Aufgaben: Energieformen und Energieumwandlungen

Gib an, welche Energieform jede dieser Dinge hat:

1. a) Ein Drachen, der hoch am Strand fliegt.
2. b) Das Wasser, das in einem Stausee oben an der Staumauer gespeichert ist.
3. c) Eine neue Batterie, die noch nicht benutzt wurde.
4. d) Die Flamme eines Campingkochers.

Vera hat ihr Buch auf das oberste Brett des Regals gestellt, wie in der Abbildung gezeigt.

1. a) Welche Energieform hat das Buch, weil es so hoch liegt?
2. b) Wenn das Buch herunterfällt: In welche Energieform wird diese Energie umgewandelt, während es nach unten fällt?

Beim Straßenfest im Viertel wurden große Lautsprecher angeschlossen, wie in der Abbildung.

1. a) Welche Energieform gelangt über das Kabel in den Lautsprecher?
2. b) Welche Energieform kommt aus ihm heraus und bringt uns zum Tanzen?

Ein Elektroheizkörper mit $2\ \text{kW}$ ist $3\ \text{h}$ eingeschaltet. Wie viel Energie verbraucht er? Gib sie in $\text{kWh}$ an.

Vervollständige den Satz mit den fehlenden Wörtern: „Energie kann weder erzeugt noch vernichtet werden, sie wird nur von einer Form in $\dots$ $\dots$.“ Nenne anschließend ein Beispiel aus dem Alltag, bei dem das passiert.

Yasmin isst zum Frühstück ein Brötchen und spielt danach ein Handballspiel, bei dem sie viel rennt und stark schwitzt.

1. a) Welche Energieform war in den Lebensmitteln des Frühstücks gespeichert?
2. b) Nenne zwei Energieformen, in die ihr Körper diese Energie während des Spiels umwandelt.

Ordne jeder Energieform ihr Beispiel zu und schreibe die vier vollständigen Paare auf:

1. a) Kernenergie.
2. b) Windenergie.
3. c) Schallenergie.
4. d) Elektrische Energie.

Beispiele: die Türklingel, eine Windmühle, die Steckdose an der Wand und die Sonne.

Der Wind dreht das bunte Windrad, das Nico im Garten aufgestellt hat, wie in der Abbildung gezeigt.

1. a) Welche Energieform hat die bewegte Luft?
2. b) Welche Energieform haben die Flügel des Windrads, wenn sie sich drehen?

In einem Wärmekraftwerk wird Erdgas verbrannt, um Strom zu erzeugen. Das Schema des Kraftwerks sieht so aus:

Die Umwandlungskette ist durcheinandergeraten:

1. a) Elektrische Energie.
2. b) Chemische Energie des Gases.
3. c) Kinetische Energie der Turbine.
4. d) Thermische Energie des Wasserdampfs.

Schreibe sie mit Pfeilen in der richtigen Reihenfolge auf, vom Gas bis zum Stromnetz.

In Danielas Garten steht eine Solarlaterne, die sich nachts von selbst einschaltet.

1. a) Welche Energieform nimmt sie tagsüber von der Sonne auf?
2. b) In welcher Form wird diese Energie im Akku der Laterne gespeichert?
3. c) Schreibe die Umwandlungskette auf, die die Energie nachts durchläuft, vom Akku bis zum Licht.

Eine Waschmaschine mit $2\ \text{kW}$ führt einen Waschgang durch, der $1,5\ \text{h}$ dauert.

1. a) Wie viel Energie verbraucht sie, in $\text{kWh}$?
2. b) Wenn die Kilowattstunde $0,20\ \text{€/kWh}$ kostet, was kostet dann dieser Waschgang?

Bei einer alten Glühlampe werden von je $100\ \text{J}$ elektrischer Energie nur $10\ \text{J}$ in Licht umgewandelt. Die Abbildung zeigt diesen Energiefluss.

1. a) Wie viele Joule gehen als Wärme verloren?
2. b) Warum verbrennt man sich, wenn man eine solche Lampe berührt, nachdem sie eine Weile eingeschaltet war?

Finn fährt mit dem Fahrrad einen langen Berg hinunter, ohne zu treten, und bremst unten, wie in der Abbildung gezeigt.

1. a) Welche Energieumwandlung findet statt, während er hinunterfährt und schneller wird?
2. b) Beim Bremsen bis zum Stillstand: In welche Energieform wird die kinetische Energie umgewandelt?

Die Mikrowelle zu Hause hat in einem Monat $7,2\cdot10^{6}\ \text{J}$ verbraucht. Es gilt $1\ \text{kWh} = 3,6\cdot10^{6}\ \text{J}$:

1. a) Wie viele $\text{kWh}$ hat sie verbraucht?
2. b) Was hat dieser Monat Mikrowelle gekostet, bei $0,20\ \text{€/kWh}$?

Anna schaukelt immer höher. Die Abbildung zeigt die Schaukel am höchsten Punkt (A) und am tiefsten Punkt (B).

1. a) Welche Energieform hat sie am höchsten Punkt, wo sie für einen Augenblick stillsteht?
2. b) Und welche Energieform hat sie, wenn sie den tiefsten Punkt durchläuft?
3. c) Wenn niemand sie anschiebt, schwingt sie immer weniger hoch. Welcher „Dieb“ nimmt einen Teil der Energie mit und in welche Form wandelt er sie um?

