Klassenstufen 7 und 8

ENERGIE

Effizienter Umgang mit Energie – Quellen, Umwandlung, Transport, Speicherung

Kurzbeschreibung

Die Leitperspektive Bildung für nachhaltige Entwicklung setzt die Themen Energieversorgung und Energiesparen in den Fächern Physik und Naturwissenschaft und Technik in den Fokus. Die Versuchsreihe greift folgende Themen auf, die den Energiebegriff charakterisieren: Energieumwandlung, regenerative Energieerzeugung durch Wind und Sonne, die Effizienz von Haushaltsgeräten sowie die Wirkungsgrade von Elektromotoren und thermische Energieverluste. Die Schüler*innen erforschen selbstständig die Kernmechanismen der Energieumwandlung, z. B. am Pumpspeicherkraftwerk.

Zielgruppe

Physik und NWT
geeignet für
Klassenstufe 8 bis 12
Max. 32 Schüler*innen
in 3er- oder 4er-Gruppen

Dauer

4 Stunden mit Pause
Laborführung optional

Einführung

in die Versuchsreihe für
Interessierte auf Nachfrage

Termine

Donnerstags auf Anfrage. Andere Tage sind nach Absprache möglich.

Kontaktformular

Stationen und Lernziele

Die folgenden Stationen können Sie frei kombinieren. Bitte wählen Sie genügend Stationen aus, sodass die Schüler*innen in 3er- oder 4er-Gruppen arbeiten können.

  • Energieumwandlung – Hier werden Umwandlungsprozesse veranschaulicht, ein Energieflussdiagramm erstellt, Leistungen und Wirkungsgrade bei Energieumwandlungen berechnet.
  • Energieerhaltung – Die Schüler*innen formulieren den Energieerhaltungssatz und wenden diesen an. Durch Energiebilanzierung berechnen sie die Geschwindigkeit eines Fadenpendels und überprüfen diese durch Messung.
  • Energieentwertung – Die Schüler*innen untersuchen vermeintliche Energieverluste mit der Wärmebildkamera und erkennen, dass scheinbar verschwundene Energie zu thermischer Energie wird.
  • Energiespeicherung – Anhand eines Modells eines Pumpspeicherkraftwerks werden verschiedene Möglichkeiten Energie zu speichern physikalisch und gesellschaftlich beleuchtet.
  • Wirkungsgrad von Haushaltsgeräten – Die Schüler*innen erhitzen Wasser mit unterschiedlichen Methoden. Sie messen und berechnen die benötigte Leistung und den erreichten Wirkungsgrad und vergleichen und bewerten die Ergebnisse.
  • Solarenergie – Die Schüler*innen messen Kennlinien von Solarzellen und bestimmen die elektrische Leistung unter verschiedenen Bedingungen (abhängig vom Verbraucher, Reihenschaltung und Parallelschaltung).
  • Wirkungsgrad eines Elektromotors – Die Schüler*innen bestimmen den Wirkungsgrad eines Elektromotors.
  • Energienutzung – Der Energiebedarf der Gesellschaft wird physikalisch und gesellschaftlich behandelt.

Alltagsformulierungen wie Energieerzeugung und Energieverbrauch können physikalisch gedeutet werden. Die Schüler*innen können Energieumwandlungsketten konzipieren und aufbauen. Die Schüler*innen können Energieumwandlungen anhand ihrer Wärmeverluste beurteilen. Sie können ihr Verhalten und ihre Umgebung hinsichtlich ihres Energieverbrauchs bewerten. Sie können verschiedene Verfahren zur Energieerzeugung
vergleichen und bewerten.

Vorwissen

Die Schüler*innen haben verschiedene Energieformen kennengelernt. Die Begriffe Arbeit, Energie, Wirkungsgrad und Leistung sowie Parallel- und Reihenschaltung sind bekannt. Die Schüler*innen beherrschen den Umgang mit dem Multimeter.

Anknüpfung an den aktuellen Bildungsplan

Die Schüler*innen experimentieren eigenständig, stellen Hypothesen auf und überprüfen diese, z. B. anhand Energieübertragungsketten. Aufbauend auf Alltagserfahrungen wird der Begriff Energieerhaltung beschrieben. Das scheinbare Verschwinden von Energie bei Energieumwandlungen kann mit thermischen Verlusten erklärt und gemessen werden. Sie erarbeiten sich die Begriffe Wirkungsgrad und Effizienz an Beispielen aus Technik und Alltag, können daraus Verhaltensregeln ableiten und technische Lösungen beurteilen.

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