Anderer Ressourcentyp

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Phase diagram of water

Interactive diagram labeling:
A p-T diagram for pure water. The lines indicate the temperature and the pressure at which the solid, liquid, and vapor phases exist in equilibrium. All three phases exist in equilibrium only at the triple point; otherwise, there are a maximum of two phases.

The diagram can be labeled interactively, either individually or in full. Manual labeling on the interactive whiteboard is also possible.

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B6 Renewable energies (answer sheet)

Answer sheet:
For the student experimentation instructions of the same name.


The answer sheet contains sample answers to all questions asked in the student experimentation instructions. In some cases, the answers are very short, often only in the form of key words. Depending on the learning objective, they can be augmented and enlarged upon with additional material from textbooks or Internet research.
Likewise, the answer sheet will be elaborate on the analyses for the individual subexperiments, but only in cases where experience shows that there could be difficulties.

You will find more detailed information in the related experimentation instructions for Experimento | 10+ "B6 Renewable energies (student instructions)", which are available on the media portal of the Siemens Stiftung.

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Speicherkraftwerk

Grafik:
Funktionsprinzip eines Speicherkraftwerks.

Beim Speicherkraftwerk wird von Natur aus nachfließendes Wasser mithilfe eines Stausees angestaut und für Bedarfsspitzen bevorratet. Das gestaute Wasser wird dann mittels Druckrohrleitungen zu den Turbinen des niedriger gelegenen Kraftwerks geführt. Die gesamte Lageenergie des Wassers im Speicherbecken ist also ein Energiespeicher für Spitzenzeiten. Kleinere Speicherkraftwerke verwenden Pelton-Turbinen, große Speicherkraftwerke (großer Druck und große Wassermenge) verwenden Francis-Turbinen.

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Water as an energy source

Information sheet:
How do you use "water" as a energy source?

Water covers around two-thirds of planet earth. Water is a carrier of different forms of energy. The hydropower (mechanical energy) of rivers and lakes is one of the oldest forms of energy used. However, water is also a carrier of thermal and chemical energy. In the case of geothermal power or fuel cell technology, for example, we convert these forms of energy to useful energy for people. No matter what form of energy we use, it is always converted without carbon dioxide emissions!

Information and ideas:
The use of hydropower over the course of history intersects with history studies.

Using the following source: International Energy Agency (IEA)

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Dampfdruckkurve und Phasendiagramm von Wasser

Diagramme:Die Dampfdruckkurven (p-V-Diagramm) und das Phasendiagramm (p-T-Diagramm) von Wasser werden gegenübergestellt.Erhitzt man Wasser bei atmosphärischem Normaldruck auf 100 °C, so entsteht Dampf. Wie wirkt sich aber eine Erhöhung oder Absenkung des Drucks auf die Verdampfungstemperatur aus?Die Antwort geben die Dampfdruckkurve (T-Kurven im p-V-Diagramm links) und das Phasendiagramm (p-T-Diagramm rechts) des Wassers. Dampfdruck nennt man den Druck, bei dem Gas und Flüssigkeit im Gleichgewicht miteinander stehen, d. h., es verdampfen ebenso viele Moleküle wie auch wieder kondensieren. Oberhalb der kritischen Temperatur (Zahlenwerte sind angegeben) ist das Wasser, egal bei welchem Druck, immer gasförmig und es kann als reales Gas behandelt werden (Van-der-Waals-Gleichung, Formel ist angegeben). Unterhalb der kritischen Temperatur gibt es zu jeder Temperatur einen Dampfdruck, für den ein Zweiphasengebiet (flüssig und gasförmig) vorliegt. Im Bereich der flüssigen Phase kann man an der steilen Steigung der Kurven erkennen, das flüssige Substanzen kaum kompressibel sind. Die kritische Temperatur darf nicht verwechselt werden mit der Temperatur des Tripelpunkts (siehe p-T-Diagramm). Er kennzeichnet die Werte von Temperatur und Druck, bei der alle Phasen (fest - flüssig - gasförmig) gleichzeitig vorliegen. Hinweise und Ideen:Bei welcher Temperatur kocht Wasser auf dem Mount Everest? Sog. “Dampfdrucktabellen” geben Aufschluss darüber. Interessant wäre auch der Hinweis auf die Phasenwandlungspunkte als Haltepunkte der Temperatur. Beim Phasenübergang von flüssig nach gasförmig führt die zugeführte Energie zunächst nicht zur Temperaturerhöhung. Ebenso beim Schmelzen von Eis. Erst wenn alles Wasser verdampft bzw. geschmolzen ist, steigt die Temperatur weiter.


