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Solarzellen auf Hausdach

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


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Baum

Foto:Eine Baumgruppe im Spätsommer. Photosynthese findet nur in den grünen Blättern statt. Hinweise und Ideen:Als Beispiel für die Umwandlung von Strahlungsenergie in chemische Energie.


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Thermische Energie

Diagramm:Formeln für die thermische Energie von Gasen sowie die Temperaturabhängigkeit der zugehörigen molaren Wärmekapazität bei konstantem Volumen.Die thermische oder innere Energie eines Stoffs ist die Summe der Bewegungsenergien seiner Atome bzw. Moleküle. Diese Energie ist als Temperatur messbar. Führt man dem Stoff Wärme zu, steigt die Teilchengeschwindigkeit und damit die Temperatur. Bei molekularen Gasen kann die Wärmezufuhr zusätzlich zur translatorischen Bewegung die Anregung anderer Bewegungsformen (Rotation und Schwingung) hervorrufen. Dies drückt sich im stufenförmigen Verlauf der molaren Wärmekapazität aus (Diagramm rechts). Die molare Wärmekapazität eines Stoffs gibt an, wie viel Energie man zuführen muss, um 1 mol eines Stoffs um 1 °C zu erhöhen. Für gasförmige Stoffe gilt: Falls die Gasteilchen sich nur linear bewegen (Translation), ist die Wärmemenge, die zugeführt werden muss, um das Gas um 1 °C zu erhöhen, konstant 3R/2. Im Fall molekularer Gase fangen die Moleküle ab einer bestimmten Temperatur an zu rotieren. In diesem Bereich (linearer Anstieg im Diagramm) muss man mehr Energie zuführen, um die Temperatur um 1 °C zu erhöhen, da die Energie nicht nur in die translatorische Bewegung geht, sondern auch in die Anregung der Rotation. Sind alle Teilchen in Rotation versetzt, so ist die Energie, die zugeführt werden muss, um die Temperatur um 1 °C zu erhöhen, wieder konstant 5R/2. Der Anstieg beim Übergang von Rotation nach Schwingung lässt sich analog erklären. Hinweise und Ideen:Die Übersichtsgrafik fasst das Thema Wärmeenergie am Beispiel Gase zusammen. Ausführliche Erläuterungen und Erläuterungen zur Wärme in Feststoffen findet man im Leitfaden “Was ist Energie?”.

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Stromkreis (Parallelschaltung)

Grafik:In diesem Stromkreis sind zwei Glühbirnen parallel geschaltet. Damit befindet sich jede Lampe in einem eigenen Stromkreis.Jedes Bauelement kann mit der gleichen Energiemenge versorgt werden, als ob es alleine an die Batterie angeschlossen wäre. Daher leuchten die Glühlampen genau so hell, als ob sie jeweilsalleine an die Batterie angeschlossen wären, aber die Batterie wird auch schneller verbraucht.


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Stromkreis

Grafik:Schematische Darstellung eines einfachen Stromkreises.Ein einfacher Stromkreis besteht aus einer Energiequelle (hier eine Batterie) und einem Verbraucher (hier eine Glühlampe), die durch Kabel miteinander verbunden werden.


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Stromkreis (Reihenschaltung)

Grafik: In diesem Stromkreis sind zwei Glühbirnen hintereinander geschaltet. Damit befinden sich die Lampen in einem gemeinsamen Stromkreis.Die von der Batterie gelieferte Energie wird auf alle Bauelemente verteilt, so erhalten diese also weniger Energie, als wenn sie alleine an die betreffende Batterie angeschlossen wären: Die Glühlampen leuchten schwächer und die Batterie hält länger als bei einer einzelnen Glühlampe.


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Durchgangsprüfer

Foto: Mit einem Durchgangsprüfer wird eine Messung an einer Glühlampe durchgeführt. Das Anzeigelämpchen des Durchgangsprüfers leuchtet, folglich ist die Glühlampe funktionsfähig.


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Energiesparen als Energiequelle

Schemagrafik:Diese Übersicht zeigt anhand ausgewählter Beispiele, dass Energiesparen selbst als “Energiequelle” bezeichnet werden kann.Anhand von fünf Beispielen aus dem Alltag (Strom- und Wärmeerzeugung, Energieverteilung, Bauwesen, Beleuchtung, Verkehr) wird gezeigt, wie Energiesparen den Verbrauch einzelner Energieträger (primär oder sekundär) schont. Hinweise und Ideen:Die Schülerinnen und Schüler können nach weiteren Beispielen suchen. Welche Bedeutung kommt dem Energiesparen in Bezug auf die allgemeine Verknappung der Ressourcen zu? Kann es etwa mit der Erschließung regenerativer Energiequellen gleichgesetzt werden?


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Was sind regenerative Energieträger?

Grafik und Diagramm:Die Definition des Begriffs “regenerative Energieträger” wird visualisiert.Per definitionem versteht man unter einem regenerativen Energieträger entweder einen nachwachsenden Energieträger - die Biomasse - oder einen nach menschlichem Ermessen unerschöpflichen Energieträger (wie die Sonne oder die Geothermie). Da Wind- und Wasserkraft durch den Einfluss der Sonne bedingt sind, werden auch sie zu den unerschöpflichen Energieträgern gezählt. Hinweise und Ideen:Das Medium eignet sich sehr gut als Einstieg in das Thema “Regenerative Energien”.


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