung der verschiedenen Energieformen?

Energieumwandlung und Energieerhaltung

Für die heutige Stunde braucht ihr:

  1. das Physikbuch auf Seite 179
  2. Informationsmaterial auf LeifiPhysik

Lies die Lektion „Energieumwandlung und Energieerhaltung" Seite 179

Notiere in deinem Heft:

  • Was gilt für die Gesamtenergie in einem abgeschlossenen System?

Lies die folgenden Lektionen auf LeifiPhysik Energieumwandlung, Energieerhaltung

  1. Notiere in deinem Heft:

    • Wie lautet die Einheit der Energie?
    • Mit welchem Symbol (Buchstaben) wird Energie abgekürzt?
    • Wie lauten die Formeln zu Berechung der verschiedenen Energieformen?

  2. In der Lektion Energieumwandlung

    • Zeichne das Energieflussdiagramm aus der Animation in Abb. 3 ab und fülle es sinnvoll aus.

  3. Bearbeite das Quiz "Energie und Energieumwandlung" und notiere deine Lieblingsfrage und die zugehörige Antwort im Heft.

Leistung und Wirkungsgrad

Für die heutige Stunde braucht ihr:

  1. Informationsmaterial auf LeifiPhysik

Lies die folgenden Lektionen auf LeifiPhysik: "Leistung und Wirkungsgrad"

Notiere in deinem Heft:

  • Wie lautet die Einheit der Leistung?
  • Mit welchem Symbol (Buchstaben) wird Leistung abgekürzt?
  • Wie kann ich Leistung berechnen?
  • Wie ist der Wirkungsgrad definiert und mit welchem Symbol (Buchstaben) wird er abgekürzt?
  • Warum führt die Nutzung der Fernwärme zur Verbesserung des Wirkungsgrades eines Kraftwerks?
  • Wie berechne ich den Gesamtwirkungsgrad?

Elektrische Energie und Leistung

Für die folgenden zwei bis drei Unterrichtsstunden braucht ihr:

  1. das Physikbuch Seiten 180-184
  2. Informationsmaterial auf LeifiPhysik
  3. Experiment mit Zitrone oder Kartoffel
  4. Demonstrationsexperiment mit Plattenkondensator, Spannungsmessgerät und einer Glimmlampe
  5. Experiment mit Batterie, Glühbirne, zwei Multimetern und einer Stoppuhr

In den folgenden zwei bis drei Physikstunden wollen wir uns mit den Themen "Elektrische Energie, Arbeit und Leistung" beschäftigen

Miss die elektrische Spannung U zwischen den Elektroden aus Kupfer und Zink, die in einer Zitrone oder Kartoffel stecken.

  1. Notiere in deinem Heft:

    • Fertige eine Zeichung des Experimentes
    • Notiere die gemessene Spannung
    • Wieso kannst du zwischen den Elektroden eine Spannung messen?
    • Was beschreibt die elektrochemische Spannungsreihe?

  2. Zusatzinformationsmaterial A zur Kartoffelbatterie auf LeifiPhysik

Lies die folgenden Lektionen auf LeifiPhysik: "Elektrische Arbeit und Leistung"

  1. Notiere in deinem Heft:

    • Wie kann ich die elektrische Arbeit und die elektrische Leistung berechnen?

  2. Informationsmaterial auf LeifiPhysik

Warum sich die elektrische Energie oder Leistung mit den genannten Formel berechnen lässt, ist noch nicht klar. Im folgenden gibt es noch zwei Lektionen, die diese Zusammenhänge in zwei Experimenten erklären.

Lass dir vom Lehrer das Demonstrationsexperiment mit dem Plattenkondensator vorführen.

  • Fertige eine Versuchsskizze in deinem Heft.

Lies in deinem Physikbuch die Lektion "Spannung und Energie" S.181

Notiere in deinem Heft:

  • Warum wird an den Platten des Plattenkondensators aus V1 Arbeit verrichtet, wenn sie auseinander gezogen werden?
  • Was passiert mit der Spannung zwischen den Platten des Plattenkondensators, wenn sie auseinander gezogen werden?
  • Wodurch wird die elektrische Energie einer Ladung beschrieben?

Lies in deinem Physikbuch die Seite 183 "Elektrische Energie und Arbeit"

  1. Notiere in deinem Heft:

    • Woran erkennt man in dem im Buch vorgestellten Experiment, dass die elektrische Energie E proportional zur Stromstärke I ist?
    • Was passiert mit der abgegebenen Energie, wenn der Tauchsieder bei gleicher Stromstärke und einer niedrigeren Spannung betrieben wird?
    • Welche Beziehung gibt es zwischen den Einheiten VAs, Ws, J, kWh?

  2. Zusatzinformationsmaterial auf LeifiPhysik

Experimentiere: Miss die elektrische Energie eines Stromkreises aus einer Flachbatterie und einer Glühbirne

Notiere in deinem Heft:

Experimentprotokoll Energiemessung

  1. Aufbau
  2. Messung/ Beobachtung
  3. Auswertung/ Interpretation

Mögliche Hausaufgabe: Bestimme die Energiekosten, wenn die im Experiment umgewandelte elektrische Energie vom ortlichen Stromanbieter gelefert worden wäre.

Lies in deinem Physikbuch die Lektion "Elektrische Arbeit und Leistung" S. 184

Notiere in deinem Heft:

  • Wodurch wird im Stromnetz eines Haushaltes, das bei konstanter Spannung von V=230V betrieben wird, eine höhere elektrische Leistung erbracht?
  • Berechne die benötigte Leistung und die benötigte Stromstärke für den Betrieb einer Herdplatte mit der Angabe 230V/2000VA.
  • Berechne die ungefähren Energiekosten für den Jahresbetrieb dieser Herdplatte. 0,25 Euro/kWh (Mainova 2014).

Transport elektrischer Energie über lange Strecken

Für die folgende Unterrichtsstunde braucht ihr:

  1. das Physikbuch Seiten 188-189
  2. Film: Überlandleitung-Teil 1
  3. Film: Üeberlandleitung-Teil 2

Schaue den Film "Überlandleitung-Teil 2" an

Think-Pair-Share:

  • Überlege, wie können wir das im Film dargestellte Problem lösen.

Schaue den Film "Überlandleitung-Teil 2" an

Lies in deinem Physikbuch die Lektion "Transport elektrischer Energie" S. 188-189

Notiere in deinem Heft:

  • Erkläre warum es zu übertragungsverlusten in Fernleitungen kommt und wie man das Problem löst. Benutze auch die auf Seite 189 angegebenen Formeln.

Aufgabenworkshop S. 190 ff

Für die folgende Unterrichtsstunde braucht ihr:

  1. das Physikbuch Seiten 190 ff

Energiewirtschaft

Primär- und Sekundärenergie

Für die folgende Unterrichtsstunde braucht ihr:

  1. Internetzugang

Recherchiere im Internet

Notiere in deinem Heft:

  • Erkläre die Begriffe Primär- und Sekundärenergie.
  • Gib den jählichen Energiebedarf Deutschlands und die von der Energiewirtschaft bereitgestellten Primärenergieformen an (prozentualle Angaben).
  • Gib an den jählichen Bedarf Deutschlands an elektrischer Energie und die von der Energiewirtschaft bereitgestellten Energieformen zur ihrer gewinnung (prozentualle Angaben).

Projektwochen "Energiewirtschaft"

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