Experimento | 10+: B5 Wir bauen ein thermisches Sonnenkraftwerk

Schemagrafik: Die vom Gegenstand ausgehenden Lichtbndel mssen durch eine Linse zu den Punkten eines Bilds gesammelt werden. Die dabei geltenden Gesetze beschreibt die Abbildungsgleichung.Zur Konstruktion des Bildpunktes sind mindestens zwei der folgenden Strahlen ntig: Strahl vom Gegenstand parallel zur optischen Achse (Parallelstrahl) Strahl vom Gegenstand durch den Brennpunkt der Linse (Brennstrahl) Strahl vom Gegenstand durch den Mittelpunkt der Linse (Mittelpunktstrahl).Der Mittelpunktstrahl geht ohne Richtungsnderung durch die Linse. Der Parallelstrahl geht hinter der Linse durch den Brennpunkt. Der Brennstrahl wird hinter der Linse zum Parallelstrahl.Hinweis: Die Abbildungsgleichung wird oftmals auch als Linsenformel bezeichnet.Hinweise und Ideen:Wozu braucht man eine Linse?Fcher: PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbHLizenz: Siemens Stiftung 2016 (CC BY-SA 4.0 international)

Grafik, beschriftet:Das physikalische Prinzip eines Parabolrinnenkraftwerks und einer Dish-Stirling-Anlage im Vergleich.Zunehmend werden Kraftwerke zur Stromerzeugung aus Sonnenwrme gebaut. Die Grafik zeigt zwei Bauweisen, die sich durchgesetzt haben.Parabolrinnenkraftwerk: Ein groes Sonnenkraftwerk, dessen Leistung vergleichbar mit Kohlekraftwerken ist. Lange Zeilen von Parabolspiegeln haben in ihrem Brennpunkt ein Absorberrohr, das mit einem Arbeitsmittel gefllt ist. ber einen Wrmeaustauscher erzeugt das heie Arbeitsmittel Dampf, mit dem sich dann groe Dampfturbinen und Generatoren betreiben lassen.Dish-Stirling-Anlage: Ein eher kleines Kraftwerk, dessen zentrales Element ein groer runder Hohlspiegel (Dish, Teller) ist. In seinem Brennpunkt befindet sich der Arbeitszylinder eines Stirlingmotors, der einen Generator antreibt. Das gegenwrtig leistungsfhigste Kraftwerk dieser Art ist der Euro-Dish-Stirling-Typ. Hinweise und Ideen:Zu den solarthermischen Kraftwerken zhlen auch das Aufwindkraftwerk, der Sonnenofen und das Turmkraftwerk. Wie sind diese Kraftwerke aufgebaut und wie funktionieren sie? In welchen Gegenden auf der Erde gibt es solarthermische Kraftwerke und von welchem Typ sind sie? Weiterfhrende Informationen zum solarthermischen Kraftwerk findet man im Leitfaden Regenerative Energien.Fcher: PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbH unter Verwendung von Medien von: By Z22 - Own work\\, CC BY-SA 3.0\\, (Parabolrinnen-Solarkollektor\\; Lizenz: CC BY-SA 3.0)\\, Bjrn Appel\\, Username Warden\\, CC BY-SA 3.0\\, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=362869 (Eurodish\\; Lizenz: CC BY-SA 3.0)Lizenz: Siemens Stiftung 2017 (CC BY-SA 4.0 international)

Diagramm:Formeln fr 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 Feldstrke. Elektromagnetische Wellen hoher Frequenz und damit Energie haben Teilchencharakter. Die Energie dieser Teilchen ist proportional zur Frequenz bzw. umgekehrt proportional zu ihrer Wellenlnge. Der Proportionalittsfaktor ist das Plancksche Wirkungsquantum h. Dass Strahlungsenergie quantisiert sein muss, fand Max Planck bei der Untersuchung der Strahlung schwarzer Krper. Er formulierte ein Strahlungsgesetz, das aber erst durch Einsteins Postulat von den Lichtquanten erklrt werden konnte. Zahlenbeispiel fr die Plancksche Strahlungsformel:Die Sonne hat eine Oberflchentemperatur von 5.800K, die damit verbundene Strahlungsleistung ist nach der Planckschen Strahlungsformel 3,85x1023kW. Davon trifft nur ein sehr kleiner Anteil auf die Erde (bei senkrechtem Strahlungseinfall 1,37kW/m).Hinweise und Ideen:Strahlungsenergie kann vielfach in andere Energieformen umgewandelt werden: Beim Rntgen wird die Strahlungsenergie in chemische Energie verwandelt (Schwrzung des Fotofilms), Licht wird in der Solarzelle in elektrische Energie umgewandelt, ebenso Funkwellen in einer Antenne. Die Energie von Mikrowellen kann man zur Erwrmung von Speisen verwenden.Fcher: PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbHLizenz: Siemens Stiftung 2017 (CC BY-SA 4.0 international)

