Einstieg
Wenn du abends mit Nabendynamo Fahrrad fährst, leuchtet vorne die Lampe. Woher kommt die Energie für das Licht? Aus dem Dynamo. Und der Dynamo? Aus der Drehung des Rades. Und die? Aus deinen Beinen. Und deine Beine? Aus deinem Frühstück. Verfolgt man so den Weg der Energie, erhält man eine Kette.
Erklärung
Energiewandler und Energieübertragung
Energie geht nicht verloren und entsteht nicht aus dem Nichts. Sie wird von einem Körper auf einen anderen übertragen und dabei oft in eine andere Form umgewandelt. Ein Gerät oder Lebewesen, in dem das geschieht, heißt Energiewandler.
| Energiewandler | zugeführt | abgegeben (genutzt) | abgegeben (nicht genutzt) |
|---|---|---|---|
| Elektromotor | elektrische Energie | Bewegungsenergie | thermische Energie |
| Solarzelle | Strahlungsenergie | elektrische Energie | thermische Energie |
| Wasserkocher | elektrische Energie | thermische Energie des Wassers | thermische Energie der Umgebung |
| Mensch | chemische Energie (Nahrung) | Bewegungsenergie | thermische Energie |
| Generator, Dynamo | Bewegungsenergie | elektrische Energie | thermische Energie |
Energieübertragungsketten
Verbindet man mehrere Energiewandler hintereinander, erhält man eine Energieübertragungskette (auch Energieumwandlungskette). Man zeichnet sie als Folge von Kästchen (Wandler) und Pfeilen (übertragene Energie):
Die gestrichelten Pfeile zeigen etwas, das an jeder Stelle passiert: Ein Teil der Energie geht als thermische Energie an die Umgebung. Diesen Energiestrom in die Umgebung darfst du in keiner Kette vergessen.
Wo kommt die Energie ursprünglich her?
Verfolgt man viele Ketten weit genug zurück, landet man bei der Sonne: Pflanzen speichern Sonnenenergie als chemische Energie (Fotosynthese), Kohle, Erdöl und Erdgas sind Reste von Pflanzen und Tieren aus früheren Erdzeitaltern, Wind und Regen werden von der Sonne angetrieben. Ausnahmen sind zum Beispiel Kernenergie, Erdwärme und die Gezeiten.
So zeichnest du eine Kette
- Beginne beim Energievorrat (Nahrung, Brennstoff, Sonne, Batterie).
- Schreibe jeden Energiewandler in ein Kästchen.
- Beschrifte jeden Pfeil mit der Energieform, die übertragen wird.
- Ende beim Ziel (Licht im Raum, warmes Wasser, fahrendes Auto).
- Zeichne an jedem Wandler den Pfeil „thermische Energie an die Umgebung“.
Beispiele
Beispiel 1: Wasserkraftwerk
Lageenergie des Wassers im Stausee → (Rohr) Bewegungsenergie des Wassers → Turbine → Bewegungsenergie der Welle → Generator → elektrische Energie → Leitungen → Haushalt. An Turbine, Generator und Leitungen geht thermische Energie an die Umgebung.
Beispiel 2: Taschenlampe
Chemische Energie der Batterie → elektrische Energie → LED → Licht. In Batterie und LED wird ein Teil zu thermischer Energie, die LED wird leicht warm.
Beispiel 3: Ein Ball wird geworfen
Chemische Energie (Nahrung) → Muskeln → Bewegungsenergie des Balls → beim Aufsteigen Lageenergie → beim Herunterfallen wieder Bewegungsenergie → beim Aufprall thermische Energie und Schall.
Merksatz
Energie wird von einem Körper auf einen anderen übertragen und dabei in andere Formen umgewandelt. Eine Energieübertragungskette zeigt die Energiewandler und die übertragenen Energieformen. An jedem Wandler geht ein Teil der Energie als thermische Energie an die Umgebung.
Übungen
Grundlagen
- Zeichne die Energieübertragungskette für einen Föhn.
- Nenne drei Energiewandler und gib jeweils die zugeführte und die genutzte Energieform an.
- Erkläre, warum an jeder Stelle einer Kette ein Pfeil zur Umgebung gehört.
Weiter
- Zeichne die Kette für ein E-Auto, dessen Akku mit Strom aus einer Solaranlage geladen wurde.
- Verfolge die Energie, die in einem Brötchen steckt, bis zu ihrem Ursprung zurück.
- Paul sagt: „Der Dynamo erzeugt Energie.“ Verbessere seine Aussage.
Knobeln
- Zeichne die Kette für ein Pumpspeicherkraftwerk, das nachts mit Strom Wasser nach oben pumpt und tagsüber damit wieder Strom erzeugt. Warum bekommt man weniger elektrische Energie zurück, als man hineingesteckt hat?
- Finde eine Energieübertragungskette, die nicht bei der Sonne beginnt.
Lösungen
- Elektrische Energie (Steckdose) → Föhn: Heizdraht → thermische Energie der Luft. Föhn: Motor → Bewegungsenergie der Luft. Thermische Energie an die Umgebung (Gehäuse, Raum).
- Zum Beispiel: Elektromotor: elektrische Energie → Bewegungsenergie. Solarzelle: Strahlungsenergie → elektrische Energie. Kerze: chemische Energie → Licht und thermische Energie.
- In jedem Energiewandler wird ein Teil der Energie durch Reibung, elektrischen Widerstand oder Wärmeabgabe zu thermischer Energie, die sich in der Umgebung verteilt. Ohne diesen Pfeil wäre die Kette unvollständig.
- Sonnenlicht (Strahlungsenergie) → Solarzelle → elektrische Energie → Ladegerät → Akku (chemische Energie) → elektrische Energie → Motor → Bewegungsenergie des Autos. An jeder Station thermische Energie an die Umgebung.
- Brötchen (chemische Energie) ← Mehl ← Getreide ← Fotosynthese ← Sonnenlicht.
- Der Dynamo erzeugt keine Energie. Er wandelt Bewegungsenergie in elektrische Energie um.
- Nachts: elektrische Energie → Pumpe → Lageenergie des Wassers oben. Tagsüber: Lageenergie → Bewegungsenergie des Wassers → Turbine → Generator → elektrische Energie. In Pumpe, Rohren, Turbine und Generator wird jeweils ein Teil zu thermischer Energie der Umgebung. Deshalb ist die zurückgewonnene elektrische Energie kleiner.
- Zum Beispiel ein Kernkraftwerk: Kernenergie des Urans → thermische Energie → Dampf → Turbine → Generator → elektrische Energie. Oder Erdwärme, die ein Haus heizt.