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Textaufgaben: Energieflussdiagramme zeichnen und lesen

Zwei Geräte, alle Messwerte im Text — Pfeile selbst berechnen.

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1

Wasserkocher

AFB I–II

Ein Wasserkocher nimmt 600 J elektrische Energie auf. Davon gehen 480 J als thermische Energie in das Wasser; der Rest erwärmt die Kanne und die Umgebung.

  1. Berechnen Sie die Abwärme des Wasserkochers.
  2. Zeichnen Sie das Energieflussdiagramm des Wasserkochers mit dem Maßstab 1 cm entspricht 60 J.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Die Summe der abgehenden Energien ist genauso groß wie die zugeführte Energie.Berechnen heißt: Ansatz, Rechnung und Ergebnis mit Einheit aufschreiben.
Hinweis zu Aufgabe b)
Teile jeden Energiewert durch 60 J, um die Pfeilbreite in Zentimetern zu erhalten.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Ansatz: Abwärme = zugeführte Energie − nutzbare Energie. Rechnung: 600 J − 480 J = 120 J. Antwort: Die Abwärme beträgt 120 J.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Pfeilbreiten: zugeführt 600 J : 60 J = 10 cm (Pfeil von links), Wasser 480 J : 60 J = 8 cm (Pfeil nach rechts), Abwärme 120 J : 60 J = 2 cm (Pfeil nach rechts oder unten). Alle Pfeile beschriften und den Maßstab 1 cm entspricht 60 J angeben. Kontrolle: 8 cm + 2 cm = 10 cm.

2

Motor eines Modellautos

AFB II–III

Ein Modellauto fährt mit einem Elektromotor. In einer Minute nimmt der Motor 200 J elektrische Energie aus dem Akku auf. Gemessen wurden 130 J Bewegungsenergie des Autos und 55 J thermische Energie im Motor und in den Kabeln; der kleine Rest verlässt das Auto als Schall. Der Akku speichert insgesamt 4000 J. Lena zeichnet dazu ein Energieflussdiagramm mit dem Maßstab 1 cm entspricht 25 J, lässt aber den Pfeil für die thermische Energie weg.

  1. Beschreiben Sie, welche Pfeile das Energieflussdiagramm des Motors enthalten muss und wo sie stehen.
  2. Ermitteln Sie die Schallenergie und die Breite aller vier Pfeile im Maßstab 1 cm entspricht 25 J.
  3. Beurteilen Sie Lenas Diagramm.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Links steht die Zufuhr, rechts alles, was das Gerät wieder verlässt — auch das, was niemand nutzen kann.
Hinweis zu Aufgabe b)
Die Schallenergie ist der Rest zu 200 J. Für jede Pfeilbreite den Energiewert durch 25 J teilen. Ein Wert im Text wird nicht gebraucht.
Hinweis zu Aufgabe c)
Prüfe an Lenas Diagramm, ob die abgehenden Pfeile zusammen den zugeführten Pfeil ergeben.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Ein zugeführter Pfeil von links: 200 J elektrische Energie aus dem Akku. Rechts drei abgehende Pfeile: 130 J Bewegungsenergie (nutzbar), 55 J thermische Energie und die Schallenergie als Abwärme. Jeder Pfeil wird beschriftet, seine Breite richtet sich nach dem Maßstab.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Schallenergie: 200 J − 130 J − 55 J = 15 J. Pfeilbreiten: 200 J : 25 J = 8 cm, 130 J : 25 J = 5,2 cm, 55 J : 25 J = 2,2 cm, 15 J : 25 J = 0,6 cm. Kontrolle: 5,2 cm + 2,2 cm + 0,6 cm = 8 cm. Die Akkuladung von 4000 J wird nicht gebraucht.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Das Diagramm ist falsch: Ohne den Pfeil für die 55 J thermische Energie kommen rechts nur 130 J + 15 J = 145 J an, links aber 200 J. Es fehlen 55 J, und die Bilanz geht nicht auf. Abwärme muss eingezeichnet werden, auch wenn sie nicht genutzt wird; erst dann zeigt das Diagramm, wohin die Energie wirklich geht.