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Arbeitsblatt

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B6 Renewable energies (worksheet 3)

Worksheet for subject teaching in English:
For the student experimentation instructions of the same name. Methodology tool: word string developed by Josef Leisen and Heinz Klippert.


Note: This worksheet has been developed especially for subject teaching in English and for language-sensitive subject teaching. It uses the word string methodology tool developed by Josef Leisen and Heinz Klippert. The word string supports the introduction of typical sentence structures in subject teaching and is a language aid for the students.
Students whose native language is not English and who do not have strong English skills receive support and training in understanding the technical vocabulary. They work with the specialized vocabulary and in this way acquire the ability to communicate about specific subjects.


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;: Energy conversion

Guideline:
Energy "generation" is energy conversion. It provides an overview of the most important energy converters from a technology standpoint, such as turbines and fuel cells. The quality of these technologies for energy conversion is measured in terms of efficiency.

Specialized basic and background information on the topic of "energy conversion" for teachers.

Information and ideas:
The guideline can also be handed out to students for further study. The guideline contains the most important formulates, textbooks may need to be used for background.

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B6 Renewable energies (student instructions)

Experimentation instructions for Experimento | 10+:
Detailed instructions and questions for students on conducting the experiment "Renewable energies - Sun, water, wind, hydrogen, and fuel cell". This experiment comprises four subexperiments.

The experiment comprises four subexperiments:
· Electrical energy from the radiant energy of light
· Electrical energy from hydropower
· Electrical energy from wind power
· Conversion of electrical energy into chemical energy and vice versa

For each subexperiment, the students are first provided with an overview of the materials to be used and safety information. This overview is followed by the detailed, step-by-step instructions for conducting the experiment. Afterwards, the students are asked to note their observations. Specific questions are used to guide the students as they analyze the results of the experiments. At the end, the students are asked probing questions related to the experiment (an answer sheet is available for teachers).

Notes:
· Observe the safety information in the instructions as well as the applicable safety guidelines for your school and discuss it with your students.
· This student instruction is also available in Word format (doc-file).

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Physik der Wasserturbinen

Infomodul:Eine Wasserturbine wandelt die potenzielle und kinetische Energie des Wassers in Rotationsenergie um. Die Bauformen von Wasserturbinen werden erläutert. Auf die Grundlagen der Strömungsmechanik wird kurz verwiesen.Zuerst werden die verschiedenen Wasserturbinenarten vorgestellt: Pelton-, Francis- und Kaplan-Turbine. Das Wasserrad einer Mühle kann man übrigens als Vorläufer der Wasserturbinen ansehen. Welche Turbinenart in einem Wasserkraftwerk zum Einsatz kommt, hängt mit den Gegebenheiten (Wassermenge, Fallhöhe, Fließgeschwindigkeit) zusammen. Aus dem Kennlinienfeld der Wasserturbinen kann man ablesen, welches Durchflussvolumen und welche Fallhöhe für die jeweilige Turbinenart erforderlich sind, um eine bestimmte Leistung zu erzielen. In allen Turbinenarten spielen die Gesetze der Strömungsmechanik eine große Rolle. Eine tabellarische Übersicht zeigt die drei Turbinenarten mit ihren wichtigsten Kenngrößen im Vergleich.Hinweise und Ideen:Worin liegen die Unterschiede der Bauart von Wasser- und Gasturbinen begründet? Worin unterscheiden sich die Arbeitsmittel (Wasser bzw. Gas) in ihren physikalischen Eigenschaften? Was hat die Bernoulli-Gleichung mit dem Spoiler eines Rennwagens oder einem Flugzeug zu tun?Fachübergreifender Unterricht Erdkunde und Technik: Die Schülerinnen und Schüler lernen, aus den geografischen Gegebenheiten ausgesuchter Wasserkraftwerke abzuleiten, welche Turbinenarten eingesetzt werden müssen.Die Abbildungen auf der ersten Seite des Infomoduls zeigen Museumsstücke, die Turbinen sind also technisch nicht hochaktuell. Die Unterschiede sind dennoch gut erkennbar.


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