Experimento | 10+: B6 Erneuerbare Energien

Diagramm: Chemische Energie als Bindungsenergie zwischen Atomen in der Darstellung als Potenzialkurve.Sowohl in der Bindung von Atomen und Moleklen als auch in der Mglichkeit (Potenzial) zur chemischen Bindung steckt chemische Energie. Diese kann bei der Bildung oder beim Zerfall der Bindungen in Form von Wrme frei werden. Diese Reaktionswrme wird auch als Reaktionsenthalpie (H) bezeichnet. Wird Wrme frei (dH < 0), so spricht man von einer exothermen Reaktion, wird Wrme verbraucht (dH > 0) von einer endothermen. Jedes Gemisch von Ausgangsstoffen, das zu Endstoffen reagieren kann, ist also als ein Potenzial an chemischer Energie aufzufassen. Mikroskopisch steckt diese chemische Energie in den Bindungen zwischen einzelnen Atomen, wie es anhand der Potenzialkurve illustriert wird. Hinweise und Ideen:Chemische Energie ist eine Energieform, die sich gut speichern lsst sei es im menschlichen Krper oder in Batterien und Akkus. Ein weiteres Beispiel ist Wasserstoff als chemischer Energiespeicher fr regenerative Energien.Fcher: Chemie, PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbHLizenz: Siemens Stiftung 2017 (CC BY-SA 4.0 international)

Grafik:Funktionsbild eines Pumpspeicherkraftwerk bei Stromberschuss.Wenn im Stromnetz berschuss besteht, wird im Kraftwerk aus einem tiefer gelegenen Becken Wasser mit einer elektrischen Pumpe in Becken hherer Lage gepumpt. Hinweis: Bei Bedarfsspitzen fliet dann das Wasser aus dem Hochbecken zu den Turbinen des niedrig gelegenen Kraftwerks zurck.Fcher: Physik, GeografieBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbHLizenz: Siemens Stiftung 2016 (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)

Grafik, beschriftet:Rotor und Gondel (Maschinenhaus) eines Dreiflgel-Windrads mit horizontaler Drehachse. Die Innenansicht der Gondel wird gezeigt, die einzelnen Komponenten sind beschriftet.Das hier gezeigte Dreiflgel-Windrad mit horizontaler Rotationsachse ist bei groen Windkraftanlagen die hufigste Konstruktion. Das Windrad besteht aus einem Rotor und einer Gondel (Maschinenhaus), die auf einem hohen Turm angebracht sind.Das Funktionsprinzip: Das Anemometer misst die Windgeschwindigkeit. Die Daten werden an den berwachungscomputer gesendet. Dieser steuert das Windrad und bedient den Nachfhrmotor, der das Windrad ausrichtet. Steht das Windrad optimal zum Wind, so bt dieser ein Drehmoment auf die Rotorbltter aus: Das Windrad dreht sich (ca. 20 Umdrehungen/min) und mit ihm die Antriebswelle. Das Getriebe wandelt die Drehzahl des Rotors in die fr den Generator ntige Drehzahl (in Europa 1.500 U/min oder 3.000 U/min, in den USA 1.800 U/min oder 3.600 U/min) um. Der Generator erzeugt den Strom. Dieser wird ber Kabel zum Fu des Windrads hinuntergeleitet. Dort erfolgt die Einspeisung ins Netz. Der Wirkungsgrad eines Windrads liegt bei optimalen Windverhltnissen bei 40 51 %. (Der theoretisch maximale Wert liegt bei 59,3 %, ist aber praktisch nicht erreichbar.)brigens: Die Bremse sorgt dafr, dass das Windrad sich nicht drehen kann, z. B. bei extremem Sturm oder wenn es gewartet werden muss. (Es gibt auch Windrder ohne Getriebe, siehe dazu die Beschreibung beim Medium Generator fr Windrad!). Hinweise und Ideen:Welche Vorteile hat ein Dreiflgel-Windrad gegenber einem Ein-, Zwei- oder Vierblattflgler?Es lohnt der Hinweis, dass es auch Windrder mit vertikaler Drehachse gibt (Savonius-, Darrieus-Windrad). Wann setzt man diese Bauformen ein?Fcher: PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbHLizenz: Siemens Stiftung 2017 (CC BY-SA 4.0 international)

