Lösungen zu den Teste-dich-Aufgaben
a Fantasie-Energiequelle: Benzin im Raketen-Antrieb (chemische Energie)
Wirkliche Energiequelle: Nahrung (chemische Energie)
b Die Energie des Sonnenlichts wird durch Pflanzen in chemische Energie umgewandelt. In Benzin ist die chemische Energie aus lange abgestorbenen Pflanzenresten enthalten. Im Jet-Pack wird die chemische Energie in Bewegungsenergie umgewandelt.
c Ohne echten Raketenantrieb wird beim Dreiradfahren viel Energie durch Reibung entwertet. Die Reifen und der Boden erwärmen sich dabei. Beim Raketenabtrieb wird das Benzin verbrannt und zusätzlich zur Reibung kommt die Entwertung durch Angabe von Verbrennungswärme hinzu.
a Die physikalische Leistung gibt an, wie viel Energie in einer bestimmten Zeitspanne umgewandelt wurde. Die größere Leistung erbringt die Person, welche die gleiche Energie in kürzerer Zeit umwandelt.
Leistung =\( \frac{Energie}{Zeitspanne} \)
Der Wirkungsgrad gibt an, welcher Anteil der zugeführten Energie bei Energieumwandlungen in die gewünschte Energieform umgewandelt wird.
Wirkungsgrad = \( \frac{gewünschte Energie}{zugeführte Energie} \)
b Die beiden Sportler haben einschließlich ihrer Ausrüstung vermutlich nicht die gleiche Masse. Haben beide Sportler für den Aufstieg gleich lange gebraucht, so hat der Sportler mit der größeren Masse eine höhere Leistung erbracht. Benötigen die Sportler hingegen unterschiedlich lange Zeiten, dann hat bei gleicher Masse derjenige Sportler die größere Leistung erbracht, der den Berg schneller bestiegen hat.
c 
Ein Wirkungsgrad von 90 % bedeutet, dass der Motor des E-Bikes 90 % der zugeführten Energie in die gewünschte Energieform, also Bewegungsenergie, umwandelt. Die restlichen 10 % werden hauptsächlich in die unerwünschte Energieform Wärme umgewandelt.
a Die Aussage ist größtenteils richtig. Viele Energieformen auf der Erde stammen ursprünglich von der Sonne, zum Beispiel die Energie in Pflanzen, fossilen Brennstoffen und Wind. Die Sonne liefert dafür die nötige Energie. Es gibt jedoch auch Ausnahmen. Kernenergie stammt aus der Energie im Atomkern, Geothermie aus der Wärme im Erdinneren und die Gezeiten haben ihren Ursprung aus der Anziehungskraft von Mond und Erde. Diese Energiequellen kommen nicht von der Sonne.
b Kraftwerke, Batterien, Akkus, Solarzellen
c Aktuell wird immenroch ein großer Teil der elektrischen Energie durch Kraftwerke bereitgestellt, die fossile Energieträger verbrennen. Bei der Verbrennung gelangt Kohlenstoffdioxid in die Umwelt und führt zu Klimaveränderungen. Auch andere Schadstoffe, die im Energieträger gespeichert sind, werden beim Verbrennen freigesetzt und belasten dadurch die Umwelt. Man nimmt also Umweltbelastungen in Kauf, um für die Menschen elektrische Energie zur Verfügung zu stellen. Deshalb ist es wichtig, sparsam mit dieser Energie umzugehen!
a Batterien speichern chemische Energie. Diese lässt sich in elektrische Energie zum Betrieb von Geräten umwandeln.
Wenn man Wasser in Sauerstoff und Wasser zerlegt, dann ist im Wasserstoff chemische Energie gespeichert. In einer Brennstoffzelle kann die chemische Energie wieder in elektrische Energie umgewandelt werden.
In schweren Gegenständen kann man Lageenergie speichern, wenn man sie auf ein höheres Niveau bringt. Ihre Energie kann man nutzen, indem man sie beim Herabfallen etwas antreiben lässt (Pumpspeicherkraftwerk).
b Ein Aufziehauto ist ein Energiespeicher, denn wenn man die Feder spannt, dann ist im Auto Spannenergie gespeichert. Sobald die Feder losgelassen wird und in ihren ursprünglichen Zustand zurückkehrt, wird die gespeicherte Spannenergie in Bewegungsenergie umgewandelt.
c
a
Die Bewegungsenergie wird über den Reifen und das Abnahmerädchen in den Dynamo transportiert. Die elektrische Energie aus dem Dynamo wird über ein Kabel zur LED transportiert. Das Licht breitet sich von der LED ohne Medium aus.
b Anjas Aussage stimmt. Bei Wind handelt es sich um bewegte Luftmassen. Wind transportiert somit Bewegungsenergie.
c Mögliche Beispiele:
Eine rollende Kugel transportiert Bewegungsenergie.
Ein Kabel transportiert elektrische Energie.
Wärme wird von der Herdplatte in den Kochtopf transportiert.
Batterien sind Energiespeicher und können mit einem Lkw transportiert werden.
a Energie, die scheinbar verloren geht, wird meist in nicht mehr nutzbare Wärme umgewandelt, also entwertet.
b Bei einem Automotor entsteht neben der gewünschten Bewegungsenergie durch Verbrennung und Reibung Wärme, die höchstens teilweise für die Heizung nutzbar ist.
c Beim Aufziehen und Entspannen der Feder und beim Rollen der Reifen über dem Untergrund wird durch Reibung Energie in Form von Wärme entwertet.