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Pila alcalina

Fotografía:
La pila alcalina es uno de los dispositivos de almacenamiento de energía electroquímica más importantes en la vida diaria. Es una celda galvánica compuesta de un ánodo de cinc, un cátodo de dióxido de manganeso y solución de hidróxido de potasio como el electrolito.


Información e ideas:
Un ejemplo de la conversión de energía química en energía eléctrica.

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Phase diagram of water

Diagram:
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.

In addition to the equilibrium curves (melting pressure curve, sublimation curve, vapor pressure curve), the diagram also includes the pressure and temperature data for the melting, boiling, triple, and critical points.
Attention: The axes of the diagram are not shown true to scale.

Information and ideas:
This diagram also reflects the density anomaly of water (lower density in the solid state than in the liquid state): The melting pressure curve shows a negative slope. The reason for the density anomaly is the hydrogen bonds.

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Energía térmica

Diagrama:
Ecuaciones para la energía térmica de gases, así como la variación en función de la temperatura de la respectiva capacidad calorífica molar a volumen constante.

La energía térmica o interna de una sustancia es la suma de las energías cinéticas de sus átomos y moléculas. Esta energía puede medirse en forma de temperatura. Si se aplica calor a la sustancia, aumenta la velocidad de las partículas y, con ello, la temperatura. En los gases moleculares, la contribución de calor, además del movimiento de traslación, puede provocar también la excitación de otras formas de movimiento (rotación y oscilación). Esto se expresa en el desarrollo escalonado de la capacidad calorífica molar (diagrama derecho). La capacidad calorífica molar de una sustancia indica cuánta energía se debe aportar para aumentar en 1 °C la temperatura de 1 mol de una sustancia. En las sustancias gaseosas se cumple: si las partículas de gas solo tienen movimiento lineal (traslación), la cantidad de calor que se debe aportar para aumentar en 1 °C la temperatura del gas permanece constante 3R/2. En el caso de los gases moleculares, las moléculas comienzan a rotar a partir de una determinada temperatura. En esta región (incremento lineal en el diagrama) es necesario aportar más energía para aumentar la temperatura en 1 °C, ya que la energía no se convierte solo en el movimiento de traslación, sino también en la excitación de la rotación. Cuando todas las partículas se hallan en rotación, la energía que se debe aportar para aumentar la temperatura en 1 °C vuelve a ser constante 5R/2. El incremento en la transición de la rotación a la oscilación puede explicarse de manera análoga.

Información e ideas:
La figura de conjunto resume el tema de la energía calorífica en el ejemplo de los gases. En la directriz "¿Qué es la energía?? figuran explicaciones exhaustivas y aclaraciones sobre el calor en cuerpos sólidos.

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Muskelkraft

Foto:Zwei Personen beim Jogging.Hinweise und Ideen:Als Beispiel für einen Vorgang, bei dem chemische in mechanische Energie umgewandelt wird.


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Phasendiagramm von Wasser

Diagramm:p-T-Diagramm des reinen Wassers. Die Linien geben an, bei welcher Temperatur und welchem Druck die Phasen fest, flüssig und gasförmig miteinander im Gleichgewicht stehen. Nur am Tripelpunkt sind alle drei Phasen im Gleichgewicht, sonst sind es maximal zwei.Das Diagramm enthält neben den Gleichgewichtskurven (Schmelzdruckkurve, Sublimationskurve, Dampfdruckkurve) auch die Druck- und Temperaturangaben für Schmelz-, Siede-, Tripel- und kritischen Punkt.Achtung: Die Achsen des Diagramms sind nicht maßstabsgetreu gezeichnet.Hinweise und Ideen:In diesem Diagramm spiegelt sich auch die Dichte-Anomalie des Wassers (im festen Zustand niedrigere Dichte als im flüssigen Zustand) wider: Die Schmelzdruckkurve weist eine negative Steigung auf. Grund für die Dichte-Anomalie sind die Wasserstoffbrückenbindungen.


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Prinzip eines Tonkühlers

Schemagrafik:Der Verdunstungsvorgang an der Oberfläche eines Keramikkühlers wird schematisch gezeigt.Der Keramikkühler aus gebranntem Ton wurde in kaltes Wasser eingelegt und dann wieder herausgenommen. Die Poren der Keramik haben sich voll Wasser gesogen. Wird nun eine kalte Getränkeflasche eingestellt, bleibt diese im Keramikkühler auch bei warmer Umgebungstemperatur relativ lange kalt. Durch die Verdunstung des Wassers aus den Poren des Keramikkühlers wird der Luft im Innern des Tongefäßes ständig Wärme entzogen (Verdampfungswärme und ein wenig Adsorptionswärme). Die Luft im Inneren des Tongefäßes bleibt dadurch kalt und damit auch die eingestellte Flasche.


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Kläranlage - UV-Modul (physikalische Nachbehandlung)

Foto: UV-Modul zur Wasserdesinfektion in einer Kläranlage (physikalische Nachbehandlung). Hinweise und Ideen:Als Vorbereitung auf den Besuch einer Kläranlage als außerschulischem Lernort geeignet.


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Kleinkraftwerk Mitochondrium

Grafik, beschriftet:Schematische Darstellung der Zellatmung. Die Energiezentrale in der Zelle ist das Mitochondrium.Im Körper wird die Energie, die für die Arbeit der Zellen benötigt wird, in Form des Moleküls ATP (Adenosintriphosphat) bereitgestellt. Es besitzt sehr energiereiche chemische Bindungen. ATP wird bei der sog. “Zellatmung” aus Glukose mithilfe von Sauerstoff gewonnen. Der Gesamtprozess erfolgt teils im Zellplasma und teils im Mitochondrium, einer Organelle in der Zelle. Im Zellplasma findet die Glykolyse statt. Im Mitochondrium laufen der Citratzyklus und die Atmungskette ab. In Summe werden so pro Glukosemolekül 36 - 38 ATP-Moleküle erzeugt: Glykolyse und Citratzyklus produzieren jeweils zwei ATP-Moleküle, die Atmungskette bringt es auf 32 - 34 ATP-Moleküle. Das Mitochondrium kann also zu Recht als “Kleinkraftwerk” bezeichnet werden.Hinweise und Ideen:Im Biologieunterricht der Oberstufe wäre es ein schöner Forschungsauftrag herauszufinden, wodurch das ATP bei der Muskelkontraktion verbraucht wird.

Medientypen

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Lernalter

16-18

Schlüsselwörter

Energie

Sprachen

Deutsch

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Babyshampoo

Grafik: Eine Flasche Babyshampoo in rosa.Als Begleitmaterial zum Experiment aus Experimento | 8+ “C4.1 Wahrnehmung von Farben”.


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Wespe

Grafik: Eine Wespe. Die gelb-schwarze Farbe signalisiert Gefahr.Als Begleitmaterial zum Experiment aus Experimento | 8+ “C4.1 Wahrnehmung von Farben”.


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