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Günter Eisen 0/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung.

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Präsentation zum Thema: "Günter Eisen 0/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung."—  Präsentation transkript:

1 Günter Eisen 0/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung

2 Günter Eisen 0/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Vorlesung im Modul AL-P4 Dienstags bis Uhr Sommersemester 2011

3 Günter Eisen 0/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 11. März 2011 Fukushima

4 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Günter Eisen 1/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 1. Einleitung Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Energieumwandlung besser Energiewandlung Noch schlechter: Energieerzeugung Wandler: Ein Gerät, das eine Energieform in eine andere Energieform (um)wandelt. z.B.: Bremse, Geschirrspüler, Kernkraftwerk, Der Mensch, die Sonne, Mikrofon, Motor usw. Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung

5 Günter Eisen 1/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 1. Einleitung Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Beispiel (lat. exemplum) Veranschaulichender Beleg einer Aussage Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung

6 Günter Eisen 1/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 1. Einleitung Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Formulieren Sie Fragen, die Sie schon immer einmal beantwortet haben wollten und schreiben sie die auf die roten Karten. Schreiben sie jeweils einen Wandler bzw. einen Wandlungsprozess der sie besonders Interessiert auf die blauen Karten.

7 Günter Eisen 1/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 2. Test Welche Einheit ist keine Energieeinheit? 1. kgSKEKilogramm Steinkohleeinheit 2. JJoule 3. kWhKilowattstunden 4. PSPferdestärke 5. NmNewtonmeter

8 Günter Eisen 1/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Welches Projekt ist kein Energieprojekt? 1. Alpha Ventus 2. Desertec 3. Nabucco 4. Dominion 5. Andersol 2. Test

9 Günter Eisen 1/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Welches Gerät erzeugt prozentual die größte Verlustenergie? 1. Elektrische Zahnbürste 2. Automobil 3. Energiesparlampe 4. Elektrische Kaffeemaschine 5. Tischkreissäge 2. Test

10 Günter Eisen 1/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Welches Vorzeichen ist falsch? mm= 0,01 m 2. 0,2 kg = 200 g 3. 1 kWh = 3600 Ws 4. 1 T Byte = Byte mm² = 0,01 m² 2. Test

11 Günter Eisen 1/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Ein 4 Personenhaushalt verbraucht am meisten Energie für …. 1. Beleuchtung. 2. Heizung 3. Warmwasser 4. Kühlen/Gefrieren und waschen 5. Kochen 2. Test

12 Günter Eisen 1/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Welches Gerät benötig die meiste Energie? 1. Kühlschrank 2. Handkreissäge 3. Haartrockner (Fön) 4. Microwelle 5. Laserpointer 2. Test

13 Günter Eisen 1/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 3. Definitionen Die Energie ist eine physikalische Größe, die in allen Teilgebieten der Physik sowie in der Technik, der Chemie, der Biologie und der Wirtschaft eine zentrale Rolle spielt. Ihre SI-Einheit ist das Joule. Quelle:

14 Günter Eisen 1/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Energie: griechisch – en-ergon = innere Arbeit Die Einheit der Energie ist das Joule J nach dem britischen Physiker James Prescott Joule ( ) 1 J = 1 Nm = 1 kgm²s - ² = 1 Ws = 0,24 CAL 1 J = 3, kgSKE = 2, kWh = eV 3. Definitionen

15 Günter Eisen 2/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 3.1 Umrechnung verschiedener Energieeinheiten

16 Günter Eisen 20/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 4. Wirkungsgrad η = E ab / E zu

17 Günter Eisen 21/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 4.1 Wirkungsgrad einer Leuchtstofflampe η = η 1 x η 2 x η 3 0,06=0,45x0,95x0,14

18 Deutschland PJ 37,7% 32,1% 18,3% 6,4% 5,7% Günter Eisen 22/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 4.2 Weltenenergieverbrauch Weltendenergieverbrauch PJ Davon 43,71% Mineralöl 19,52% Gas 13,86% Kohle 20,37% Regenerative Energie 2,54% Kernkraft

19 Günter Eisen 3/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Einschub: Rechnen mit Zehnerpotenzen Video: Zehn hoch = a (Atto) = 0, = f (Femto) = 0, = p (Piko) = 0, = 1/ = n (Nano) = 0, = 1/ = µ (Mikro) = 0, = 1/ = 1/ = m (Milli) = 0,001 =1/1000 = 1/ = --- = = k (Kilo) = = M (Mega) = = G (Giga) = = T (Tera) = = P (Peta) = = E (Exa) =

20 Günter Eisen 3a/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung !!!!!!Achtung !!!!!! Bei der Benennung großer Zahlen Potenzdeutschamerikan Million million 10 9 Milliarde billion Billion trillion Billiarde quadrillion Trillion quintillion

21 Günter Eisen 3b/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung !!!!!!Achtung !!!!!! Bei großen Zahlen auf die Verwendung von Komma und Punkt. Der deutschsprachige Bereich gliedert zur besseren Lesbarkeit die Stellen in 3-er Gruppen, während das Komma als Trennzeichen zwischen dem Ganzzahl- und dem Bruchteil einer Zahl verwendet wird. International ist und z. B. bei Taschenrechnern ist es genau umgekehrt.

22 Günter Eisen 2b/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 5. Rückblick 1792 Im Zuge der Französischen Revolution wurde eine Reform der Maße beschlossen. Das neue Grundmaß sollte neutral, bequem zu handhaben sein, schwer zu fälschen und jederzeit reproduzierbar sein.

23 Günter Eisen 2b/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 5. Rückblick Man entschied, das System auf dem Meter aufzubauen, abgeleitet vom griechischen Metron für Maß. Dafür sollte der zehnmillionste Teil (1/ ) eines Längengrads zwischen Nordpol Äquator ermittelt werden.