Simulation:Funktionsprinzip einer Brennstoffzelle. Sie ist die ideale Stromquelle, falls sich Wasserstoff als Energietrger aus regenerativen Quellen durchsetzt.In Brennstoffzellen wird chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt. Dabei verbrennt Wasserstoff mit Sauerstoff zu Wasser. Die Wasserstoff- bzw. Sauerstoffmolekle werden an katalytisch aktivierten Elektroden ionisiert. Wasserstoff gibt dabei Elektronen ab, Sauerstoff nimmt die Elektronen auf. Die Simulation zeigt dieses Urprinzip der Brennstoffzelle und erklrt eine moderne Membranbrennstoffzelle mit Polymermembran, eine sog. PEM-Brennstoffzelle. Fcher: Chemie, PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbHLizenz: Siemens Stiftung 2017 (CC BY-SA 4.0 international)

Infomodul:Wie werden in der Natur vorkommende Primrenergien umgewandelt, damit wir sie im Alltag nutzen knnen?Die Energie, die in Primrenergietrgern gespeichert ist, ist fr die meisten Anwendungen nicht direkt nutzbar und muss daher in andere Energieformen umgewandelt werden. Den gesamten Umwandlungsprozess bezeichnet man als Energienutzungskette. Mgliche Energienutzungsketten knnen in diesem Infomodul interaktiv visualisiert werden. Am Beispiel Raumheizung wird gezeigt, dass bei jedem Umwandlungsschritt Verluste auftreten. Fr eine Brennstoffzelle gibt es detaillierte Informationen zu den einzelnen Umwandlungsschritten.Hinweise und Ideen:Muss eine Energiegewinnung immer ber mehrere Stationen laufen? Die Schlerinnen und Schler knnen Beispiele fr direkte Nutzungsmglichkeiten suchen und sich berlegen, ob man verlorene Energie noch besser nutzen kann?Fcher: PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbH unter Verwendung von Medien von: Kim Hansen. Postprocessing (crop\\, rotation\\, color adjustment\\, dust spot removal and noise reduction) by Richard Bartz and Kim Hansen. - Own work\\, CC BY-SA 3.0\\, \nESA/NASA/SOHO (Sonne\\, Lizenz CC0)Lizenz: Siemens Stiftung 2020 (CC BY-SA 4.0 international)

Infomodul:Funktionsprinzip einer Brennstoffzelle. Sie ist die ideale Stromquelle, falls sich Wasserstoff als Energietrger aus regenerativen Quellen durchsetzt.In Brennstoffzellen verbrennt Wasserstoff mit Sauerstoff zu Wasser. Die Wasserstoff- bzw. Sauerstoffmolekle werden an katalytisch aktivierten Elektroden ionisiert. Wasserstoff gibt dabei Elektronen ab, Sauerstoff nimmt die Elektronen auf. Das Infomodul zeigt dieses Urprinzip der Brennstoffzelle und erklrt (grafisch und als Animation) eine moderne Membranbrennstoffzelle mit Polymermembran, eine sog. PEM-Brennstoffzelle. Als Anwendung wird der Einsatz in Kraftwerken vorgestellt. Hier verwendet man meist Hochtemperatur-Festelektrolyt-Brennstoffzellen (engl. Kurzname Solid Oxide Fuel Cell, SOFC). Die Kenngren von PEM- und SOFC-Brennstoffzellen werden gegenbergestellt.Hinweise und Ideen:Brennstoffzellen werden in Kraftwerken auch in Kombination mit Gasturbinen zum Einsatz kommen.Fcher: Chemie, PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbHLizenz: Siemens Stiftung 2020 (CC BY-SA 4.0 international)

Simulation:Photovoltaik ist die Umwandlung von Licht in elektrische Energie. Physikalisch ist sie ein Beispiel dafr, dass auch bei der Energieumwandlung die Quantisierung der Energie eine wichtige Rolle spielt.Lichtquanten, die auf einen Halbleiter treffen, erzeugen durch den inneren Photoeffekt Leitungselektronen auf hherem Potenzial. Von dort knnen sie zur Nutzung ber den ueren Stromkreis abflieen. Dieser Effekt ist abhngig von der Energie der Photonen und dem Halbleitermaterial. Wie der Stromfluss in einer Photozelle abluft, zeigt eine Animation. Erklrende Grafiken zum inneren Photoeffekt in einem Halbleiter und zum Energieschema der Solarzelle knnen eingeblendet werden.Hinweise und Ideen:Wo werden Photozellen zur Stromgewinnung eingesetzt? Welchen Wirkungsgrad kann man erzielen?Fcher: PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbHLizenz: Siemens Stiftung 2020 (CC BY-SA 4.0 international)

