3.2 Energie – Unterrichtsmaterial
Das Federpendel und der harmonische Oszillator
Dieses Lehrmittel behandelt ausführlich das waagrechte und senkrechte Federpendel als Beispiele für harmonische Oszillatoren. Es enthält mathematische Herleitungen zu Schwingungsdauer, Frequenz und Gesamtenergie sowie ein Anwendungsbeispiel zur Massenbestimmung in der Schwerelosigkeit.
Leitprogramm Photovoltaik
Dieses umfassende Leitprogramm führt in die direkte Nutzung der Sonnenenergie durch Solarzellen ein. Es behandelt physikalische Grundlagen wie Arbeit, Energie, Atombau und Gleichstromlehre anhand eines strukturierten Fundaments und vertiefender Addita.
Dampfmaschine und Verbrennungsmotoren
Der Text behandelt die Funktionsweise und Geschichte verschiedener Wärmekraftmaschinen wie der Dampfmaschine, dem Ottomotor, dem Dieselmotor sowie dem Zwei- und Wankelmotor. Dabei werden thermodynamische Kreisprozesse und die Umwandlung von Wärme- in Bewegungsenergie anschaulich erklärt.
Wärmepumpen und Kältemaschinen
Dieses Lehrmittelkapitel erklärt detailliert die physikalischen Prinzipien von Wärmepumpen und Kältemaschinen. Es behandelt den Kreisprozess mit Zustandsänderungen, die Leistungszahlen sowie die thermodynamischen Grundlagen inklusive der maximal möglichen Leistungszahlen.
Kondensatoren
Dieses Lehrmittel behandelt ausfuehrlich den Kondensator, seine Eigenschaften wie Kapazität und gespeicherte elektrische Feldenergie, verschiedene Bauformen sowie Anwendungen und Schaltungen im elektrischen Stromkreis.
Umwandlung von Masse und Energie
Dieses umfassende Unterrichtsmaterial behandelt die Äquivalenz von Masse und Energie nach der speziellen Relativitätstheorie sowie nukleare Phänomene wie Massendefekt, Bindungsenergie, Kernspaltung, Kettenreaktion, Kernfusion und Teilchen-Antiteilchen-Annihilation. Es enthält ausführliche physikalische Herleitungen, Berechnungen und technische Anwendungen wie Kernkraftwerke und PET-Scanner.
Ideale Kreisprozesse und Wirkungsgrad
Dieses Lehrmaterial behandelt thermodynamische Kreisprozesse, Wärmekraftmaschinen sowie Wärmepumpen und erklärt die Berechnung des thermischen Wirkungsgrads anhand des Stirling- und Carnot-Prozesses. Es vergleicht reversible und irreversible Prozesse und beleuchtet die theoretischen Grenzen des Wirkungsgrads in der Praxis.
Thermodynamische Prozesse und Zustandsänderungen von Gasen
Der Text behandelt thermodynamische Prozesse und Zustandsänderungen von Gasen im Detail. Es werden isobare, isochore, isotherme sowie adiabatische Prozesse erklärt, der erste Hauptsatz der Thermodynamik eingeführt und die Darstellung im p-V-Diagramm erläutert.
Arbeit im Gravitationsfeld
Das Lehrmaterial behandelt die Hubarbeit im Gravitationsfeld bei grossen Höhen, die Herleitung über Integralrechnung sowie elementare Summenapproximation und führt die Begriffe der konservativen Kraft, Bindungsenergie, des Gravitationspotenzials und von Äquipotenzialflächen ein.
Bewegungsenergie drehender und rollender Körper
Dieses Lehrmittel behandelt ausführlich die Rotationsenergie, das Trägheitsmoment und den Satz von Steiner sowie die Anwendung bei rollenden Körpern und im Looping. Es verbindet theoretische Formeln und Herleitungen mit praxisnahen Anwendungsbeispielen aus Physik und Technik.
Hub-, Spann- und Beschleunigungsarbeit
Der Text behandelt verschiedene Arten physikalischer Arbeit wie Hub-, Beschleunigungs- und Spannarbeit inklusive Herleitungen über geometrische Überlegungen und Integralrechnung. Zudem wird die goldene Regel der Mechanik sowie die mikroskopische Funktionsweise von Muskelarbeit erläutert.
Bernoulli-Gleichung und ihre Anwendungen
Der Text erklärt die Bernoulli-Gleichung für reibungsfreie und inkompressible Fluide sowie deren Herleitung über die Arbeit und den Energiesatz. Zudem werden verschiedene Anwendungen wie waagrechte Strömungen, ruhende Flüssigkeiten und das Torricellische Ausflussgesetz mathematisch hergeleitet und besprochen.
Seil- und Flaschenzüge
Der Text erklärt ausführlich die physikalischen Grundlagen von festen Rollen, losen Rollen sowie verschiedenen Flaschenzugarten wie dem Faktoren-, Potenz- und Differenzialflaschenzug. Dabei werden Kraftübersetzungen, Hebelgesetze und die goldene Regel der Mechanik mithilfe mathematischer Formeln und Herleitungen anschaulich erläutert.
