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Energie und umweltschutz 1ª
- 2. ENERGIE UND UMWELTSCHUTZ TEIL 1 ENERGIEQUELLEN ENERGIEUMWANDLUNG
- 3. INHALTSVERZEICHNIS: 1. KRAFT UND ENERGIE 2. ARBEIT UND ENERGIE 3. ENERGIEUMWANDLUNG 4. MAßEINHEITEN 5. ENERGIEFORMEN 6. ENERGIEQUELLEN 7. KRAFTWERKE
- 4. 1. KRAFT UND ENERGIE • Energie ist ein Mass für die Fähigkeit, Dinge in Bewegung zu setzen. • Im Wurf eines Balls beispielsweise liegt Bewegungsenergie.
- 5. 1. KRAFT UND ENERGIE • Wind besitzt ebenso Energie wie die Wellen des Meeres. • Ohne Energie wäre ein Leben auf der Erde nicht möglich: Menschen und Tiere benötigen sie zur Fortbewegung.
- 6. 1. KRAFT UND ENERGIE • Autos nutzen die im Kraftstoff gespeicherte chemische Energie. • Immer wenn Energie umgesetzt wird, sind Kräfte im Spiel.
- 7. 2. ARBEIT UND ENERGIE • Für den Physiker bedeutet Arbeit immer, dass Kraft etwas bewegt
- 8. 2. ARBEIT UND ENERGIE Arbeit ist z.B. das Heben einer Kiste: Sie wird von der Muskelkraft über einen bestimmten Weg befördert.
- 9. 2. ARBEIT UND ENERGIE Arbeit = Kraft x Weg In den Muskeln steckt also die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten.
- 10. 3. ENERGIEUMWANDLUNG ENERGIE ARBEIT Durch Arbeit wird Energie in eine andere Form umgewandelt. ENERGIE Energie ermöglicht es , Arbeit zu verrichten.
- 11. 3. ENERGIEUMWANDLUNG BEISPIEL: Die in den Muskeln durch verdaute Nahrung gespeicherte chemische Energie beispielsweise wird durch das Heben in mechanische Energie (Lage- und Bewegungsenergie) umgewandelt.
- 12. 4. MAßEINHEITEN ENERGIE IN LEBENSMITTEL Wir gewinnen die Energie aus unserer Nahrung, in der wiederum Sonnenenergie in Form chemischer Energie gespeichert ist.
- 13. 4. MAßEINHEITEN Die verschiedenen Nahrungsmittel liefern Energiemengen, die en Joule (früher in Kalorien) gemessen verden.
- 14. 4. MAßEINHEITEN Man müsste beispiesweise 1 kg Tomaten verzehren, um dieselbe Energiemenge aufzunehmen, die schon 24 g Schokolade liefern.
- 15. 4. MAßEINHEITEN Beispiel: • Wird ein Apfel von 1 Newton Gewicht um 1 m hochgehoben, so wird eine Arbeit von 1 Joule verrichtet.
- 16. 4. MAßEINHEITEN • JOULE • Das Joule ist die Maßeinheit der Energie. • Es etspricht einem Newtonmeter (Nm), worin auch die Arbeit ausgedrückt wird: • 1 Nm entspricht der Arbeit, die verrichtet wird, wenn eine Kraft von 1 N über einen Weg von 1 m wirkt.
- 17. 4. MAßEINHEITEN • JAMES JOULE (1818-1889) Der britische Physiker James Joule erkannte, dass Energie weder neu geschaffen noch verbraucht, sondern nur von der einen in eine andere Form umgewandelt werden kann.
- 18. 4. MAßEINHEITEN • JAMES JOULE Er stellte fest, dass man nicht nur Wärme in Arbeit umwandeln kann, wie bei der Dampfmaschine, sondern umgekeht auch mechanische Arbeit in Wärme.
- 19. 5. ENERGIEFORMEN • Ein in Ruhe befindlicher Körper besitzt Energie, nämlich Lageenergie (potenzielle Energie). • Sie ist in ihm gespeichert und kann in Bewegungsenergie (kinetische Energie) umgewandelt werden.
- 20. 5. ENERGIEFORMEN • Chemische Energie ist z.B. in Kohle und Erdöl gespeichert. Sie wird in Kraftwerken in Wärme oder Elektrizität umgewandelt.
- 21. 5. ENERGIEFORMEN • Elektrizität lässt sich für unterschiedlichste Zwecke in andere Formen umwandeln:
- 22. 5. ENERGIEFORMEN Zum Beispiel: In Wärmeenergie (Toaster)
- 26. 5. ENERGIEFORMEN magnetische Energie (Elektromagnet) der Magnet, -e
- 27. 5. ENERGIEFORMEN In den Batterien dieses tragbaren Kleinstfernsehers ist chemische Energie gespeichert. Wird der Stromkreis geschlossen, so wird sie in Wärme, Licht und Schall umgewandelt.