Infomodul:Eine Wasserturbine wandelt die potenzielle und kinetische Energie des Wassers in Rotationsenergie um. Die Bauformen von Wasserturbinen werden erlutert. Auf die Grundlagen der Strmungsmechanik wird kurz verwiesen.Zuerst werden die verschiedenen Wasserturbinenarten vorgestellt: Pelton-, Francis- und Kaplan-Turbine. Das Wasserrad einer Mhle kann man brigens als Vorlufer der Wasserturbinen ansehen. Welche Turbinenart in einem Wasserkraftwerk zum Einsatz kommt, hngt mit den Gegebenheiten (Wassermenge, Fallhhe, Fliegeschwindigkeit) zusammen. Aus dem Kennlinienfeld der Wasserturbinen kann man ablesen, welches Durchflussvolumen und welche Fallhhe fr die jeweilige Turbinenart erforderlich sind, um eine bestimmte Leistung zu erzielen. In allen Turbinenarten spielen die Gesetze der Strmungsmechanik eine groe Rolle. Eine tabellarische bersicht zeigt die drei Turbinenarten mit ihren wichtigsten Kenngren im Vergleich.Hinweise und Ideen:Worin liegen die Unterschiede der Bauart von Wasser- und Gasturbinen begrndet? 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?Fachbergreifender Unterricht Erdkunde und Technik: Die Schlerinnen und Schler lernen, aus den geografischen Gegebenheiten ausgesuchter Wasserkraftwerke abzuleiten, welche Turbinenarten eingesetzt werden mssen.Die Abbildungen auf der ersten Seite des Infomoduls zeigen Museumsstcke, die Turbinen sind also technisch nicht hochaktuell. Die Unterschiede sind dennoch gut erkennbar.Fcher: PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbHLizenz: Siemens Stiftung 2017 (CC BY-SA 4.0 international)

Infomodul:Funktionsprinzip eines Windkraftwerks zur Stromerzeugung und die eingesetzten Technologien im berblick.In einem Windkraftwerk wird die Bewegungsenergie der Luftmassen in elektrische Energie umgewandelt. Wie das funktioniert, wird hier erklrt. Besonders viel Potenzial steckt in der Nutzung der Windenergie auf dem offenen Meer (Offshorewindenergie). Hier kommt die Hochspannungs-Gleichstrom-bertragung (HG) zum Einsatz. Da Strom aus Windenergie nicht rund um die Uhr zur Verfgung steht, braucht man Energiespeicher. Welchen Anteil am Strommix die Windkraft in einzelnen Lndern hat, zeigt die Statistik.brigens: Das Aufwindkraftwerk ist kein Wind-, sondern ein solarthermisches Kraftwerk.Hinweise und Ideen:Als Einfhrung fr eine Exkursion zu einer Windkraftanlage geeignet.Unter Verwendung der Quellen: ABB AG; Fraunhofer IWES; WindEurope; GWECFcher: PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbH unter Verwendung von Medien von Arne Nordmann (norro) - Own illustration. Using Image:Schema eolienne.svg\\, Image:Windrad-Nahaufnahme.jpg\\, Image:WindPropBlade.jpg and [1] and containing High_voltage_warning.svg.\\, CC BY-SA 3.0\\, (Prinzip/Aufbau\\; Lizenz: CC BY-SA 3.0\\, neue Beschriftung: Siemens Stiftung)\\, Photo by Kim Hansen. Postprocessing (crop\\, rotation\\, color adjustment\\, dust spot removal and noise reduction) by Richard Bartz and Kim Hansen. - Own work\\, CC BY-SA 3.0\\, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=7185913 (Offshorewindpark/Foto\\; Lizenz: CC BY SA 3.0)Lizenz: Siemens Stiftung 2021 (CC BY-SA 4.0 international)

