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Strahlungsenergie

Diagramm:Formeln für die Strahlungsenergie elektromagnetischer Wellen und das Planck'sche Strahlungsgesetz.Strahlungsenergie ist die Energie elektromagnetischer Wellen. Sie ist proportional zum Quadrat der Amplitude der elektrischen bzw. der magnetischen Feldstärke. Elektromagnetische Wellen hoher Frequenz und damit Energie haben Teilchencharakter. Die Energie dieser Teilchen ist proportional zur Frequenz bzw. umgekehrt proportional zu ihrer Wellenlänge. Der Proportionalitätsfaktor ist das Planck’sche Wirkungsquantum h. Dass Strahlungsenergie quantisiert sein muss, fand Max Planck bei der Untersuchung der Strahlung schwarzer Körper. Er formulierte ein Strahlungsgesetz, das aber erst durch Einsteins Postulat von den Lichtquanten erklärt werden konnte. Zahlenbeispiel für die Planck’sche Strahlungsformel:Die Sonne hat eine Oberflächentemperatur von 5.800 K, die damit verbundene Strahlungsleistung ist nach der Planck’schen Strahlungsformel 3,85 x 1023 kW. Davon trifft nur ein sehr kleiner Anteil auf die Erde (bei senkrechtem Strahlungseinfall 1,37 kW/m²).Hinweise und Ideen:Strahlungsenergie kann vielfach in andere Energieformen umgewandelt werden: Beim Röntgen wird die Strahlungsenergie in chemische Energie verwandelt (Schwärzung des Fotofilms), Licht wird in der Solarzelle in elektrische Energie umgewandelt, ebenso Funkwellen in einer Antenne. Die Energie von Mikrowellen kann man zur Erwärmung von Speisen verwenden.


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Fahrrad-Dynamo

Foto:Vorderrad eines Fahrrades mit Dynamo (Lichtmaschine) und Lampe.

Anderer Ressourcentyp

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A5.1 Solarzellen - Der Technik auf der Spur (Sachinformation)

Sachinformation:Die Verwendung und die Funktionsweise einer Fotovoltaik-Anlageund eines Fahrraddynamos werden erklärt.Hinweise und Ideen:Die Sachinformation ist eine Ergänzung zum Technik-Arbeitsauftrag aus der Experimentieranleitung “A5.1 Solarzellen (Schüleranleitung)”, die auf dem Medienportal der Siemens Stiftung vorhanden ist.

Experiment

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A5 Energie “gewinnen” (Lehreranleitung)

Experimentieranleitung zu Experimento | 8+:Inhaltliche Hintergrundinformationen und praktische Hinweise zur Durchführung des Experiments “Energie ,gewinnen’”. Es umfasst zwei Teilexperimente.Die Lehreranleitung enthält Informationen zu: Zentrale Fragestellung, Lehrplanrelevanz, Kompetenzen, Hinweise zur Durchführung der Teilexperimente, Forschungskreis, Weiterführende Forschungsfragen, Technikbezug, Wertebezug.Das Experiment setzt sich aus zwei Teilexperimenten zusammen:• Solarzellen• Solar-Boot Welche weiteren Energiequellen kennen die Schülerinnen und Schüler außer Batterien noch? Unter welchen Bedingungen liefern diese Quellen Strom, wann funktionieren sie nicht? Was bedeutet dies für unser tägliches Leben? Wie kann Energie transportiert oder gespeichert werden? Hinweise: • Bitte beachten Sie die Sicherheitshinweise in der Anleitung sowie die für Ihre Schule geltenden Sicherheitsrichtlinien.• Alle in der Anleitung genannten Materialien müssen selbst im Handel beschafft werden. Einzelne Experimentiermaterialien können auch im Onlineshop des Lehrmittelherstellers Arnulf Betzold GmbH unter www.betzold.de/experimento kostenpflichtig bezogen werden.

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Solarzellen auf Hausdach

Foto:Fotovoltaik-Anlage, die auf einem Hausdach montiert ist.


