Startseite Unterrichtsgang Funktionsweise eines Solarkollektors Bau eines Flachkollektors Messung von Bestrahlungsstärken Experimente mit dem Kollektor Dokumentationen

Ziele Bereich Naturwissenschaften Bereich Technik Bereich IT Ziele Temperaturstrahlung; Solarkonstante; Wirkungsgrad; Absorption und Reflexion; Spezifische Wärmekapazität; Energieversorgung Ziele Bereich Technik Erwerb handlungspraktischer Kompetenz Technikaktzeptanz Bereich IT Textverarbeitung; Tabellenkalkulation; Bildschirmpräsentation; Internetrecherche und Internetpräsentation

Organisation Organisation Das Projekt umfasst ca. 20 Unterrichtsstunden und wird mit zwei Unterrichtsstunden pro Woche durchgeführt. Die Schüler arbeiten dabei im Team zu dritt oder zu viert zusammen. Organisation

Dokumentation Dokumentation Jedes Team erstellt drei Arten, und zwar eine schriftliche Dokumentation, eine Bildschirmpräsentation und eine Internetpräsentation Dokumentation www.peutinger-gymnasium.de

Arbeitsblätter Arbeitsblätter Bau eines Flachkollektors Messung der Bestrahlungsstärke (Aluplättchen) Messung der Bestrahlungsstärke (Bügeleisen) Arbeitsblätter Bestimmung des Wirkungsgrades des Solarkollektors

Probleme Probleme Es entstehen Kosten Raumbedarf (Computerraum; Klassenzimmer; Werkraum) Hoher Material- und Geräteaufwand Sehr belastend (für die Lehrer) Probleme

Arbeitsblätter

Arbeitsblätter Arbeitsblatt Experiment: Auswertung: 3.) Geräte: Eine einseitig geschwärzte Aluminiumplatte wird eine bestimmte Zeit von einer Temperaturstrahlung (Sonne; Lampe) senkrecht bestrahlt. Durch Messung des Temperaturverlaufs in Abhängigkeit von der Zeit kann die Bestrahlungsstärke S (Energie W pro Zeit t und Fläche A) bestimmt werden.   Auswertung:  Energiezunahme der Platte =Energiezufuhr durch Strahlung – Energieabgabe durch Konvektion, Wärmeleitung und Strahlung cm Δθ=SAΔt-Wab mit c = spezifische Wärme von Aluminium m = Masse des Aluminiumplättchens Δθ = Temperaturdifferenz A = Fläche des Aluminiumplättchens Δt = Zeitspanne Unmittelbar nach dem Einschalten der Strahlung kann die erhöhte Energieabgabe Wab vernachlässigt werden. Dann lässt sich die Bestrahlungsstärke S bestimmen. 3.) Geräte: Aluplättchen Kerze Schieblehre Scheinwerfer (oder Sonne) Stoppuhr Temperatursensor mit Multimeter und Stoppuhr (alternativ Messwerterfassung mit PC) Arbeitsblätter

Arbeitsblätter Arbeitsblatt Experiment: Auswertung: Geräte:   Die geschwärzte Heizplatte eines Bügeleisens wird senkrecht zur Strahlung gebracht und die erreichte Endtemperatur wird gemessen. Anschließend belässt man die Platte am gleichen Ort, schattet die Strahlung ab und heizt mit Niederspannung auf die gleiche Endtemperatur. Auswertung: Unter der Annahme, dass Absorption und Emission in beiden Fällen gleich groß sind und dass die elektrische Leistung nur an die Platte abgegeben wird, kann man aus Spannung U und Stromstärke I die elektrische Leistung und damit die von der Temperaturstrahlung gelieferte Leistung bzw. die Bestrahlungsstärke S (Energie pro Zeit und Fläche) bestimmen. Geräte: Scheinwerfer (oder Sonne) Bügeleisen Kerze Temperatursensor mit Multimeter Netzgerät mit Strom-und Spannungsmessung Klebeband Krokodilklemmen Arbeitsblätter

Arbeitsblätter Arbeitsblatt Experimente: Auswertung: a) Anlage mit kaltem Wasser füllen. Anfangstemperatur messen. Flachkollektor senkrecht zur einfallenden Strahlung aufstellen. Wasser nicht umwälzen. Nach 15 Minuten Wasser ablassen und Endtemperatur messen: Volumen des Wassers und die Kollektorfläche bestimmen. b)  Anlage erneut mit kaltem Wasser füllen. Anfangstemperatur und Wasservolumen messen. Wasser umwälzen. Temperatur in Abhängigkeit von der Zeit messen (z.B. alle 60s). Auswertung:   zu a) Welche Energie hat das Wasser in 15 Minuten aufgenommen? Bestimme hieraus und mit Hilfe der Bestrahlungsstärke von ca. .......W/m2 den hierbei erreichten Wirkungsgrad. zu b) Zeichne in einem Diagramm die Temperatur des Wassers in Abhängigkeit von der Zeit. Bestimme die aufgenommene Leistung des Kollektors (1. während den ersten 5 Minuten, 2. während den letzten 5 Minuten.) Wie hoch liegt der Wirkungsgrad jetzt (Fall 1 und Fall 2 aus Teil b)? Arbeitsblätter