Der Energieparcours des NaT-Lab

Die SchülerInnen lernen die Funktionsweise eines Kalorimeters kennen, eichen die Apparatur und bestimmen dann die Verbrennungswärme von Esbit. Es wird verdeutlicht, dass die bei der Verbrennung freiwerdende Wärme eine charakteristische Größe  für den verbrannten Stoff ist.

An einer Modelldampfmaschine wird die Umwandlung der im Brennstoff enthaltenen chemischen Energie  in letztendlich  mechanische Energie anschaulich gemacht. Durch die Bestimmung der Zeit für das Heben eines Gewichts wird die Leistung der Maschine ermittelt.

An dieser Station wird erarbeitet, wie ein Stirlingmotor funktioniert. Es werden wichtige Daten zur Charakterisierung von Wärmekraftmaschinen wie Temperatur und Volumenveränderungen bestimmt. Die Funktionsweise einer Trinkente kann erklärt werden. Schließlich wird aus der Wärmekraftmaschine eine Kältemaschine geschaltet.

Es wird die Umwandlung von Lichtenergie in elektrischen Strom  an Hand einer Modellsolarzelle beobachtet und die Effizienz der  Anlage bei verschiedenen Beleuchtungsstärken, Beleuchtungswinkeln oder Beschattung ermittelt. In einem zweiten Teil (für SchülerInnen höherer Klassenstufen) wird die Kennlinie der Solarzelle aufgenommen.

Die SchülerInnen bestimmen die Leistung einer Modellanlage in Abhängigkeit von der Windstärke. In weiteren Versuchen wird geklärt welchen Einfluß die Bauweise der Windräder auf die Stromerzeugung hat (Anzahl, Form und Anstellwinkel der Flügel).

Brennstoffzelle - Umwandlung von chemischer Energie

In einer Elektrolyseapparatur wird durch die Zesetzung von Wasser Wasserstoff erzeugt, der dann durch die Brennstoffzelle geleitet wird. Es wird die Leerlaufspannung der Brennstoffzelle ermittelt und die Spannung und Stromstärke unter Last gemessen. Zum Schluss wird betrachtet wieviel Energie durch die Elektrolyse in das System eingebracht wurde und wieviel elektrische Energie in der Brennstoffzelle umgewandelt wurde.

An Hand einer Modellanlage wird die Wirkungsweise eines Wasserkraftwerks untersucht. Von welchen Gegebenheiten hängt die Stromerzeugung ab? Was passiert wenn ich die Höhe zwischen Wasserreservoir und Turbine verändere? Was geschieht wenn ich mehrere Verbraucher an das Kraftwerk anschließe?

An einem Fahrradergometer können die SchülerInnen mit Muskelkraft Strom erzeugen und dabei den Unterschied beim Hinzuschalten von verschiedenen Verbrauchern (Halogenlampe, Energiesparlampe, Wasserkocher, CD-Player) erspüren. In einem weiteren Versuch wird die eigene Leistung in PS ermittelt.

Eine vorgegebene Menge Wasser wird mit Hilfe verschiedenster Geräte (Mikrowelle, Wasserkocher, Heizplatte, Gaskocher) erwärmt. Durch den Vergleich der eingesetzten Energie mit der vom Wasser aufgenommenen Energie wird der Wirkungsgrad der Geräte ermittelt. Im Anschluß wird diskutiert, wo die nicht ins Wasser gelangte Energie geblieben ist.

Mit Hilfe eines Akkuschraubers wird der Vorgang der Energiespeicherung genauer ins Auge gefasst. Zieht die Ladeschale ohne Akku Strom? Wieviel Energie braucht man zum Bohren? Ist ein leerer Akku wirklich leer?

Was ist eine exotherme Reaktion, was bedeutet endotherm? Kann ich die Energie aus chemischen Reaktionen nutzen. Mit Hilfe einfacher Versuche mit Zinkblech, Kupferblech, Zinksulfat und Kupfersulfat werden diese Fragen beantwortet. Im zweiten Teil werden die Begriffe der freien Enthalpie, der Reaktionsenthalpie und der Entropie verdeutlicht.

Durch die Messung von radioaktiver Strahlung in Gestein, Kacheln, Glühstrümpfen und Kaliumchlorid wird verdeutlicht, das Radioaktivität auch in unserem nomalen Alltag eine Rolle spielt. Im zweiten Teil des Versuchs werden Maßnahmen zum Schutz vor Strahlung diskutiert und angewendet. Begriffe wie alpha-, beta-, gamma-Strahlung, Zerfallsgesetze, Halbwertszeit werden verdeutlicht.

Mit Hilfe eines Tongenerators, zweier Lautsprecher, einem Schallmessgerät und einem Multimeter werden Versuche zur Verdeutlichung der Begriffe Schalldruck, dcB, Frequenz, Amplitude gemacht. Im zweiten Teil wird der Lautsprecher als Energiequelle genutzt um ein Lämpchen zum Leuchten zu bringen.