Energie

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Energie

Berufsbildungskongress 2010

Dienstag, 7.12.2010

Messe Nürnberg, CCN Ost, Raum Helsinki

Peter J. Hoffmann,

StD, ALP Dillingen

vgl. Quelle: Wilhelm Kirchensteiner, StD

Bildungszentrum für Solartechnik der LH München


Energie – Was ist das?

Energieeinheiten:

• Die Energie „W“ von „Work“ wird gemessen in "Ws", „Wh", „kWh" u. "MWh„!

Wir sprechen von Wattsekunden, Wattstunden, Kilowatt- oder Megawattstunden!

Diese Einheiten werden heute für alle Energiearten vor allem für die elektrische

Energie verwendet!

• Die mechanische Energie „W“ wird häufig angegeben in "Nm" o. "kNm"

Wir sprechen von Newtonmeter oder Kilo-Newtonmeter!

• Die thermische Energie „Q“ = „W“ wird in "J", "kJ" und „MJ gemessen

veraltet: 1 kcal = 4,19 kJ;

Wir sprechen hier von Joule, Kilojoule und Megajoule!

Allgemein gilt die Umrechnung: 1 Ws = 1 Nm = 1 J

Vergleiche: 1 MWh = 10 3 kWh; 1 kWh = 3,6 x 10 6 Ws;

Weitere Energieeinheiten sind SKE (Steinkohleeinheiten) oder ÖE (Öleinheiten)

1 kg SKE = 8,14 kWh; 1 kg ÖE = 11,6 kWh


Energie und Leistung!

Achtung - Verwechslungsgefahr

Energie = Leistung x Zeit W = P x t

Leistung = Energie / Zeit P = W / t

Statt Energie wird manchmal auch der Begriff „Arbeit“ verwendet!

Leistung ist ein Momentanwert, der sich ständig ändern kann!

Energie vergrößert sich als aufsummierte Größe stetig mit der Zeit!

Beispiel:

Die Leistung eines Autos vergrößern oder verringern wir ständig mit dem

Gaspedal!

Beim Betanken eines Autos füllen wir den Tank mit Energie.

Die Tankanzeige in Liter an der Zapfsäule steigt mit dem

Füllstand im Autotank! Im Tank befindet sich jetzt

Arbeitsvermögen = Energie! 1 Liter ≈ 10 kWh!


Energierad

Energie selbst erfahren

durch Muskelkraft wird Strom erzeugt,

mit dem unterschiedliche Verbraucher (Geräte,

Lampen) betrieben werden können.

Benötigt ein Verbraucher wenig Energie, ist der

Tretwiderstand gering. Bei hohem Energieverbrauch

ist der Tretwiderstand entsprechend groß.

Auf diese Weise kann der unterschiedliche

Energieverbrauch verschiedener Verbraucher

spielerisch und nachhaltig ‚erfahren’ werden.


Idee

Das Energierad ist der ideale Einstieg, und für den Einsatz an

allgemeinbildenden und an weiterführenden Schulen gleichermaßen

geeignet.

Mit dem Energierad erleben Schüler und Schülergruppen

weitgehend selbstständig elementares, praxisnahes

Grundlagenwissen.

Mit Hilfe der Versuchsanleitungen können im Unterricht weitere

energetische Grundfragen quantifiziert untersucht werden und

Handlungskonzepte zum Energiesparen abgeleitet werden.

Die Versuche ermöglichen das anwendungs- und

erlebnisorientierte Lernen!

In wenigen Unterichtseinheiten entsteht damit ein vernetztes

Verständnis energetischer Zusammenhänge.

Bei Schulfesten und Projekttagen kann das Energierad zentrales

Event für Leistungstests oder Aktionsmöglichkeiten zur

Stromgewinnung über Muskelkraft, wie zum Beispiel der „Human-

Powered-Disco-Station“ usw. sein!


Energierad - Beispiele

Während die Energiesparlampe ohne allzu großen

Aufwand zum Leuchten gebracht wird,

kann man bei der herkömmlichen Glühlampe schon

ins Schwitzen kommen.

Wird der Wasserkocher angeschlossen, sind

sportliche Höchstleistungen gefragt.

Bis zu vier Geräte können gleichzeitig über die

vorhandenen 12-Volt-Anschlüsse betrieben werden.


Energie erzeugen mit dem Energierad

Menschen, Tiere und Pflanzen erhalten ihre gesamte

„Betriebsenergie“ oder „Lebensenergie“ aus der Sonne!

In unseren Nahrungsmitteln steckt diese Sonnenenergie!

Ein Teil der Energie aus unserer Nahrung wird

über die Muskelarbeit wieder abgegeben.

Mit dem Energierad können wir diese Muskelenergie

in elektrische Energie umwandeln!

Mit dem elektrischen Strom betreiben wir eine

Musikanlage, div. Lampen und einen Wasserkocher,

usw.!