Schemagrafik, interaktiv beschriftbar:Die vom Gegenstand ausgehenden Lichtbndel mssen durch eine Linse zu den Punkten eines Bilds gesammelt werden. Die dabei geltenden Gesetze beschreibt die Abbildungsgleichung.Die Grafik kann interaktiv einzeln oder komplett beschriftet werden. Auch die Beschriftung von Hand am interaktiven Whiteboard ist mglich.Fcher: PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbHLizenz: Siemens Stiftung 2016 (CC BY-SA 4.0 international)

Video (00:22 Minuten):Licht trifft auf einen Hohlspiegel und entzndet dabei eine Wunderkerze.Der Film zeigt eine Lichtquelle, die auf einen Hohlspiegel gerichtet ist. Das auftreffende Licht wird reflektiert und im Brennpunkt gebndelt. Aufgrund der hohen Temperatur, die im Brennpunkt herrscht, entzndet sich eine Wunderkerze, die im Brennpunkt angebracht ist. Zum Schluss zeigt der Film eine konkrete Anwendung dieses physikalischen Prinzips den Solarkocher.Das Video ist ein Ausschnitt aus der didaktischen DVD Optik Eigenschaften des Lichts".Fcher: PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MedienLBLizenz: MedienLB/Siemens Stiftung 2017 (CC BY-NC-SA 4.0 international)

Lsungsblatt:Zum gleichnamigen SFU-Arbeitsblatt.Nhere Informationen finden Sie beim zugehrigen SFU-Arbeitsblatt B5 Wir bauen ein thermisches Sonnenkraftwerk (SFU-Arbeitsblatt 1), das auf dem Medienportal der Siemens Stiftung vorhanden ist.Fcher: Deutsch fr Kinder anderer Muttersprache, PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: Michael MaiwormLizenz: Siemens Stiftung 2016 (CC BY-SA 4.0 international)

SFU-Arbeitsblatt:Zur gleichnamigen Experimentieranleitung fr Schlerinnen und Schler. Methoden-Werkzeug: Grammatikbung nach Josef Leisen und Heinz Klippert.Hinweis: Dieses Arbeitsblatt wurde speziell fr den sprachsensiblen Fachunterricht (SFU) entwickelt. Es verwendet das Methoden-Werkzeug Grammatikbung nach Josef Leisen und Heinz Klippert. Sprachschwache Schlerinnen und Schler erhalten Untersttzung beim Verstehen und Trainieren der Fachsprache. Sie arbeiten mit dem Fachvokabular und werden so befhigt, fachlich zu kommunizieren. Fcher: Deutsch fr Kinder anderer Muttersprache, PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: Michael MaiwormLizenz: Siemens Stiftung 2016 (CC BY-SA 4.0 international)

Lsungsblatt:Zum gleichnamigen SFU-Arbeitsblatt.Nhere Informationen finden Sie beim zugehrigen SFU-Arbeitsblatt B5 Wir bauen ein thermisches Sonnenkraftwerk (SFU-Arbeitsblatt 2), das auf dem Medienportal der Siemens Stiftung vorhanden ist.Fcher: Deutsch fr Kinder anderer Muttersprache, PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: Michael MaiwormLizenz: Siemens Stiftung 2016 (CC BY-SA 4.0 international)

