1(C) 1999-2001, Hermann Knoll, HTW Chur, Fachhochschule Ostschweiz

Bilanzierbare physikalische Grössen

Lernziel:

• Die Energie als bilanzierbare Grösse erkennen und damit einfache Aufgaben lösen können.

Themen:• Mengenartige Grössen der Physik• Energiefluss - Energiequelle• Energiebilanz

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E2: Wasser- und Energiespeicher

Ein Stausee hat eine Oberfläche von 0.15 km2 und eine mittlere Tiefe von 30 m. eine Turbinenstation mit Generatoren liegt 50 m unter dem anfänglichen Wasserspiegel. Man beobachtet, dass innerhalb von zwei Tagen der Wasserspiegel um 2.0 m absinkt. Gleichzeitig fliesst durch einen kleinen Fluss ein Wasserstrom von 0.87 m3/s in den Stausee.

a) Wie viel Wasser ist in den Stausee geflossen? b) Wieviel Wasser wurde aus dem Stausee abgelassen? c) Wie viel Energie kam mit dem Wasser aus dem Fluss in den See? d) Um wie viel hat sich die gespeicherte Energie geändert? e) Wie viel Energie wurde mit dem abgelassenen Wasser freigesetzt? f) Wie gross ist die mittlere elektrische Leistung des Kraftwerks bei einem Wirkungsgrad von 85%?

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Beispiel E2

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Aufgaben• In einem Vorgang ist die (schwere) Masse der Energieträger. a) Um was

für einen Vorgang handelt es sich ? b) Geben Sie Beispiele für solche Vorgänge.

• Heizöl fliesst in einen Tank. a) Um welchen Prozess handelt es sich ? b) Was ist der Energieträger ?

• Beim Treten eines Fahrrades fliesst Energie durch die Kette auf das Hinterrad. a) Was ist der Energieträger ? b) Was ist das Potential bei diesem Vorgang ?

• Welche Prozesse werden durch eine Wasserturbine miteinander gekoppelt ?

• Erklären Sie, wie sich die Energieerhaltung bei folgenden Vorgängen zeigt: a) Betrieb eines Automotors. b) Betrieb eines Bohrers. c) Heizen von Teewasser in einem Glas.

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Menagenartige Grössen

•Schreiben Sie einige (mindestens 5) mengenartige Grössen auf, die Sie kennen.

•Zeit: 5 Min.

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Mengenartige Grössen

• Hydraulik

• Elektrizität

• Bewegung

• Wärme

• Rotation

• Gravitation

• Chemie

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Mengenartige Grössenumgangssprachlich physikalisch

• Hydraulik Menge Volumen

• Elektrizität Elektrizität Ladung

• Bewegung Schwung Impuls

• Wärme Wärme Entropie

• Rotation Drall Drehimpuls

• Gravitation Gewicht Masse

• Chemie Stoff Stoffmenge

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Mengenartige Grössen

Mengenartige Grössen habe zwei wichtige Eigenschaften:

– sie werden in Systemen gespeichert– sie können transportiert werden

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Energie

Die Energie kann auch transportiert und gespeichert werden.

Also kann sie auch in einem System bilanziert werden. Dabei muss immer klar sein, wo die Systemgrenze liegt.

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Energiebetrachtungenam Gebäude

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Energiequelle

SYSTEM Gebäude

Energiefluss von der Sonne

Energiequelle Ofen

Energie-speicher

Energieflussdurch

Wärmeverluste

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Energiebilanz

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Kurztest

1. Nennen Sie mindestens 3 mengenartige Grössen.

2. Wie ist der Wirkungsgrad von Energieumladern definiert?

3. Was ist in einem vollen Stausee gespeichert?

4. Das Bild zeigt einen physi-kalischen Vorgang. Beschreiben Sie die Vorgang und entwerfen Sie auch ein Wortmodell dafür.