Infomodul:Die einzelnen Typen von Wasserkraftwerken und ihre Funktionsweise im berblick.Wasserkraftwerke wandeln die mechanische Energie des Wassers in elektrische Energie um. Hierbei kommen unterschiedliche Bauweisen zum Einsatz, die von den natrlichen Gegebenheiten und der zu nutzenden Energieform abhngen. Das Infomodul erlutert zunchst knapp jene Kraftwerkstypen, die vorrangig die kinetische Energie des Wassers nutzen:Laufwasserkraftwerk (Prinzip wird animiert dargestellt)Gezeitenkraftwerk (Prinzip wird animiert dargestellt)Wellenkraftwerk (Prinzip grafisch dargestellt)Dann folgen die Kraftwerkstypen, die die Lageenergie des Wassers nutzen:Speicherkraftwerk (Prinzip grafisch dargestellt)Pumpspeicherkraftwerk (Prinzip wird animiert dargestellt).Hinweise und Ideen:Wie hngen die Standorte der verschiedenen Wasserkraftwerkstypen mit den geografischen Gegebenheiten zusammen? Wo wrde es sich lohnen, weitere Wasserkraftwerke zu errichten? Welchen Anteil hat die Wasserkraft am Strommix?Fcher: Physik, GeografieBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbHLizenz: Siemens Stiftung 2020 (CC BY-SA 4.0 international)

Simulation:So wird aus Wasser unter Zuhilfenahme von Solarenergie Wasserstoff. Dieser kann in Tanks bis zur weiteren Verwendung gesammelt werden.Der Strom, der mithilfe von Solarkollektoren erzeugt wird, zerlegt Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff (vgl. Prinzip der Elektrolyse).Die Simulation zeigt den Ablauf des Vorganges. Die zugehrigen Gleichungen (Wortgleichung und Reaktionsgleichung) knnen Schritt fr Schritt entwickelt werden.Hinweise und Ideen:Technologien unter Nutzung von Wasserstoff gehren zu den Zukunftstechnologien.Fcher: Chemie, PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbHLizenz: Siemens Stiftung 2022 (CC BY-SA 4.0 international)

Video (00:30 Minuten):Die Funktionsweise einer Solarzelle wird in einem einfachen Versuchsaufbau gezeigt und dann theoretisch erklrt.Der Film zeigt die Solarzelle als Stromlieferant: Bei der Beleuchtung mit einer Lampe fngt ein Windrad an sich zu drehen. Die Erklrung fr den Stromfluss liefern das Bndermodell des Festkrpers und die Quantennatur des Lichts. Dies wird anhand einer Grafik erlutert.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 B6 Erneuerbare Energien (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: Wortfeld nach Josef Leisen und Heinz Klippert.Hinweis: Dieses Arbeitsblatt wurde speziell fr den sprachsensiblen Fachunterricht (SFU) entwickelt. Es verwendet das Methoden-Werkzeug Wortfeld nach Josef Leisen und Heinz Klippert. Das Wortfeld trainiert die Fachsprache und untersttzt das Formulieren fachlicher Texte. 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 B6 Erneuerbare Energien (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: Domino nach Josef Leisen und Heinz Klippert.Hinweis: Dieses Arbeitsblatt wurde speziell fr den sprachsensiblen Fachunterricht (SFU) entwickelt. Es verwendet das Methoden-Werkzeug Domino nach Josef Leisen und Heinz Klippert. Das Domino ist gut zur Einfhrung und bung eines unbekannten Lernstoffes geeignet und eignet sich ebenso zur Binnendifferenzierung. 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 B6 Erneuerbare Energien (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: Wortgelnder nach Josef Leisen und Heinz Klippert.Hinweis: Dieses Arbeitsblatt wurde speziell fr den sprachsensiblen Fachunterricht (SFU) entwickelt. Es verwendet das Methoden-Werkzeug Wortgelnder nach Josef Leisen und Heinz Klippert. Das Wortgelnder untersttzt die Einfhrung von typischen Satzstrukturen im Fachunterricht und ist eine Sprachsttze fr die Schlerinnen und Schler. 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 B6 Erneuerbare Energien Sonne, Wasser, Wind, Wasserstoff und Brennstoffzelle. Es umfasst vier Teilexperimente.Das Experiment setzt sich aus vier Teilexperimenten zusammen: Elektrische Energie aus der Strahlungsenergie des Lichts Elektrische Energie aus Wasserkraft Elektrische Energie aus Windenergie Umwandlung von elektrischer Energie in chemische Energie und umgekehrtDie Abfolge von Teilexperimenten zu Photovoltaik, Wasserkraft, Windkraft und Wasserstofftechnologie bietet einen hochaktuellen Einstieg in das Thema Regenerative Energien. Der zeitliche und inhaltliche Umfang ist allerdings relativ gro. Deshalb eignet sich der Einsatz der Experimente vor allem in Form eines Projekts bzw. Projekttags zum Thema Energiewende. Aufgrund des Umfangs ist es auch kaum mglich, die zugrunde liegenden naturwissenschaftlichen Themen von den Schlerinnen und Schlern im Experiment erarbeiten zu lassen. Gewisse Grundkenntnisse vorausgesetzt, knnen sie allerdings ihr bereits vorhandenes physikalisches und chemisches Grundwissen anhand der Experimente bestens verifizieren. Alternativ knnen natrlich die Teilexperimente auch einzeln dazu verwendet werden, anhand einer lebensnahen technischen Anwendung den Einstieg in eines der naturwissenschaftlichen Basisthemen zu finden. 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: Dieter Arnold\\, Burkhard Apell fr die Siemens StiftungLizenz: Siemens Stiftung 2021 (CC BY-SA 4.0 international)