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Schallbrechung

Schemagrafik:Schallbrechung in Luft mit unterschiedlichen Temperaturschichten (von warm nach kalt).Die Schallgeschwindigkeit in Luft hängt von der Dichte und damit auch von der Temperatur ab: bei hohen Temperaturen ist der Schall schneller als bei niedrigen. Beim Übergang von einer warmen in eine kältere Luftschicht nimmt die Schallgeschwindigkeit also ab. Mit der Geschwindigkeit ändert sich aber auch die Ausbreitungsrichtung. Man sagt, die Schallwelle wird “gebrochen”. Im beschriebenen Fall, also beim Übergang von warmer nach kalter Luftschicht, wird die Schallwelle nach oben hin gebrochen.Hinweise und Ideen:Wie verhält sich der Schall, wenn er von einer kälteren in eine wärmere Schicht dringt?Ist es richtig, dass man gegen den Wind schlechter hört als mit dem Wind?Letzteres kann gemeinsam mit den Schülerinnen und Schülern im Versuch nachgeprüft werden.Ein Vergleich mit der Brechung von Lichtstrahlen bietet sich an.Unterrichtsbezug:Schall/Akustik: KenngrößenSchwingungen und Wellen

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Schallabsorption

Grafik:Treffen Schallwellen auf ein Hindernis mit entsprechender Materialstruktur, werden sie absorbiert, d. h. die gesamte mechanische Energie des Schalls wird in Wärmeenergie umgewandelt.Zur Anwendung kommt dieses Phänomen in Schallschutz-Wänden. Eine hohe Absorption wird mit porigen Materialien erreicht. Durch Multireflexion und Streuung wird der Schallweg in diesen Materialien extrem verlängert. Der Schall “läuft sich tot”. Hinweise und Ideen:Bezug zur Alltagswelt der Schüler: Stille nach einem Schneefall.Kann gemeinsam mit den Schülern im Versuch nachgeprüft werden.Unterrichtsbezug:Schall/Akustik: KenngrößenSchwingungen und Wellen

Medientypen

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Lernalter

11-18

Schlüsselwörter

Schall Welle (Physik)

Sprachen

Deutsch

Anderer Ressourcentyp

Siemens Stiftung

Schwingung, Frequenz, Amplitude

Sachinformation:Kurzwiederholung der Grundbegriffe “Schwingung”, “Frequenz” und “Amplitude”.Eine Schwingung ist eine regelmäßig wiederkehrende Bewegung um einen Ruhepunkt mit der Amplitude als maximale Auslenkung vom Ruhepunkt und der Frequenz als Angabe, wie oft sich dieser Vorgang in einer Sekunde wiederholt. Hinweise und Ideen:Zur schnellen Information über wichtige Grundbegriffe zum Thema “Schwingung”, zur Wiederholung geeignet.Unterrichtsbezug:Schall/Akustik: KenngrößenSchwingungen und Wellen


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Anderer Ressourcentyp

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Schallausbreitung an Hindernissen

Sachinformation: Verhalten von Schall beim Auftreffen auf ein Hindernis. Der Wellencharakter des Schalls wird verdeutlicht.Schallwellen breiten sich kreisförmig bzw. kugelförmig aus. Kann sich der Schall ungestört ausbreiten, spricht man von einem freien Schallfeld. Im täglichen Leben ist das Schallfeld aber meist durch Objekte gestört, durch Gegenstände, Wände oder Personen.Trifft der Schall auf ein Hindernis, gibt es verschiedene Möglichkeiten, wie er sich verhält: Brechung, Reflexion, Bündelung, Streuung, Absorption und Beugung. Letztlich beruhen aber alle Effekte auf dem Wellencharakter des Schalls. Hinweise und Ideen:Diese Sachinformation eignet sich gut als Überblick über die wichtigsten Grundbegriffe zum Wellencharakter des Schalls. Unterrichtsbezug:Schall/Akustik: KenngrößenSchwingungen und Wellen


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Lernkontrolle

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Was ist eine Schwingung? (Testaufgaben)

Single-Choice-Test (interaktiv):Fünf Fragen rund um das Thema Schwingung.Gefragt wird, wovon Tonhöhe und Lautstärke eines Tons abhängen und was eine Schwingung, die Amplitude und die Frequenz sind. Jeweils eine Antwort aus dreien ist richtig.Hinweise und Ideen:Der Test kann auf zwei Arten durchgeführt werden. • Jede Antwort wird gleich geprüft. Bei falscher Antwort ist eine Wiederholung möglich.• Alle Antworten werden erst am Ende des Tests geprüft.

Medientypen

Lernkontrolle

Lernalter

11-18

Schlüsselwörter

Schall Welle (Physik)

Sprachen

Deutsch

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