Wissen und Reproduzieren
6 PunkteRechne die Energie jeweils in die geforderte Einheit um. Es gilt 1 kJ = 1000 J, 1 MJ = 1000 kJ und 1 kWh = 3,6 MJ.
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a) 4,5 · 1000 J = 4500 J (1 P). b) 2 · 1000 kJ = 2000 kJ (1 P). c) Nach Definition gilt 1 kWh = 3,6 MJ (1 P).
Im Alltag treten viele Energieformen auf: Bewegungsenergie, Lageenergie, Spannenergie, chemische Energie, elektrische Energie, Wärme und Licht.
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Richtig sind die ersten beiden Aussagen. Energie wird nicht verbraucht, sondern umgewandelt und dabei teilweise entwertet. Watt ist die Einheit der Leistung; Energie misst man in Joule.
Zusammenhänge herstellen
6 PunkteEin Wasserkocher hat die Leistung P = 2000 W und läuft jeden Tag 6 Minuten. Eine Kilowattstunde kostet 35 ct. Es gilt E = P · t.
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a) t = 6 min = 0,1 h und P = 2000 W = 2 kW, also E = 2 kW · 0,1 h = 0,2 kWh (1 P). b) 30 · 0,2 kWh = 6 kWh (1 P). c) 6 kWh · 0,35 €/kWh = 2,10 € (1 P). In einem Monat kostet das Wasserkochen also rund 2,10 €.
Ein Elektromotor nimmt in jeder Sekunde 500 J elektrische Energie auf und gibt davon 400 J als Bewegungsenergie ab. Es gilt E(zugeführt) = E(nutzbar) + E(Abwärme).
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E(Abwärme) = 500 J − 400 J = 100 J; wegen 400 J : 100 J = 4 ist der Nutzpfeil viermal so breit. Nichts geht verloren — die 100 J sind als Abwärme weiterhin vorhanden, nur nicht mehr nutzbar. Zugeführte und abgegebene Energie sind immer gleich groß.
Verallgemeinern und beurteilen
6 Punkte100 g Schokolade haben den Brennwert 550 kcal; es gilt 1 kcal = 4,2 kJ. Lena behauptet: „Mit dieser Energie könnte eine 100-W-Lampe länger als 6 Stunden brennen.“ Es gilt P = E : t.
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a) E = 550 · 4,2 kJ = 2310 kJ (1 P). b) 2310 kJ = 2 310 000 J; aus P = E : t folgt t = E : P = 2 310 000 J : 100 W = 23 100 s (1 P). c) 23 100 s : 3600 = 6,4 h (1 P). Lenas Behauptung stimmt: 6,4 h sind mehr als 6 Stunden.
Ein Erfinder stellt eine Maschine vor, die sich ohne jede Energiezufuhr dauerhaft weiterdrehen soll — ein sogenanntes Perpetuum mobile.
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Der Energieerhaltungssatz allein verbietet die Maschine noch nicht — entscheidend ist die Entwertung: Bei jedem Umlauf wird ein Teil der Energie zu Abwärme, die sich nicht mehr nutzen lässt. Ohne Nachschub kommt die Maschine deshalb zum Stehen. Neue Energie erzeugen kann sie ohnehin nicht.
Ergebnis
| Aufgabe | Thema | Punkte |
|---|
Notenschema
| Punkte | Note | Beurteilung |
|---|---|---|
| 17 – 18 P | 1 | sehr gut |
| 15 – 16 P | 2 | gut |
| 11 – 14 P | 3 | befriedigend |
| 8 – 10 P | 4 | ausreichend |
| 5 – 7 P | 5 | mangelhaft |
| 0 – 4 P | 6 | ungenügend |