- 28. 5. ENERGIEFORMEN In den Muskeln des Katzenjungen ist chemische Energie gespeichert.
- 29. 5. ENERGIEFORMEN Das Kätzchen nutzt einen Teil dieser Energie, um den Baum hinaufzuklettern. Dabei gewinnt es an Lageenergie - je höher es klettert, um so mehr.
- 30. 5. ENERGIEFORMEN Fällt es herunter, wird die Lageenergie in Bewegungsenergie umgewandelt.
- 31. 5. ENERGIEFORMEN Pflanzen speichern die Energie des Sonnenlichts in Form von chemischer Energie in ihren Blättern.
- 32. 5. ENERGIEFORMEN Diese chemische Energie wird bei Nahrungsaufnahme von Tieren durch Verbrennen in Wärme umgewandelt.
- 33. 5. ENERGIEFORMEN Solange der Deckel geschlossen ist, besitzt der Kastenteufel in seiner Sprungfeder gespeicherte Lageenergie.
- 34. 5. ENERGIEFORMEN Durch die Spannkraft einer Feder wird die Lageenergie des Kastenteufels beim Öffnen des Deckels in Bewegungsenergie umgewandelt.
- 35. 5. ENERGIEFORMEN • BEWEGUNGSENERGIE • Die Windkraft treibt bei einer Windmülle ein Flügelrad an, dessen kinetische Energie (Bewegungsenergie) über Zahnräder auf den Mahlstein übertragen wird.
- 36. 5. ENERGIEFORMEN • BEWEGUNGSENERGIE • Je schneller sich das Flügelrad bzw. der Mahlstein dreht, desto grösser ist die kinetische Energie. Ec = ½ m v2
- 37. 5. ENERGIEFORMEN • LAGEENERGIE • Lageenergie (potenzielle Energie) ist die Energie, die ein Körper auf Grund seiner Lage im Raum oder seines Zustands hat. Die Lage kann durch verschiedene Kräfte erzeugt oder verändert werden. Ep = m h g
- 38. 6. ENERGIEQUELLEN Die Sonne ist ein großer Energie- und Lebensspender: Allein das Sonnenlicht, das järlich auf US- amerikanische Straßen fällt, könnte doppelt so viel Energie liefern, wie weltweit aus Kohle und Erdöl gewonnen wird.
- 39. 6. ENERGIEQUELLEN Die Sonne sorgt nicht nur für das Wachstum der Pflanzen, die Licht in chemische Energie umwandeln und im Laufe der Jahrmillonen zu fossilen Energieträgern wie Steinkohle wurden. Sie trägt auch zur Entstehung von Wind bei, der als Energiequelle genutzt werden kann.
- 40. 6. ENERGIEQUELLEN Nur die Kernenergie, die chemische Energie in Batterien, die Gezeiten und die Erdwärme hängen nicht direkt mit der Sonne zusammen. Sonnenenergie ist ein „regeneretiver“ Energieträger, d.h. sie ist unbegrenzt.
- 41. 6. ENERGIEQUELLEN SOLARENERGIE Aus Sonnenlicht kann man Energie gewinnen, ohne die Umwelt zu verschmutzen. Dazu benötigt man das Fotoelement, das Sonnenlicht in elektrische Energie umwandelt.
- 42. 6. ENERGIEQUELLEN Aus Fotozellen setzen sich auch die Sonnensegel der Satelliten zusammen. Ferner dienen sie als Energie quellen für Taschenrechner, Funkfeuer und Navigationshilfen in der Seefahrt.
- 43. 6. ENERGIEQUELLEN WINDENERGIE Die Turbine des Windsrads mit den Propellerflügeln ist auf einem hohen Turm montiert.
- 44. 6. ENERGIEQUELLEN Heute nutzen Windräder den Wind zur Stromerzeugung. Windkraftwerke mit ganzen „Parks“ solcher Windräder werden in der ganzen Welt erprobt.
- 45. 6. ENERGIEQUELLEN WASSERKRAFT Etwa ein Fünftel der weltweit verbrauchten Energie wird durch Wasserkraft erzeugt.
- 46. 6. ENERGIEQUELLEN Im Wasserkraftwerk wird die Bewegungsenergie strömenden Wassers genutzt, um eine Turbine anzutreiben, die in Verbindung mit einem Generator der Elektrizitätsgewinnung dient.