Linkliste:Weiterfhrende Informationen zum Experiment B6 Erneuerbare Energien Sonne, Wasser, Wind, Wasserstoff und Brennstoffzelle.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 zu Experimento | 10+ B6 Erneuerbare Energien (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 B6 Erneuerbare Energien Sonne, Wasser, Wind, Wasserstoff und Brennstoffzelle. Es umfasst vier Teilexperimente.Das Experiment setzt sich aus vier Teilexperimenten zusammen: Elektrische Energie aus der Strahlungsenergie des Lichts Elektrische Energie aus Wasserkraft Elektrische Energie aus Windenergie Umwandlung von elektrischer Energie in chemische Energie und umgekehrtZu 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: Dieter Arnold\\, Burkhard Apell fr die Siemens StiftungLizenz: Siemens Stiftung 2021 (CC BY-SA 4.0 international)

Linkliste:Zum gleichnamigen Webquest.Alle Links, die im Webquest Das Nullenergiehaus" verwendet werden, sind hier in einer druckbaren Datei zusammengestellt.Fcher: PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbH (Autor: Dieter Arnold)Lizenz: Siemens Stiftung 2015 (CC BY-SA 4.0 international)

Sachinformation:So bedient man ein Digitalmultimeter richtig und vermeidet Kurzschlsse beim Aufbau von elektrischen Schaltungen.Die Schlerinnen und Schler erlernen den richtigen Umgang mit dem Digitalmultimeter (Sicherheitshinweise, Auswahl des Messbereichs, Anschlieen der Messkabel usw.). Zustzlich werden Schaltkreise fr einfache elektrische Messungen vorgestellt und es wird erklrt, was bei den jeweiligen Messungen zu beachten ist. Ergnzend dazu gibt es Tipps zur Vermeidung von Kurzschlssen beim Aufbau von Schaltungen und zum sachkundigen Umgang mit Batterien und Akkus.Hinweise und Ideen:Die Themen, die in diesem Grundkurs behandelt werden, sind nur in dem Umfang und in der Tiefe dargestellt, wie es fr das Arbeiten mit Experimento | 10+ ntig ist.Fcher: Biologie, Chemie, PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbH unter Verwendung von Medien von: Siemens StiftungLizenz: Siemens Stiftung 2021 (CC BY-SA 4.0 international)