Energiesatz in der Mechanik
Dieses Unterrichtsmaterial verbindet potenzielle und kinetische Energie anhand einer realen Fallbewegung. Mittels einer Videoanalyse wird der Zusammenhang zwischen der Lageenergie, der Bewegungsenergie und der Geschwindigkeit experimentell untersucht.
Stösse: Impulserhaltung im Sport und Simulationen
Das Material behandelt Stösse anhand von realen Beispielen aus dem Sport wie Curling und Hornussen sowie Java-Applets zur Simulation elastischer und unelastischer Stösse. Es enthält Aufgaben zur Geschwindigkeitsabschätzung und Videoanalysen von zentralen und schiefen Stössen.
Rotationsenergie und Trägheitsmoment am Maxwellrad
Das Material behandelt die Rotationsenergie und das Trägheitsmoment anhand des Beispiels eines Maxwellrades. Es wird diskutiert, wie Näherungen für das Trägheitsmoment durch Zeitmessungen beim Abrollen überprüft und angepasst werden können.
Experiment zu Wärmepads und Latentwärmespeichern
Dieses Unterrichtsmaterial leitet zu einem experimentellen Praktikum an, bei dem die abgegebene Energie und spezifische Erstarrungswärme von Natriumacetat-Wärmepads gemessen wird. Die Schülerinnen und Schüler führen Messungen durch, werten die Ergebnisse inklusive Messunsicherheiten aus und diskutieren Abweichungen zum Literaturwert.
Leistung, Wirkungsgrad und Stromkosten
Dieses Material enthält eine Sammlung von Kontrollfragen, Übungsaufgaben und Berechnungen rund um die Themen Leistung, Wirkungsgrad, Energieumwandlung und Stromkosten. Es beinhaltet zudem Schülerergebnisse sowie Reflexionen zu einer selbstorganisierten Erarbeitungsphase.
Ergänzungen zu Wärmeleitung und Strahlung
Das Unterrichtsmaterial enthält Aufgaben und Kurzexperimente zum Wärmetransport, insbesondere zur thermischen Strahlung der Sonne sowie zur Verlustleistung von isolierten Warmwasserleitungen.
Kurzexperimente zur Strahlung der Sonne
Das Material enthält vier praktische Kurzexperimente zur Strahlung der Sonne, bei denen Schülerinnen und Schüler eigenständig Messungen durchführen, Temperaturen und Zeiten erfassen sowie die Strahlungsleistung und Globalstrahlung bestimmen.
Modell-Solar-Anlage
Dieses Unterrichtsmaterial beschreibt den Aufbau und Betrieb einer Modell-Solaranlage an einem Gymnasium. Anhand von echten Messdaten zu Temperaturen und Wasserdurchsatz werden thermische Zustände, Energieumwandlungen und Wirkungsgrade untersucht.
Unterrichtsplan und Materialien zur Thermodynamik
Umfassender Kursplan und Materialsammlung zur Thermodynamik für das Gymnasium. Enthält Sequenzen zu thermischen Eigenschaften der Materie, Aggregatszuständen, idealen Gasen, Wärmelehre und Kreisprozessen.
Werkstatt Niedrigenergiehäuser
Diese Unterrichtsmaterialien für zwei Lektionen behandeln anhand von acht konkreten Fallbeispielen aus der Schweiz und Deutschland den energetischen Aufbau und die Funktionsweise von Niedrigenergiehäusern. Schülerinnen und Schüler wenden dabei ihr Wissen über Energieformen, Arbeit, Leistung, Wirkungsgrad sowie Solarenergie praktisch an.
6 Schülerexperimente mit Vernier LabPro
Eine Sammlung von sechs Schülerexperimenten für die Sekundarstufe II, die Themen wie Koordinatensysteme, Beschleunigungsmessungen, Kräfte und den Energieerhaltungssatz behandeln. Die Versuche nutzen digitale Hilfsmittel und Messwerterfassung, um physikalische Zusammenhänge experimentell zu erforschen.
Kreisbewegungen (Leitprogramm)
Dieses Leitprogramm führt Schülerinnen und Schüler im Umfang von 8 bis 10 Lektionen in die physikalischen Grundlagen von Kreisbewegungen ein. Es behandelt sowohl kinematische als auch dynamische Aspekte sowie den Energiesatz anhand von alltäglichen Beispielen und Anwendungen.
Wärmearbeit (Werkstatt)
Diese Unterrichtswerkstatt behandelt verschiedene Wärmekraftmaschinen wie Dampfmaschinen, Stirlingmotoren, Verbrennungsmotoren, Kühlschränke und Wärmepumpen. Sie setzt Vorkenntnisse in Mechanik und Wärmelehre voraus und umfasst Anwendungen von Kreisprozessen sowie Energieumwandlungen.