SFU-Arbeitsblatt:Zur gleichnamigen Experimentieranleitung fr Schlerinnen und Schler. Methoden-Werkzeug: Fachsprache nach Josef Leisen und Heinz Klippert.Hinweis: Dieses Arbeitsblatt wurde speziell fr den sprachsensiblen Fachunterricht (SFU) entwickelt. Es verwendet das Methoden-Werkzeug Fachsprache nach Josef Leisen und Heinz Klippert. Die Fachsprache dient der Erklrung von Sachverhalten und der eindeutigen Darstellung von Fachinformationen. Dafr werden je nach Fachgebiet spezifische Sprachmittel verwendet.Sprachschwache Schlerinnen und Schler erhalten Untersttzung beim Verstehen und Trainieren der Fachsprache. Sie arbeiten mit dem Fachvokabular und werden so befhigt, fachlich zu kommunizieren. Fcher: Deutsch fr Kinder anderer Muttersprache, PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: Michael MaiwormLizenz: Siemens Stiftung 2016 (CC BY-SA 4.0 international)

Lsungsblatt:Zum gleichnamigen SFU-Arbeitsblatt.Nhere Informationen finden Sie beim zugehrigen SFU-Arbeitsblatt B5 Wir bauen ein thermisches Sonnenkraftwerk (SFU-Arbeitsblatt 3), das auf dem Medienportal der Siemens Stiftung vorhanden ist.Fcher: Deutsch fr Kinder anderer Muttersprache, PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: Michael MaiwormLizenz: Siemens Stiftung 2016 (CC BY-SA 4.0 international)

SFU-Arbeitsblatt:Zur gleichnamigen Experimentieranleitung fr Schlerinnen und Schler. Methoden-Werkzeug: Lesestrategie nach Josef Leisen und Heinz Klippert.Hinweis: Dieses Arbeitsblatt wurde speziell fr den sprachsensiblen Fachunterricht (SFU) entwickelt. Es verwendet das Methoden-Werkzeug Lesestrategie nach Josef Leisen und Heinz Klippert. Eine Lesestrategie ist eine Sequenz bzw. ein Plan von mentalen Handlungen, mit der/dem ein bestimmtes Leseziel erreicht werden soll (Quelle: Bimmel, 2002). Lesestrategien helfen den Schlerinnen und Schlern dabei, Fachtexte besser zu verstehen und eigenstndig damit zu arbeiten. Sprachschwache Schlerinnen und Schler erhalten Untersttzung beim Verstehen und Trainieren der Fachsprache. Sie arbeiten mit dem Fachvokabular und werden so befhigt, fachlich zu kommunizieren. Fcher: Deutsch fr Kinder anderer Muttersprache, PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: Michael MaiwormLizenz: Siemens Stiftung 2016 (CC BY-SA 4.0 international)

Experimentieranleitung zu Experimento | 10+:Inhaltliche Hintergrundinformationen und praktische Hinweise zur Durchfhrung des Experiments Wir bauen ein thermisches Sonnenkraftwerk Mit Brennglas und Spiegel. Es umfasst zwei Teilexperimente.Das Experiment setzt sich aus zwei Teilexperimenten zusammen: Entznden eines Papierstreifens mit der Lupe als Brennglas Wir erwrmen Wasser mit der SonneDie beiden Teilexperimente zur Bndelung der Sonnenstrahlung mit Linse und Spiegel eignen sich sehr gut, um im Physikunterricht im Bereich Strahlenoptik und Kalorik einige Gesetzmigkeiten anhand eines hochaktuellen Themas kennenzulernen oder das bereits Gelernte zu verifizieren. Aber auch bei einem Projekttag zum Thema regenerative Energien oder Energiewende sind die Experimente gut einsetzbar. Hinweise: Bitte beachten Sie die Sicherheitshinweise in der Anleitung sowie die fr Ihre Schule geltenden Sicherheitsrichtlinien. Alle in der Anleitung genannten Materialien mssen selbst im Handel beschafft werden. Einzelne Experimentiermaterialien knnen auch im Onlineshop des Lehrmittelherstellers Arnulf Betzold GmbH unter www.betzold.de/experimento kostenpflichtig bezogen werden.Fcher: PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: Ulrich Mauch\\, Andreas Rathgeber fr die Siemens StiftungLizenz: Siemens Stiftung 2021 (CC BY-SA 4.0 international)