24 Günter Eisen 2b/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 5. Rückblick Diese gewaltige Aufgabe übernahmen die Astronomen Jean-Baptiste Delambre und Pierre Méchain Sie maßen die Strecke zwischen Barcelona und Dünkirchen aus und berechneten daraus die Entfernung zwischen Nordpol und Äquator. Sie brauchten sieben Jahre

25 Günter Eisen 2b/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 5. Rückblick

26 Günter Eisen 2b/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 5. Rückblick

27 Günter Eisen 2b/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 5. Rückblick 1799 wurde das erste Urmeter aus einer Platin-Iridium- Legierung gegossen. Diese Legierung wird nicht vom Sauerstoff angegriffen und dehnt sich kaum aus bei Temperaturschwankungen

28 Günter Eisen 5/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung => Arbeit => Wärme => Mechanische Bewegungsenergie => Mechanische Ruheenergie (potentielle Energie) => Energie elektrischer Ströme und Ladungen => Energie elektromagnetischer Strahlung und Felder => Chemische (Bindungs)-Energie => Nukleare (Bindungs)-Energie 6. Erscheinungsformen der Energie Problem ist die Nutzbarmachung der verschiedenen Energieformen Sie haben in der Technik eine unterschiedliche Wertigkeit

29 Günter Eisen 4/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Fundamentaler Zusammenhang zwischen Masse und Energie E = mc² Energieinhalt in 1 kg Materie: E = J = 2, kWh entspricht dem Energiebedarf Deutschlands in zwei Tagen

30 Günter Eisen 6/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Arbeit

31 Günter Eisen 7/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Wärme

32 Günter Eisen 7a/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Die Kilocalorie (kcal) war früher die Basiseinheit für die Wärmeenergie. 1 kcal = 4186,8 J 1 kcal ist die Wärmeenergie, die benötigt wird, um 1 kg Wasser um 1 o Celsius zu erwärmen.

33 Günter Eisen 8/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Mechanische Bewegungsenergie

34 Günter Eisen 9/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Mechanische Ruheenergie

35 Günter Eisen 9a/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Berechnungsbeispiel 1: Ein Mensch mit einer Masse von 80 kg steigt auf einen 10 m hohen Turm. Welche Ruheenergie besitzt er dann? Berechnungsbeispiel 2: Bei einem Pumpspeicherwerk werden 5000 m² Wasser 300m hoch gepumpt. Welche Ruheenergie besitzt es dann?

36 Günter Eisen 9b/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Lösung 1: E = 80 x 9,81N x 10m = 7848 Nm = 7,848 kJ Lösung 2: 1m³ Wasser hat eine Masse von 1t=1000kg E = 5000 x 1000 x 9,81N x 300m = x 10 6 Nm = 14,715GJ

37 Günter Eisen 10/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Energie der elektromagnetischen Strahlung

38 Günter Eisen 11/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Energie des elektrischen Stromes

39 Günter Eisen 11a/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Berechnungsbeispiel 1: Energieverbrauch einer 2000 Watt (W) Heizplatten in 2 Stunden (h)? Berechnungsbeispiel 2: Energieverbrauch des Menschen bei 30 Minuten Sport (150 Watt)? Berechnungsbeispiel 3: Stromverbrauch einer 60-Watt-Glühlampe in 10 Stunden?

40 Günter Eisen 11b/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Lösung 1: E = 2000 W x 2 h = 4000 Wh = 4 kWh = 4 x 3,6 MJ = 14,4 x 10 6 J Lösung 2: E = 150 W x 30 Min. = 75 Wh = 75 x 3,6 kJ = 270 x 10 3 J Lösung 3: E = 60 W x 10 h = 600 Wh = 0,6 kWh = 0,6x3,6 MJ = 2,16 x 10 6 J

41 Günter Eisen 11c/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Beispiel 1: Jahresstromverbrauch eines 3-Personen- haushaltes 3500 kWh = 12,2 GJ = 12,2 x 10 9 J Beispiel 2: Strommenge 2004 AKW Isar 2 12,2 TWh = 43,9 PJ = 43,9 x J Beispiel 3: Jahresstromverbrauch Deutschland TWh = 2,1852 EJ = 2,1852 x J

42 Günter Eisen 12/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Chemische Energie

43 Günter Eisen 12a/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Beispiel 1: Primärenergieverbrauch 2004 in Deutschland 492,6 MtSKE = 14,4 EJ = 14,4 x J Beispiel 2: Primärenergieverbrauch 2004 Welt 12,4 GtSKE = 363,32 EJ = 363,32 x J

44 Günter Eisen 13/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Nukleare Energie (Kernspaltung)

45 Günter Eisen 14/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung Nukleare Energie (Kernfusion)

46 Günter Eisen 15/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 1.3 Erhaltung der Energie

47 Günter Eisen 16/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 1.4 Energiewandlung - Emissionen Die Erzeugung von (Nutz)-Energie ist verbunden mit Emissionen.

48 Günter Eisen 17/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 1.4 Energiewandlung - Emissionen Emissionen während 75 Jahre pro Person durch 100%durch 100% KohlestromAtomstrom

49 Günter Eisen 18/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 1.5 Primär-, End- und Nutzenergie

50 Günter Eisen 19/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 1.5 Primär-, End- und Nutzenergie

51 Günter Eisen 23/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 1.8 Energieverbrauch nach Energiequellen

52 Günter Eisen 24/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung 1.9 Energieverbrauchsentwicklung

53 Günter Eisen 25/25 Ausgewählte Beispiele der Energieumwandlung MUCHAS GRACIAS VIELEN DANK MERCIBEAUCOUP MUITO OBRIGADO THANK YOU VERY MUCH


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