Johannes Gutenberg-Universität Mainz

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NaT-Lab Koordinierungsbüro
Dr. Heike Funk
Duesbergweg 10-14 , 55099 Mainz (Post)

Becherweg 34, 55128 Mainz (Labor)

 

Tel 06131-3923921
Fax 06131-3926955
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WissenschafftZukunft

Der Energieparcours des NaT-Lab

Im Energieparcours des NaT-Lab sind 15 verschiedene Stationen aufgebaut, an denen die TeilnehmerInnen (vorzugsweise ab Klassenstufe 10) selbständig den Begriff Energie erarbeiten können. Die Versuchsbeschreibungen selbst sind in Excel-Arbeitsblätter integriert, welche von den SchülerInnen an versuchseigenen Notebooks bearbeitet werden. Die Bearbeitung umfasst die Eingabe von Messwerten, Berechnungen und Auswertung der Messdaten in Diagrammen. An einigen Stationen sind einfache Stromkreise nach Anweisung aufzubauen.

Folgende Stationen stehen zur Verfügung:

 

Verbrennungswärme
Illustration Verbrennungswärme Bestimmung der Verbrennungswärme eines Stoffes

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.


Dampfmaschine
Illustration Dampfmaschine Wie funktioniert eine Dampfmaschine?

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.

 

 


Stirlingmotor
Illustration Stirlingmotor Was ist ein Stirlingmotor und wie funktioniert er?

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.


Solarenergie
Illustration Solarenergie

Umwandlung von Licht in elektrischen Strom

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.


Windkraft
Illustration Windkraft Wind - Umwandlung von Bewegungsenergie

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
Illustration Brennstoffzelle

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.


Wasserkraft
Illustration Wasserkraft Energie durch Wasserkraft

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?


Ergometrie
Illustration Ergometrie Stromerzeugung mit Muskelkraft

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.


Energienutzung
Illustration Energienutzung Mikrowelle, Wasserkocher, Heizplatte oder Gaskocher - was spart Energie?

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.


Akkumulatoren - Speicherung von Energie
Illustration Akkumulatoren - Speicherung von Energie Speicherung von Energie - wie rentabel sind Akkumulatoren

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?


Chemische Energie
Illustration Chemische Energie Energie bei chemischen Reaktionen

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.


Passivhaus
Illustration Passivhaus An Modellen wird die Funktionsweise eines Passivhauses im Experiment simuliert. Im ersten Teil wird die Wärmedämmung von verschiedenen Materialien gemessen und die eigenen Messwerte in Diagrammen dargestellt. Im zweiten Teil wird die Wärmegewinnung aus der Sonneneinstrahlung behandelt.

Radioaktivität
Illustration Radioaktivität Radioaktivität im Alltag, Schutz vor Strahlung?

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.


Schallenergie
Illustration Schallenergie Steckt in Schall Energie?

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.


Thermoelektrizität
Illustration Thermoelektrizität Stromerzeugung durch Temperaturunterschiede. Dieses Thema stammt aus der aktuellen Forschung der Johannes Gutenberg - Universität Mainz und wurde in einer Staatsexamensarbeit als Schülerprojekt umgesetzt. In einfachen Versuchen wird die Stromerzeugung mit thermoelektrischen Zellen untersucht.

 Die Stationen sind modular aufgebaut, so dass je nach Themengebiet und Wissensstand der SchülerInnen Versuchspakete mit unterschiedlichem Schwierigkeitsgrad und unterschiedlicher Dauer zusammengestellt werden können.
Der Energieparcours richtet sich an SchülerInnen, die mit den Begriffen Stromstärke, Spannung, Widerstand sowie Arbeit, Energie, und Leistung bereits vertraut sind und die wichtigsten Einheiten dieser Größen kennen.

Der Fachlehrer meldet die Klasse mit dem Anmeldeformular an. Für Rückfragen stehen wir telefonisch oder per mail zur Verfügung: Kontakt

 
Johannes Gutenberg-Universität Mainz, 01.02.2011
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