Dampf- und Gasturbinen
Dieses Lehrmaterial erklärt die physikalischen Grundlagen und Funktionsweisen von Dampfturbinen, Gasturbinen und Raketentriebwerken. Es behandelt thermodynamische Kreisprozesse wie den Clausius-Rankine-Kreisprozess und den Joule-Kreisprozess sowie deren praktische Anwendungen in Kraftwerken und der Luftfahrt.
Erhaltungssätze in der Physik
Der Text führt in das Konzept der Erfahrungssätze und Erhaltungssätze in der Physik ein. Anhand des Beispiels der Massenerhaltung von Lavoisier und einem Ausblick auf Energie- und Impulserhaltung wird die fundamentale Bedeutung dieser Sätze für physikalische Prozesse erläutert.
Entropie und der Zeitpfeil
Dieses Lehrmaterial behandelt die Entropie, den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, die Qualität von Energie und den Begriff der Energieentwertung. Anhand von Beispielen wie dem Gasteilchen-Modell und dem Stirling-Prozess wird die statistische Deutung der Unordnung veranschaulicht.
Physikalische Arbeit
Der Text erklärt die Definition, Berechnung und Einheit der physikalischen Arbeit als Produkt aus Kraft und Weg. Dabei werden sowohl der Spezialfall konstanter Kräfte als auch die Bestimmung über Flächeninhalte im Kraft-Orts-Diagramm und das Skalarprodukt behandelt.
Rotorflug und Hubschrauber-Physik
Der Text erklärt die physikalischen Prinzipien von Drehflüglern wie Hubschraubern und Quadrokoptern. Dabei werden Themen wie Auftrieb, Drehimpulserhaltung, Steuerungsmethoden und die Funktion von Taumelscheiben behandelt.
Erhaltungssätze der Mechanik: Energieerhaltung und ballistisches Pendel
Dieses Unterrichtsmaterial behandelt den Energieerhaltungssatz der Mechanik anhand der Herleitung für den freien Fall in Form einer Bildfolge. Zudem werden Anwendungen wie das ballistische Pendel durch Videoverweise und eine physikalische Fragestellung zu einer Wasserfontäne im Technorama vertieft.
Gegenüberstellung und Zusammenhang von Translations- und Rotationsgrössen
Das Material bietet eine übersichtliche tabellarische Gegenüberstellung sowie die mathematischen Zusammenhänge zwischen Translations- und Rotationsgrössen in der Mechanik. Es dient als kompakte Formelsammlung und Referenz für die Kinematik und Dynamik von Rotationsbewegungen.
Arbeit, Leistung, Energie - Sammlung von Lehrmaterialien und Aufgaben
Eine Link- und Materialsammlung zu den Themen Arbeit, Leistung und Energie für den Physikunterricht. Sie enthält Skripte, Aufgaben (teilweise mit konkreten Berechnungen wie dem Eiffelturm-Beispiel), Quizfragen sowie erklärende Videos.
Kernenergie - Sammlung von Erklärungen und Medien
Das Material bietet eine Sammlung von Verweisen auf Erklärvideos, Wikipedia-Artikel und Präsentationsfilme zum Thema Kernenergie, Bindungsenergie und Masse-Energie-Äquivalenz. Lernende sollen sich anhand dieser Medien in die Thematik einarbeiten und das Gelernte anwenden.
Unterrichtsmaterial zum Thema Impuls und Impulserhaltung
Diese Materialsammlung bietet Links zu Videos, Aufgaben, Musterlösungen und praktischen Beispielen rund um das Thema Impuls, Impulserhaltung und Stösse. Es dient als nützliche Übersicht und Linksammlung für den Physikunterricht auf Gymnasialstufe.
Mobilitätstag 2016 - Antrieb und Fortbewegung
Ein Bericht und Materialien zu einem Stand an einem Mobilitätstag, der physikalische Spielereien zum Thema Antrieb und Fortbewegung sowie Aspekte der Energie und Energieumwandlung bei der Mobilität präsentiert. Es werden spielerische Zugänge und Fragebögen zum persönlichen Energieaufwand thematisiert.
Das Perpetuum mobile
Der kurze Text beschreibt Beobachtungen an Modellen im Deutschen Museum und in der Schule, darunter einen Trinkvogel. Er regt dazu an, kritisch zu hinterfragen, ob es sich dabei um ein Perpetuum mobile handelt.
Zeichentrickfilm zur Kernspaltung
Ein kurzer animierter Zeichentrickfilm veranschaulicht den Prozess der Kernspaltung von Uran durch langsame Neutronen. Das Material zeigt schematisch die Aufnahme eines Neutrons, den Zerfall in Tochterkerne und die Freisetzung weiterer Neutronen.
Energietag 2008 - Materialien und Plakate
Eine Sammlung von fünf Plakaten und Begleitmaterialien zu einem Energietag, die Themen wie Perpetuum mobile, Energieumwandlungen und Energiebegriffe behandeln. Die Inhalte bieten anschauliche Beispiele für den Energieunterricht.