In einem Versuch soll eine Tasse mit Wasser

(300 ml) in 5 Minuten um 5 K erwärmt werden!

Wir berechnen nun, wieviel Schokolade der

Radler zum Energieausgleich erhält!


Energieversuch mit dem Energierad

Die Instrumente am Energierad zeigen eine Spannung von

10 Volt und einen Strom von 10 Ampere an!

Daraus berechnen wir eine Leistung:

P = U x I P = 10 V x 10 A P = 100 Watt

Der Radler erbringt diese Leistung über 5 Minuten = 5 x 60 Sek. = 300 Sek.

und liefert damit eine Menge an Energie!

Wir berechnen nun diese Energiemenge mit der das Wassers aufgeheizt wird:

W = P x t W = 100 W x 300 s W = 30.000 Ws = 30 kWs

Es gilt: 1 Ws = 1 J = 1 Nm

Der „Energie-Radler“ hat damit eine Energie von 30 kWs = 30 kJ geliefert!

Zum Energieausgleich erhält er nun Schokolade oder Bier:

Wir rechnen: 30 kJ/2400 kJ x 100 g ≈ 1 g Schokolade

bei Bier: 30 kJ/2000 kJ x 1 l ≈ 1,5 cl Bier


Energie

100 g Vollmilchschokolade = 2400 kJ;

1 Liter Weiß-Bier = 2000 kJ

30 kJ/2400 kJ x 100 g ≈ 1 g Schokolade

30 kJ/2000 kJ x 1 l ≈ 1,5 cl Bier


Ergebnisse des Energieversuches

Energie ist die Antriebskraft aller Veränderungen“!

Energie kann man messen z. B. in Kilowattstunden „kWh“.

Diese kostet bei Strom z.B. 21 Cent!

Energie erhalten wir aus der „Verbrennung“ von Kohle, Gas, Erdöl oder

aus Kernbrennstäben!

Energie liefert uns auch die Sonne über die Wasserkraft,

die Windkraft, die Photovoltaik, die Solarthermie und über

die Biomasse!

Energie steckt in der Wärme, in der Bewegung, im Strom,

in der Chemie, in Treibstoffen, usw.

Mit Muskelkraft können wir auf dem Energierad den Strom für

Musikgeräte, für verschiedene Lampen oder für einen Wasserkocher

erzeugen!

Um auf dem Energierad mit Muskelkraft eine kWh zu erzeugen, muss

man 20 Stunden oder drei harte Arbeitstage lang treten – der

Tageslohn bei unseren Energiepreisen beträgt dafür „7 Cent“!


Ergebnisse des Energieversuches

Vergleiche

Ein Auto braucht für 1 km Fahrstrecke 1 kWh Energie!

Mit dem Fahrrad braucht man für 1 km ca. 3 Minuten!

Radfahren statt Autofahren spart energetisch betrachtet

pro Kilometer fast drei Tage Energiearbeit ein!

Mit einer Kilowattstunde „kWh“ kann man:

eine 100 Watt-Glühlampe 10 Stunden leuchten lassen!

eine Stereo-Anlage 20 Stunden lang betreiben!

eine 100-Tonnen- Lokomotive 3,6 Meter anheben!

eine Badewanne mit 150 Liter Wasser um 6 Grad erwärmen!

eine 100-m²-Wohnung im Winter ca. 6 Minuten beheizen!

eine PC-Anlage 10 Stunden betreiben!

mit einem „Airbus 320“ ca. 10 Meter weit fliegen!


Energiewandlung von der

Primärenergie zur Nutzenergie

Primärenergie = Ausgangsenergie

z. B.: Kohle, Erdöl, Erdgas, oder

Uranerz für Kernbrennstäbe

Sekundärenergie = Produktenergie

z. B.: elektrische Energie im Kohlekraftwerk

als 3~Hochspannung!

Endenergie = Lieferenergie zum

Endkunden; z. B. als Drehstrom mit

230 / 400 Volt, 50 Hertz

Nutzenergie = Unterstützung für

Lebens- und Komfortbedarf! z. B. als

Licht, Wärme, Bewegung, Musik,…..

Wandlungsverluste ca. 65 % durch

Transport, Dampfkessel, Turbine,

Generator,…

Wandlungsverluste ca. 5 %

durch Transformatoren,

Leitererwärmung, Ableitverluste,…

Wandlungsverluste ca. 1 – 95% durch

Transport, Verlustwärme, phys. und

chem. Prozesse, …


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durchforsten

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Rechnen, schätzen

vergleichen

Zeichnen

fotografieren, filmen

riechen, schmecken, hören


Berufsbildungskongress 2010

Dienstag, 7.12.2010

Messe Nürnberg, CCN Ost, Raum Helsinki

Peter J. Hoffmann, StD

Technische Bildung, ALP Dillingen

Kontakt: alp.dillingen.de

W. Kirchensteiner, StD

Bildungszentrum für Solartechnik der LH München

Kontakt: www.bzs-solar.musin.de

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