Brunos Campinglampe funktioniert mit Batterien.

1. a) Schreibe die vollständige Umwandlungskette auf, von der in der Batterie gespeicherten Energie bis zum abgegebenen Licht.
2. b) Die Glühlampe gibt nicht nur Licht ab, sondern wird auch etwas warm: Welche andere Energieform tritt auf?

Eine alte Glühlampe wandelt $100\ \text{J}$ elektrische Energie in $10\ \text{J}$ Licht um. Eine LED-Lampe wandelt dieselben $100\ \text{J}$ in $40\ \text{J}$ Licht um. Die Abbildung vergleicht den Energiefluss der beiden Lampen.

1. a) Wie viel Energie verliert jede der beiden Lampen als Wärme?
2. b) Welche würdest du für dein Zuhause wählen? Begründe mithilfe der Daten.
3. c) Im Sommer ist es zu Hause warm. Erkläre, warum viele eingeschaltete alte Glühlampen dazu führen können, dass die Klimaanlage noch mehr Energie verbraucht.

Bei einer Achterbahn steht der Wagen oben auf einem $30\ \text{m}$ hohen Hügel still und fällt dann fast bis zum Boden hinab, wie in der Abbildung gezeigt.

1. a) Beschreibe die Energieumwandlung, die beim Hinabfahren stattfindet.
2. b) Wenn es überhaupt keine Reibung gäbe: Bis zu welcher Höhe könnte der Wagen auf dem nächsten Hügel hinauffahren? Warum?
3. c) In Wirklichkeit kommt er immer etwas weniger hoch. In was wurde die „fehlende“ Energie umgewandelt?

Ein Elektroauto wird an einem Haus mit Solarmodulen geladen, wie in der Abbildung gezeigt.

1. a) Schreibe die vollständige Umwandlungskette auf, vom Sonnenlicht bis zur Bewegung des Autos. Sie muss mindestens vier Energieformen enthalten.
2. b) Nenne zwei Stellen in dieser Kette, an denen etwas Energie als Wärme verloren geht.
3. c) Manche Elektroautos laden beim Bremsen die Batterie ein wenig auf. Welche Energieumwandlung nutzen sie dafür?

Das Haus von Hugos Familie hat Solarmodule, die $8\ \text{kWh}$ pro Tag erzeugen, aber das Haus verbraucht $11\ \text{kWh}$ pro Tag.

1. a) Wie viele $\text{kWh}$ kaufen sie jeden Tag aus dem Stromnetz?
2. b) Wie viele $\text{kWh}$ kaufen sie in einem Monat mit $30$ Tagen?
3. c) Was kosten diese Kilowattstunden, bei $0,20\ \text{€/kWh}$?

Ein Freund sagt dir: „Es ist egal, das Licht brennen zu lassen, denn Energie wird nicht vernichtet, sondern nur umgewandelt.“

1. a) Stimmt es, dass Energie nicht vernichtet wird?
2. b) Erkläre, warum diese Überlegung trotzdem falsch ist: Denke daran, in welche Energieform die Energie der Glühlampe am Ende übergeht und ob man sie wieder nutzen kann.
3. c) Ergänze ein weiteres Argument, das mit den Energiequellen oder mit dem Geld zu tun hat.

Die Internationale Raumstation hat riesige Solarmodule und auch große Batterien.

1. a) Sie umrundet die Erde alle $90\ \text{min}$ und fliegt einen Teil der Strecke im Schatten. Wozu braucht sie die Batterien, wenn sie schon Solarmodule hat?
2. b) Schreibe die Umwandlungskette vom Sonnenlicht bis zum Bordcomputer auf, wenn sich die Station im Schatten befindet.
3. c) Computer und Geräte werden warm: Welche Energieform bleibt übrig und muss ins All abgegeben werden?

Ein Pumpspeicherkraftwerk pumpt nachts Wasser von einem tiefer gelegenen See in einen höher gelegenen, mit überschüssigem, günstigem Strom. Tagsüber lässt es das Wasser ab und erzeugt Strom. Das Schema der Anlage sieht so aus:

1. a) Schreibe die Umwandlungskette für die Nacht, wenn das Wasser hinaufgepumpt wird, und die für den Tag, wenn es hinabfließt, auf.
2. b) Bei dem Vorgang geht etwas Energie als Wärme verloren. Widerspricht das der Vorstellung, dass Energie erhalten bleibt? Erkläre.
3. c) Wenn das Kraftwerk Energie verliert, warum lohnt es sich dann trotzdem, so zu arbeiten? Bedenke, dass Strom um $3$ Uhr nachts nicht so viel wert ist wie um $8$ Uhr nachmittags.

Eine Turnerin springt auf einem Trampolin.

1. a) Welche Energieform hat sie, wenn sie am höchsten Punkt des Sprungs ist?
2. b) Beschreibe die vollständigen Umwandlungen vom Herabfallen bis zum erneuten Aufsteigen: Was geschieht mit der Energie, wenn sich das Trampolin dehnt und wenn es sich wieder entspannt?
3. c) Um immer höher zu springen, „drückt“ die Turnerin bei jedem Sprung mit den Beinen ab. Woher bekommt ihr Körper diese zusätzliche Energie?