Energie und umweltschutz 1ª

ENERGIE UND UMWELTSCHUTZ

ENERGIEQUELLENENERGIEUMWANDLUNG

ENERGIE UND UMWELTSCHUTZTEIL 1

ENERGIEQUELLENENERGIEUMWANDLUNG

INHALTSVERZEICHNIS:

1. KRAFT UND ENERGIE2. ARBEIT UND ENERGIE3. ENERGIEUMWANDLUNG4. MAßEINHEITEN5. ENERGIEFORMEN6. ENERGIEQUELLEN7. KRAFTWERKE

1. KRAFT UND ENERGIE

• Energie ist ein Mass für die Fähigkeit, Dinge in Bewegung zu setzen.

• Im Wurf eines Balls beispielsweise liegt Bewegungsenergie.

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.

1. KRAFT UND ENERGIE

• Autos nutzen die im Kraftstoff gespeicherte chemische Energie.

• Immer wenn Energie umgesetzt wird, sind Kräfte im Spiel.

2. ARBEIT UND ENERGIE

• Für den Physiker bedeutet Arbeit immer, dass Kraft etwas bewegt

2. ARBEIT UND ENERGIE

Arbeit ist z.B. das Heben einer Kiste: Sie wird von der Muskelkraft über einen

bestimmten Weg befördert.

2. ARBEIT UND ENERGIE

Arbeit = Kraft x Weg

In den Muskeln steckt also die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten.

3. ENERGIEUMWANDLUNG

ENERGIE

ARBEIT

Durch Arbeit wird Energie in eine andere Form umgewandelt.ENERGIE

Energie ermöglicht es , Arbeit zu verrichten.

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.

4. MAßEINHEITEN

ENERGIE IN LEBENSMITTEL

Wir gewinnen die Energie aus unserer Nahrung, in der wiederum Sonnenenergie in Form chemischer Energie gespeichert ist.

4. MAßEINHEITEN

Die verschiedenen Nahrungsmittel liefern Energiemengen, die en Joule (früher in Kalorien) gemessen verden.

4. MAßEINHEITEN

Man müsste beispiesweise 1 kg Tomaten verzehren, um dieselbe Energiemenge aufzunehmen, die schon 24 g Schokolade liefern.

4. MAßEINHEITEN

Beispiel:•Wird ein Apfel von 1

Newton Gewicht um 1 m hochgehoben, so wird eine Arbeit von 1 Joule verrichtet.

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.

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.

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.

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.

5. ENERGIEFORMEN

• Chemische Energie ist z.B. in Kohle und Erdöl gespeichert. Sie wird in Kraftwerken in Wärme oder Elektrizität umgewandelt.

5. ENERGIEFORMEN

• Elektrizität lässt sich für unterschiedlichste Zwecke in andere Formen umwandeln:

5. ENERGIEFORMEN

Zum Beispiel:In Wärmeenergie (Toaster)

5. ENERGIEFORMEN

Bewegungsenergie (Eisenbahn)

5. ENERGIEFORMEN

Schallenergie (Lautsprecher)

5. ENERGIEFORMEN

Strahlungsenergie (Glühbirne)

5. ENERGIEFORMEN

magnetische Energie (Elektromagnet)

der Magnet, -e

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.

5. ENERGIEFORMEN

In den Muskeln des Katzenjungen ist chemische Energie gespeichert.

5. ENERGIEFORMENDas Kätzchen nutzt einen Teil dieser Energie,

um den Baum hinaufzuklettern. Dabei gewinnt es an Lageenergie - je höher es klettert, um so mehr.

5. ENERGIEFORMEN

Fällt es herunter, wird die Lageenergie in Bewegungsenergie umgewandelt.

5. ENERGIEFORMEN

Pflanzen speichern die Energie des Sonnenlichts in Form von chemischer Energie in ihren Blättern.

5. ENERGIEFORMEN

Diese chemische Energie wird bei Nahrungsaufnahme von Tieren durch Verbrennen in Wärme umgewandelt.

5. ENERGIEFORMEN

Solange der Deckel geschlossen ist, besitzt der Kastenteufel in seiner Sprungfeder gespeicherte Lageenergie.

5. ENERGIEFORMEN

Durch die Spannkraft einer Feder wird die Lageenergie des Kastenteufels beim Öffnen des Deckels in Bewegungsenergie umgewandelt.

