Arbeitsblatt: Energie messen

Material-Details

Wie misst man Energie? Einheiten, Energieträger vergleichen, Elektrische Energie: Unterschied zw. Watt und Wattstunde, Aufgabe Kosten einer Halogenlampe versus LED-Lampe, Energieverbrauch in der CH
Physik
Elektrizität / Magnetismus
10. Schuljahr
3 Seiten

Statistik

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07.06.2018

Autor/in

Selina Jäckle
Land: Schweiz
Registriert vor 2006

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Textauszüge aus dem Inhalt:

Geografie Energie März 2017 2. Wie misst man Energie? Wer sich mit Zahlen rund um Energie beschäftigt, stösst bald auf die unterschiedlichsten Einheiten und Grössen. Aufgrund der vielen verschiedenen Energieträger und der unterschiedlichen Energieformen wird Energie in unterschiedlichen Einheiten gemessen. Sahnetörtchen werden oft „Kalorienbomben genannt. Denn sie enthalten eine Menge Energie und die Energie von Lebensmitteln geben Fachleute in Kalorien (cal) an oder in Joule (J). Um den Verbrauch an elektrischer Energie zu messen, sind die beiden Einheiten Watt (W) und Watt bzw. Kilowattstunde (kWh) gebräuchlich. 2.1. Elektrische Energie Was ist der Unterschied zwischen einem Watt und einer Wattstunde? Ein Watt (W) ist eine Einheit für die Leistung, und Leistung ist die Geschwindigkeit, mit der Energie erzeugt oder verbraucht wird. Stellen Sie sich Watt als Masseinheit für den Stromfluss vor. Benötigt ein Elektrogerät einen starken oder nur einen geringen Stromfluss, damit es funktioniert? Beispielsweise verbraucht eine 100WGlühbirne mit einer höheren Geschwindigkeit Energie als eine 60WGlühbirne. Die 100WGlühbirne benötigt also einen stärkeren Stromfluss, damit sie funktioniert. Ebenso wird die Geschwindigkeit, mit der Ihr Solarenergiesystem Strom in Ihren Haushalt einspeist, in Watt gemessen. Eine Wattstunde (Wh) ist eine Einheit der Energie, eine Methode zur Messung der Menge der geleisteten bzw. erzeugten Arbeit. Haushaltsgeräte und andere Elektrogeräte leisten „Arbeit und benötigen dafür Energie in Form von elektrischem Strom. Energieversorgungsunternehmen stellen den elektrischen Strom üblicherweise nach den verbrauchten Kilowattstunden (kWh) in Rechnung (1 kWh 1.000 Wattstunden). Was ist also der Unterschied? Watt bezeichnet die Strom bzw. Energiemenge, die pro Sekunde verbraucht wird ( Leistung). Kilowattstunde bezeichnet den gesamthaft verbrauchten Strom ( Energiemenge). Eine häufig verwendete Analogie für Watt und Wattstunden sind Fahrgeschwindigkeit und Entfernung. Die Fahrgeschwindigkeit gibt an, wie schnell (Geschwindigkeit) Sie zu einem bestimmten Zeitpunkt fahren; die Entfernung gibt die Strecke (Menge) an, die Sie über einen bestimmten Zeitraum zurücklegen. Wenn Sie beispielsweise eineStunde lang mit Stromzähler einer konstanten Geschwindigkeit von 60 km/h fahren, haben Sie 60 Kilometer zurückgelegt. Und wenn eine 60WGlühbirne eine Stunde lang gebrannt hat, dann hat sie 60 Wh an Strom verbraucht. Aufgabe 1 (10‘, EA) 1. 1kWh sind wieviel: Wh (Wattstunden): Ws (Wattsekunden)? (1Ws 1 J): 2. Eine herkömmliche 46WattHalogenlampe kostet 5 Fr. in der Anschaffung, sie hat jedoch nur eine durchschnittliche Lebensdauer von 2‘000 Stunden. Dagegen hält eine gleich helle 8WattLEDLampe im Durchschnitt bis zu 25‘000 Stunden, auch wenn sie in der Anschaffung teurer ist, ca. 10 Fr. Wieviel Geld haben Sie nach 25‘000 Stunden Beleuchtung mit einer LEDLampe gespart beim aktuellen Strompreis von 15 Rp./kWh? Halogenlampe LEDLampe Anschaffungskosten Anschaffungskosten Stromkosten Stromkosten Gesamt Gesamt Einsparung gesamt 1 Geografie Energie März 2017 2.2. Energieträger vergleichen – Einheiten Heizöl, elektrische Energie, Benzin, Brennholz oder Gas – welches ist der wichtigste Energieträger der Schweiz? Gehandelt werden Energie und Energieträger in unterschiedlichen Masseinheiten: Erdölprodukte zum Beispiel in Liter, Kilogramm oder Barrel. Elektrische Energie in kWh oder GWh. Ein direkter Vergleich ist darum nicht möglich. In der Tabelle unten sind die wichtigsten Umrechnungsfaktoren für die verschiedenen Einheiten und Grössen aufgelistet. «kg Öläquivalent, Steinkohleeinheit und Heizwert» In internationalen Statistiken wird die Energie oft auch in Steinkohleeinheiten (SKE) oder Heizöleinheiten auch Öläquivalent (engl. oe) genannt, angegeben. Diese Masseinheiten geben an, wieviel Energie beim Verbrennen von einem Kilogramm Steinkohle bzw. Erdöl freigesetzt wird. Aus praktischen Gründen wird als Einheit oft toe verwendet, also die Energiemenge aus der Verbrennung von einer Tonne Erdöl (1000oe). Mit Hilfe des Heizwertes kann die Energiemenge von Öl (oder auch Kohle und Holz) in Joule umgerechnet und somit mit anderen Energieträgern verglichen werden. Heizwert von Rohöl: 1oe 43.2MJ 43.2MJ/kg 1toe 0.0432TJ 0.0432TJ/t 2.3. Energieverbrauch der CH (2015) An einem Sporttag werden beim LeichtathletikMehrkampf die Resultate der einzelnen Disziplinen in Punkte umgerechnet und nach der Gesamtpunktzahl die Rangliste erstellt. Ein ähnliches Verfahren wird bei den Energieträgern angewandt. Es interessiert, wie viel Energie sie enthalten und freisetzen können. Der «Endverbrauch in Originaleinheiten» (z.B. Anzahl Tonnen Erdöl oder Anzahl Gwh Strom wird im Fall von Erdöl mit dem Heizwert und im Fall von Strom mit dem Umrechnungsfaktor multipliziert. Daraus ergibt sich in der Tabelle unten der Endverbrauch in Terrajoule. Energieträger Originaleinheit Umrechnungsfaktor oder Heizwert Elektrizität 58 246 Gwh 3.6 209 690 TJ Gas 3 111 019 000 m3 0.0363 TJ/1000 m3 112 930 TJ Fernwärme 5 081 Gwh 3.6 Erdölprodukte 9 894 000 0.0428TJ/t Kohle 222 000 in 18 292 TJ 0.028 TJ/t 3 Endverbrauch TJ 3 424 420 TJ 5 410 TJ Holz 4 230 769 0.67 t/m 0.013 TJ/t 36 850 TJ Müll und Industrieabfälle 10 200 TJ 1 10 200 TJ Übrige erneuerbare Energien 5 714 Gwh 3.6 Total Endverbrauch 20 570 TJ 838 360 TJ Aufteilung des Energie in Energieträgern, Endverbrauchs an der CH nach Quelle: 2 Geografie Energie März 2017 Gesamtenergiestatistik 2015 3