- 48. 6. ENERGIEQUELLEN Aus Holz wird ENERGIE AUS BIOMASSE Durch Verbrennen wird Energie freigesetzt. Nahezu die Hälfte der Weltbevölkerung nutzt derartige „Biomasse“ als Energiequelle zum Heizen, Kochen und Beleuchten.
- 49. 6. ENERGIEQUELLEN ENERGIE AUS BIOMASSE Der oben abgebildete Inder verbrennt Biogas, ein überwiegend aus Methan bestehendes Gasgemisch, das aus verrottenden Abfällen wie Stallmist und Stroh gewonnen wird.
- 50. 6. ENERGIEQUELLEN ERDWÄRME Die Temperatur in der Erdkruste steigt mit zunehmender Tiefe- alle 33 m um durchschnittlich 1ºC. In vulkanischen Regionen erhitzt die Erdwärme Wasseradern.
- 51. 6. ENERGIEQUELLEN ERDWÄRME Das heiße Wasser kann zu Heizzwecken, der Wasserdampf zur Stromerzeugung genutzt werden. Wo es keine Wasseradern gibt, wird Wasser künstlich in Erdspalten gepresst, erhitzt und verdampft.
- 53. 6. ENERGIEQUELLEN GEZEITENENERGIE Bei Saint-Malo an der nordfranzösischen Küste steht das erste große Gezeitenkraftwerk. Es liefert 240 MW, genug, um eine Stadt mit 300 000 Einwohnern mit Strom zu versorgen.
- 54. 6. ENERGIEQUELLEN Gezeiten – oder Flutkraftwerke nutzen Energie der Meeresspiegelschwankungen zur Stromerzeugung. Hier wurde ein Meerbecken durch Dämme und Stauwerke abgetrennt.
- 55. 6. ENERGIEQUELLEN Das bei Flut gestaute Wasser fließt bei Ebbe wieder ab, wenn der Höhenunterschied der Wasserstände 3 m erreicht hat.
- 56. 6. ENERGIEQUELLEN Beim Abfließen strömt das Wasser durch 24 große Turbinen im Stauwerk, die Stromgeneratoren antreiben.
- 57. 6. KRAFTWERKE FOSSILE BRENNSTOFFE Kohle, Erdöl und Erdgas nennt man fossile Brennstoffe, weil sie aus den Überresten von vor Jahrmillonen abgestorbenen Lebewesen entstanden sind. Fossile Brennstoffe sind zwar nützliche Energieträger, setzen beim Verbrennen aber Kohlendioxid (CO2) frei, das zur Erwärmung der Erdatmosphäre beiträgt.
- 58. 7. KRAFTWERKE Zudem ist ihr Vorrat nicht unerschöpflich: Bei gegenwärtigem Verbrauch reichen alle fossilen Brennstoffe der Erde noch rund 250 Jahre.
- 59. 7 7. KRAFTWERKE KERNENERGIE In Atomkernen ist eine unvorstellbar hohe Energie gespeichert, die in Kernreaktionen freigesetzt wird. Gewaltige Kräfte sind dabei im Spiel.
- 60. 7. KRAFTWERKE In der Sonne findet die Kernverschmelzung leichter Atomkerne statt. Dord wird unter Abgabe von Energie Wasserstoff in Helium umgewandelt. Die Kernfusionsreaktoren sind aber noch im Versuchsstadium.
- 61. 7. KRAFTWERKE Mit der Kernspaltung kann man Energie aus Schwermetallen wie Uran oder Plutonium gewinnen.
- 62. 7. KRAFTWERKE Das ist möglich, weil Masse in Energie umgewandelt werden kann. Vergleichsweise kleine Mengen Materie werden bei Kernreaktionen in riesige Energiemengen umgewandelt.
- 63. 7. KRAFTWERKE
- 65. 7. KRAFTWERKE ATOMMÜLL • Nach einer Zeit müssen die Brennstäbe eines Atomreaktors ausgetauscht werden. Sie sind jedoch hochradioaktiv und deshalb gefärlich- die Strahlung kann lebende Zellen schädigen. Deshalb werden sie in dicht verschlossenen Behältern tief unter der Erde gelagert: in Endlagern (Salzstöcke, Berkwerke).
- 66. 7. KRAFTWERKE • Problematisch ist, dass hochradioaktiver Müll mehr als 100 000 Jahre von der Umwelt ferngehalten werden muss. Die Eignung vieler Endlager ist jedoch umstritten.
- 67. 7. KRAFTWERKE LASERKERNFUSION • Eine andere Möglichkeit, Atomkerne zu verschmelzen, erhofft man sich von Laserstrahlen. Dabei versucht man, ein Plasma herzustellen, in dem kleine Kügelchen aus einem gefrorenem Deuterium-Tritium-Gemisch mit Laserstrahlimpulsen beschossen werden.
- 68. ENDE