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Energieformen und Energieumwandlung – Wärmefluss und Energieketten

NaturwissenschaftenEnergieAlter 11–12

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Im Bildschirm Einführung ziehen Sie einen Eisenblock, einen Ziegelstein, ein Becherglas mit Wasser und eines mit Speiseöl auf zwei Brenner, die heizen oder kühlen, stapeln die Blöcke oder lassen sie in ein Becherglas fallen und messen Temperaturen mit Thermometern: Wärme fließt von wärmeren zu kälteren Gegenständen und an die Luft, Gegenstände mit kleinerer Wärmekapazität erwärmen sich schneller, und Wasser verdampft bei 100 °C. Im Bildschirm Systeme bauen Sie eine Kette von einer Quelle (Wasserhahn, Sonne mit Wolken, Kessel auf dem Herd, Radfahrer) über einen Energiewandler (Generator, Solarzelle) zu einem Verbraucher (Glühlampe, Leuchtstofflampe, Wasserkocher, Ventilator) und beobachten, wie die Energieblöcke an jeder Stufe ihre Form ändern, während der entwertete Anteil als Wärme abgegeben wird. Nach der Simulation "Energy Forms and Changes" von PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder (CC BY 4.0); neu geschrieben.

Lektion: Energieumwandlung und Energieentwertung

Was sie zeigt

Die Simulation "Energieformen und Energieumwandlung" gehört zum Thema Energie, zur Unterrichtseinheit über Energieumwandlung und Energieentwertung. Die Schülerinnen und Schüler führen selbst Versuche zur Wärmeübertragung durch und bauen Energieketten auf; dabei wird deutlich, dass Energie nur ihre Form ändert und nie einfach verschwindet.

So funktioniert es

Im Bildschirm Einführung ziehen die Schülerinnen und Schüler den Eisenblock, den Ziegelstein, das Becherglas mit Wasser und das mit Speiseöl auf zwei Brenner, schieben einen Regler nach oben zum Heizen oder nach unten zum Kühlen, stapeln Blöcke oder lassen einen Block in ein Becherglas fallen und setzen Thermometer ein, um die Temperatur jedes Gegenstands abzulesen. Bei gleicher Brennerstufe erwärmt sich der Eisenblock viel schneller als das Wasser, weil seine Wärmekapazität kleiner ist; erreicht das Wasser 100 °C, bleibt seine Temperatur konstant und es verdampft. Mit eingeschalteten Energieblöcken sieht man thermische Energie vom Brenner in die Gegenstände fließen, von warmen zu kalten Gegenständen und hinaus an die Luft. Im Bildschirm Systeme wählen sie eine Quelle (Wasserhahn, Sonne mit Wolken, einen auf dem Herd erhitzten Kessel oder einen Radfahrer, der gefüttert werden muss), einen Energiewandler (Generator oder Solarzelle) und einen Verbraucher (Glühlampe, Leuchtstofflampe, Wasserkocher oder Ventilator). Die Energieblöcke wechseln die Farbe je nach Energieform: mechanisch, elektrisch, Licht, chemisch und thermisch; an jeder Stufe wird ein Teil der Energie als Wärme entwertet, und die Datentabelle zeigt, dass die gesamte zugeführte Energie stets gleich Nutzenergie plus entwerteter Energie ist.

Einstellbare Parameter

  • Bildschirm Einführung (Brenner, Gegenstände, Thermometer), Systeme (Energiekette)
  • Energieblöcke anzeigen
  • Energiequelle (Bildschirm Systeme) Wasserhahn, Sonne, Kessel auf dem Herd, Radfahrer
  • Energiewandler (Bildschirm Systeme) Generator, Solarzelle
  • Verbraucher (Bildschirm Systeme) Glühlampe, Leuchtstofflampe, Wasserkocher, Ventilator

Fragen zum Erkunden

  1. Durch welche Energieformen geht die Energie, wenn der Radfahrer die Lampe zum Leuchten bringt?
  2. Stellt man den Eisenblock und das Becherglas mit Wasser auf zwei Brenner mit gleicher Stufe: Was erwärmt sich schneller, und warum?
  3. Warum entwertet eine Glühlampe mehr Energie als eine Leuchtstofflampe, und wohin geht die entwertete Energie?

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