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Der Wirkungsgrad

Kein Gerät gibt alles weiter — der Wirkungsgrad sagt, wie viel wirklich ankommt.

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Übungsaufgaben

Dreißig Übungen, fortlaufend nummeriert: Aufgaben zum Klicken, Ziehen und Knobeln wechseln sich mit Rechen- und Eingabeaufgaben ab. Jede Übung gibt dir sofort eine Rückmeldung, und zu jeder Aufgabe gibt es zwei gestufte Tipps.

A1
Elektrische Zahnbürste
AFB I

Eine elektrische Zahnbürste nimmt beim Putzen 60 J auf, 15 J davon werden zur Bewegungsenergie der Bürste. Fasse die Energiebilanz zusammen, indem du in jedem Menü den passenden Eintrag wählst.

Wähle in jedem Menü die passende Angabe und klicke dann auf „Prüfen“.

Der Wirkungsgrad beträgt , also . Als Abwärme werden abgegeben. Diese Energie ist .

15 J : 60 J = 0,25 = 25 %; 60 J − 15 J = 45 J gehen als Wärme an Bürste, Hand und Luft. Energie geht nie verloren, sie wird nur entwertet.
Der Wirkungsgrad ist ein Bruch ohne Einheit: Nutzen durch Aufwand.
Die Abwärme ist die Differenz aus zugeführter und genutzter Energie.
A2
Datenblatt eines Kohlekraftwerks
AFB IIMix

Ein Kohlekraftwerk nimmt mit der Kohle eine Leistung von 2000 MW auf und gibt 800 MW elektrische Leistung ans Netz ab. Im Prospekt steht: „Von jeder zugeführten Megawattstunde kommen 400 kWh als Strom beim Netz an.“ Bestätige diese Aussage mit den drei Werten.

Fülle alle drei Felder aus und prüfe dann. Enter prüft ebenfalls.
η = 800 MW : 2000 MW = 0,40 = 40 % – von jeder zugeführten Megawattstunde kommen also 0,4 MWh = 400 kWh als elektrische Energie heraus, die Werbeaussage stimmt. Die übrigen 1200 MW gehen als Wärme über Kühlturm und Abgas an die Umgebung. An einem Tag: 800 MW · 24 h = 19 200 MWh.
Den Wirkungsgrad darfst du auch mit Leistungen berechnen: η = Pnutz : Pzu.
Abwärmeleistung = 2000 MW − 800 MW; Energie an einem Tag = 800 MW · 24 h.
A3
Energiebilanz eines Lkw-Motors
AFB II

Ein Lkw-Dieselmotor hat einen Wirkungsgrad von 40 %. Die Reibung im Motor macht 5 % der zugeführten Energie aus, das heiße Abgas trägt 5 Prozentpunkte mehr fort als das Kühlwasser. Erstelle das Balkendiagramm der Energieaufteilung.

Balken mit der Maus ziehen oder nach Tab mit ↑/↓ in 5er-Schritten einstellen.
Antrieb 40 %, Reibung 5 % – bleiben 55 % für Abgas und Kühlwasser. Mit „Abgas = Kühlwasser + 5“ folgt Kühlwasser 25 % und Abgas 30 %. Alle Balken zusammen ergeben 100 %.
Alle vier Balken zusammen müssen 100 % ergeben.
Nach Antrieb und Reibung bleiben 55 %. Teile sie so auf, dass das Abgas 5 Prozentpunkte vor dem Kühlwasser liegt.