5. ENERGIEFORMEN

• BEWEGUNGSENERGIE• Die Windkraft treibt bei

einer Windmülle ein Flügelrad an, dessen kinetische Energie (Bewegungsenergie) über Zahnräder auf den Mahlstein übertragen wird.

5. ENERGIEFORMEN

• BEWEGUNGSENERGIE• Je schneller sich das Flügelrad bzw.

der Mahlstein dreht, desto grösser ist die kinetische Energie.

Ec = ½ m v2

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

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.

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.

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.

6. ENERGIEQUELLEN

SOLARENERGIEAus Sonnenlicht kann man Energie

gewinnen, ohne die Umwelt zu verschmutzen. Dazu benötigt man das Fotoelement, das Sonnenlicht in elektrische Energie umwandelt.

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.

6. ENERGIEQUELLEN

WINDENERGIEDie Turbine des Windsrads mit den

Propellerflügeln ist auf einem hohen Turm montiert.

6. ENERGIEQUELLEN

Heute nutzen Windräder den Wind zur Stromerzeugung. Windkraftwerke mit ganzen „Parks“ solcher Windräder werden in der ganzen Welt erprobt.

6. ENERGIEQUELLEN

WASSERKRAFTEtwa ein Fünftel der weltweit

verbrauchten Energie wird durch Wasserkraft erzeugt.

6. ENERGIEQUELLEN

Im Wasserkraftwerk wird die Bewegungsenergie strömenden Wassers genutzt, um eine Turbine anzutreiben, die in Verbindung mit einem Generator der Elektrizitätsgewinnung dient.

6. ENERGIEQUELLEN

6. ENERGIEQUELLEN

Aus Holz wird ENERGIE AUS BIOMASSEDurch Verbrennen wird Energie

freigesetzt. Nahezu die Hälfte der Weltbevölkerung nutzt derartige „Biomasse“ als Energiequelle zum Heizen, Kochen und Beleuchten.

6. ENERGIEQUELLEN

ENERGIE AUS BIOMASSEDer oben abgebildete Inder

verbrennt Biogas, ein überwiegend aus Methan bestehendes Gasgemisch, das aus verrottenden Abfällen wie Stallmist und Stroh gewonnen wird.

6. ENERGIEQUELLEN

ERDWÄRMEDie Temperatur in der Erdkruste steigt

mit zunehmender Tiefe- alle 33 m um durchschnittlich 1ºC. In vulkanischen Regionen erhitzt die Erdwärme Wasseradern.

6. ENERGIEQUELLEN

ERDWÄRMEDas 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.

6. ENERGIEQUELLEN

6. ENERGIEQUELLEN

GEZEITENENERGIEBei 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.

6. ENERGIEQUELLEN

Gezeiten – oder Flutkraftwerke nutzen Energie der Meeresspiegelschwankungen zur Stromerzeugung. Hier wurde ein Meerbecken durch Dämme und Stauwerke abgetrennt.

6. ENERGIEQUELLEN

Das bei Flut gestaute Wasser fließt bei Ebbe wieder ab, wenn der Höhenunterschied der Wasserstände 3 m erreicht hat.

6. ENERGIEQUELLEN

Beim Abfließen strömt das Wasser durch 24 große Turbinen im Stauwerk, die Stromgeneratoren antreiben.

6. KRAFTWERKE

FOSSILE BRENNSTOFFEKohle, 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.

7. KRAFTWERKE

Zudem ist ihr Vorrat nicht unerschöpflich: Bei gegenwärtigem Verbrauch reichen alle fossilen Brennstoffe der Erde noch rund 250 Jahre.

77. KRAFTWERKE

KERNENERGIEIn Atomkernen ist eine unvorstellbar

hohe Energie gespeichert, die in Kernreaktionen freigesetzt wird. Gewaltige Kräfte sind dabei im Spiel.

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.

7. KRAFTWERKE

Mit der Kernspaltung kann man Energie aus Schwermetallen wie Uran oder Plutonium gewinnen.

7. KRAFTWERKE

Das ist möglich, weil Masse in Energie umgewandelt werden kann. Vergleichsweise kleine Mengen Materie werden bei Kernreaktionen in riesige Energiemengen umgewandelt.

7. KRAFTWERKE

7. KRAFTWERKE

http://youtu.be/zGVQCJ_br5w

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).

7. KRAFTWERKE

• Problematisch ist, dass hochradioaktiver Müll mehr als100 000 Jahre von der Umwelt ferngehalten werden muss. Die Eignung vieler Endlager ist jedoch umstritten.

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.

ENDE