MINT lernen

Energie kennenlernen

Zehn Aufgaben, bei denen du urteilst, prüfst und widerlegst — Rechnen allein reicht hier nicht.

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Aufgabenblock — AFB III

Begründen statt nur rechnen: rückwärts arbeiten, Strukturen erkennen und eigene Begründungssätze formulieren, bevor du die Musterlösung aufklappst.

A1
Was steckt in der Batterie?
AFB III

Beurteilen Sie die Aussage: „In einer Batterie ist Strom gespeichert.“

Hinweis: Denke an die Übertragungskette einer Taschenlampe — was fließt, was ist gespeichert?

Strategie: Schreibe die Energieübertragungskette der Taschenlampe auf und prüfe, an welcher Stelle „Strom“ überhaupt vorkommt.Warum so? Eine Kette trennt sauber, was gespeichert ist und was nur überträgt.
Lösungsskizze: Gespeichert: chemische Energie → übertragen: elektrische Energie → abgegeben: Licht und thermische Energie. Strom ist kein Speicher.
Musterlösung anzeigen (zählt als erledigt)

Musterlösung: Die Aussage ist falsch. In der Batterie ist chemische Energie gespeichert. Der Strom ist nur der Weg, auf dem Energie übertragen wird. Die Kette lautet: chemische Energie der Batterie → elektrische Energie → Licht und thermische Energie der Lampe. Richtig wäre also: „In einer Batterie ist chemische Energie gespeichert.“

A2
Das Rad, das sich selbst antreibt
AFB III

Nehmen Sie Stellung zu der Behauptung eines Erfinders: Sein Rad treibe sich nach einem Anschubsen selbst weiter an und liefere nebenbei noch Strom für eine Lampe.

Hinweis: Zwei Gesetze helfen: Energieerhaltung und Energieentwertung.

Strategie: Frage zuerst: Woher soll die Energie kommen? Prüfe dann, was Reibung mit der Energie macht.Warum so? Ohne Energiequelle kann kein Gerät dauerhaft Energie abgeben.
Lösungsskizze: Keine Zufuhr → Vorrat begrenzt; Reibung entwertet ständig → Rad wird langsamer; eine Lampe nimmt zusätzlich Energie weg.
Musterlösung anzeigen (zählt als erledigt)

Musterlösung: Die Behauptung ist unhaltbar. Nach dem Energieerhaltungssatz kann Energie nicht aus dem Nichts entstehen — das Rad kann also nur die Energie abgeben, die es beim Anschubsen bekommen hat. Durch Reibung an Achse und Luft wird dieser Vorrat außerdem laufend in thermische Energie entwertet, und die Lampe entnimmt noch einmal Energie. Das Rad muss langsamer werden und stehen bleiben. Der Erfinder beschreibt ein Perpetuum mobile, und ein solches kann es nicht geben.

A3
LED oder Halogenlampe?
AFB III

Legen Sie begründet fest, welche der beiden Lampen Sie kaufen würden.

Hinweis: Eine LED mit 9 W kostet 6 €, eine Halogenlampe mit 40 W kostet 2 €. Beide leuchten gleich hell und brennen 1000 h im Jahr, 1 kWh kostet 35 ct.

Strategie: Rechne für beide Lampen zuerst die Jahresenergie in kWh und daraus die Stromkosten aus; addiere dann den Kaufpreis.Warum so? Nur die Gesamtkosten aus Anschaffung und Strom erlauben ein faires Urteil.
Lösungsskizze: LED: 0,009 kW · 1000 h = 9 kWh → 3,15 €. Halogen: 0,040 kW · 1000 h = 40 kWh → 14,00 €. Differenz 10,85 € gegen 4 € Mehrpreis.
Musterlösung anzeigen (zählt als erledigt)

Musterlösung: Ich entscheide mich für die LED. Im ersten Jahr kostet die LED 6 € + 9 kWh · 0,35 €/kWh = 6 € + 3,15 € = 9,15 €, die Halogenlampe 2 € + 40 kWh · 0,35 €/kWh = 2 € + 14,00 € = 16,00 €. Die LED ist also schon nach dem ersten Jahr 6,85 € günstiger, und in jedem weiteren Jahr spart sie 10,85 €. Sie nutzt die zugeführte Energie besser, es entsteht weniger Abwärme.