Linkliste:Weiterfhrende Informationen zum Experiment B5 Wir bauen ein thermisches Sonnenkraftwerk Mit Brennglas und Spiegel.Die Links knnen zur Vorbereitung bzw. zur Vertiefung des Experiments aus Experimento | 10+ eingesetzt werden.Fcher: PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbHLizenz: Siemens Stiftung 2015 (CC BY-SA 4.0 international)

Lsungsblatt:Zur gleichnamigen Experimentieranleitung fr Schlerinnen und Schler.Das Lsungsblatt enthlt Musterantworten auf alle Fragen, die in der Experimentieranleitung fr Schlerinnen und Schler gestellt werden. Die Antworten sind z. T. sehr kurz, oft nur stichwortartig. Je nach Lernziel mssen sie noch durch zustzliche Erarbeitung aus Lehrbchern und ggf. Recherchen im Internet ergnzt und vertieft werden!Ebenso wird auf die Auswertungen zu den einzelnen Teilexperimenten eingegangen, aber nur dort, wo sich erfahrungsgem Schwierigkeiten ergeben knnten.Nhere Informationen finden Sie in der zugehrigen Experimentieranleitung B5 Wir bauen ein thermisches Sonnenkraftwerk (Schleranleitung), die auf dem Medienportal der Siemens Stiftung vorhanden ist.Fcher: PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbHLizenz: Siemens Stiftung 2015 (CC BY-SA 4.0 international)

Experimentieranleitung zu Experimento | 10+:Ausfhrliche Anweisungen und Fragen fr Schlerinnen und Schler zur Durchfhrung des Experiments Wir bauen ein thermisches Sonnenkraftwerk Mit Brennglas und Spiegel. Es umfasst zwei Teilexperimente.Das Experiment setzt sich aus zwei Teilexperimenten zusammen: Entznden eines Papierstreifens mit der Lupe als Brennglas Wir erwrmen Wasser mit der SonneZu jedem Teilexperiment erhalten die Schlerinnen und Schler zunchst einen berblick ber die zu verwendenden Materialien sowie Sicherheitshinweise. Darauf folgt die ausfhrliche Schritt-fr-Schritt-Anleitung zur Versuchsdurchfhrung. Im Anschluss daran werden die Schlerinnen und Schler aufgefordert, ihre Beobachtungen zu notieren. Anhand von konkreten Fragen wird auf die Auswertung der Versuchsergebnisse hingefhrt. Zum Abschluss werden vertiefende Fragen zum Experiment gestellt (Lsungsblatt fr die Lehrkraft vorhanden).Hinweise und Ideen: Bitte beachten Sie die Sicherheitshinweise in der Anleitung sowie die fr Ihre Schule geltenden Sicherheitsrichtlinien und besprechen Sie diese mit den Schlerinnen und Schlern.Fcher: PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: Ulrich Mauch\\, Andreas Rathgeber fr die Siemens StiftungLizenz: Siemens Stiftung 2021 (CC BY-SA 4.0 international)

Sachinformation: Ausgehend von der Definition des Lichts wird prgnant Licht als Strahl, Licht als Welle und Licht als Strahlungsenergie dargestellt.Einfhrung in die Optik.Hinweise und Ideen:Sowohl fr die Schler, aber auch fr die Lehrkraft zur Vorinformation konzipiert.Fcher: PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbHLizenz: Siemens Stiftung 2016 (CC BY-SA 4.0 international)

Handreichung:Informationen fr die Lehrkraft zum Einsatz von Experimento | 10+ im Unterricht.Die Lehrkraft erhlt eine pdagogisch-didaktische Einfhrung zum Einsatz von Experimento | 10+ im Unterricht. Die meist unaufwndigen Freihandversuche knnen fcherbergreifend durchgefhrt werden, sie eignen sich als Einstieg in ein neues Thema oder zur bung des bereits Gelernten. Sie haben aktuellen Alltagsbezug, untersttzen selbststndiges, kompetenzorientiertes Lernen und sind fr verschiedene Altersstufen geeignet. Bibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: Dr. Michael Huber fr die Siemens StiftungLizenz: Siemens Stiftung 2021 (CC BY-SA 4.0 international)