Sachinformation:Informationen zum Energieverbrauch in einem deutschen 4-Personen-Haushalt und den Energieertrgen von erneuerbaren Energieanlagen fr Privathaushalte.Man erfhrt, wie viel Kilowattstunden elektrische Energie und Wrme jhrlich in einem 4-Personen-Haushalt in Deutschland verbraucht werden. Es werden typische Grenordnungen genannt, z.B. fr den Energieverbrauch eines Fhns oder den Heizwert von 1 Kubikmeter Gas.Des Weiteren werden die Energieertrge von Photovoltaik-, Solarthermie- und Geothermie-Anlagen genauer erlutert und konkrete Zahlenwerte genannt.Unter Verwendung der Quellen: Wikipedia; www.musterhaushalt.de; www.einfamilienhaus.org; www.solaranlagen-portal.com; www.paradigma.de; Thermische Solaranlagen fr Warmwasser und Heizung, Fraunhofer ISE Stefan Hess (2012); Checkliste Wrmepumpen 2012/13, Verbraucherzentrale Energieberatung;Fcher: PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbH (Autor: Dieter Arnold)Lizenz: 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)

Leitfaden:Die Technologien fr eine Energieversorgung mit regenerativen Energietrgern werden im berblick vorgestellt und die Bedeutung von Energiespeichern wird in diesem Zusammenhang erlutert.Fachliche Basis- und Hintergrundinformationen zum Thema Regenerative Energien fr die Lehrkraft. Hinweise und Ideen:Der Leitfaden kann auch an die Schlerinnen und Schler zur Vertiefung ausgeteilt werden.Im Zusammenhang mit Windrdern und Stromtrassen wre ein interessanter Rechercheauftrag fr die Schlerinnen und Schler, einmal nachzurecherchieren, wodurch der Bestand an Greifvgeln wie Weihe oder Milan in Deutschland bedroht ist. Man sollte die Schlerinnen und Schler darauf hinweisen, dass auer Stromleitungen und Windrdern auch die Jger und die Auswirkungen der intensiven Landwirtschaft zu bercksichtigen sind. Fcher: Chemie, PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbHLizenz: Siemens Stiftung 2017 (CC BY-SA 4.0 international)

Sachinformation:Wie kann man Wasser als Energietrger nutzen?Unser Planet Erde ist zu ungefhr zwei Dritteln mit Wasser bedeckt. Wasser ist Trger unterschiedlicher Energieformen. Die Wasserkraft (mechanische Energie) der Flsse und Seen ist mit die lteste genutzte Energieform. Wasser ist aber auch Trger thermischer und chemischer Energie. Diese Energieformen wandelt man z.B. bei der Geothermie oder der Brennstoffzellentechnologie in Nutzenergie fr den Menschen um. Egal welche Energieform man nutzt: Die Energieumwandlung ist immer Kohlendioxid-frei!Hinweise und Ideen:Die Nutzung der Wasserkraft im historischen Rckblick bietet Anknpfungspunkte zum Fach Geschichte.Unter Verwendung der Quelle: International Energy Agency (IEA)Fcher: PhysikBibliografie: Siemens StiftungRechteinhaber: MediaHouse GmbHLizenz: Siemens Stiftung 2016 (CC BY-SA 4.0 international)

Webquest:
Die Schülerinnen und Schüler sollen ein Konzept entwickeln, wie die benötigte Energie für einen 4-Personen-Haushalt allein durch die im Haus integrierten regenerativen Energieanlagen produziert werden kann.

Nach einer kurzen Einführung zum Thema erhalten die Schülerinnen und Schüler die Aufgabe sowie eine schrittweise Anleitung zum Vorgehen bei ihren Recherchen und der Konzepterstellung. Die Quellen, die sie für die Recherche nutzen sollen, sind angegeben (auch in einer Linkliste zum Ausdrucken). Zum Schluss werden Kriterien für die Bewertung der Ergebnisse des Webquests genannt.

Hinweise und Ideen:
Alle Medien, die zur Bearbeitung des Webquests erforderlich sind, sind in dieser selbstextrahierenden Datei enthalten. Zudem wird ein Internetanschluss benötigt, da aus dem Webquest heraus auch auf ausgewählte Internetseiten verlinkt wird. Der Webquest kann ganz einfach durch Klick auf die ".exe"-Datei gestartet werden.


Fächer: Physics, Technology, Physik

Bibliografie: Siemens Stiftung

Urheber: MediaHouse GmbH (Autor: Dieter Arnold) unter Verwendung von Medien vom Medienportal der Siemens Stiftung

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