Die Energieumwandlungskette vom Kraftwerk ins Haus
Zwischen Kraftwerk und Lampe wird Energie mehrfach umgewandelt. An jeder Stelle entsteht Abwärme, die verloren geht.
Das lernst du heute
- Ich kann eine Energiekette vom Kraftwerk bis zum Gerät beschreiben.
- Ich kann die Verluste in der Kette benennen.
- Ich kann Teilwirkungsgrade verknüpfen.
Das brauchst du schon: Vielleicht hilft dir zuerst eine dieser Lektionen: Kraftwerkstypen nach physikalischen Merkmalen ordnen, Der Transformator: Spannung umwandeln
Beim Kohlekraftwerk beginnt die Kette mit chemischer Energie in der Kohle. Beim Verbrennen wird daraus Wärme. Die Wärme erhitzt Wasser zu Dampf unter hohem Druck. Der Dampf treibt die Turbine an. Die Turbine treibt den Generator an. Dort wird die Bewegung zu elektrischer Energie. Ein Transformator erhöht die Spannung für die Fernleitung. In der Nähe der Haushalte senken weitere Transformatoren die Spannung. Im Haushalt wird die elektrische Energie im Gerät zu Licht, Wärme oder Bewegung. An jeder Stufe geht ein Teil als Wärme verloren. Der Gesamtwirkungsgrad ist das Produkt der Teilwirkungsgrade. Beispiel mit ausgedachten, vereinfachten Werten: Kraftwerk 40 Prozent, Übertragung 90 Prozent, Gerät 50 Prozent. Dann gilt 0,4 · 0,9 · 0,5 = 0,18. Nur 18 Prozent der Energie in der Kohle werden am Ende im Gerät genutzt. Der Rest, 82 Prozent, ist Wärme in der Umgebung. Die Energie ist nicht verschwunden. Sie ist nur nicht mehr nutzbar.
| Stufe | Energieform davor → danach | Bauteil |
|---|---|---|
| 1 | chemische Energie → Wärme | Kessel |
| 2 | Wärme → Bewegung | Dampfturbine |
| 3 | Bewegung → elektrische Energie | Generator |
| 4 | elektrische Energie → Licht, Wärme, Bewegung | Gerät im Haushalt |
Gesamtwirkungsgrad berechnen
- Teilwirkungsgrade (ausgedacht): 0,4 · 0,9 · 0,5.
- 0,4 · 0,9 = 0,36.
- 0,36 · 0,5 = 0,18.
- Gesamtwirkungsgrad 18 Prozent. Verloren: 100 − 18 = 82 Prozent.
Ich verstehe das noch nicht
Such dir aus, was dir hilft.
Noch einfacher erklärt
Kohle → Wärme → Bewegung → Strom → Gerät.
In jeder Stufe geht Wärme verloren.
Multipliziere die Wirkungsgrade.
Ein Beispiel
Stell dir drei Eimer übereinander vor. Jeder hat ein Loch an der Seite. Wasser läuft von oben durch alle Eimer. Aus jedem läuft ein Teil seitlich aus. Unten kommt nur ein Rest an.
Schritt für Schritt
Du berechnest den Gesamtwirkungsgrad.
- Schreibe die Teilwirkungsgrade als Dezimalzahlen.
- Multipliziere die ersten beiden.
- Multipliziere das Ergebnis mit dem dritten.
- Gib das Ergebnis in Prozent an.
Mit einem Bild erklärt
| Stufe | Wirkungsgrad |
|---|---|
| Kraftwerk | 0,4 |
| Übertragung | 0,9 |
| Gerät | 0,5 |
| gesamt | 0,18 |
Zur Grundlage zurück
- Kraftwerkstypen nach physikalischen Merkmalen ordnen – Du kennst Kraftwerkstypen.
- Der Transformator: Spannung umwandeln – Du kennst den Transformator.
Jetzt zusammen
Wir lösen die Aufgabe gemeinsam. Nutze die Hilfen, wenn du sie brauchst.
Zeig mir den ersten Schritt
Was treibt den Generator an?
Lösung ansehen
Lösung: Bewegungsenergie wird zu elektrischer Energie.
Jetzt du
Jetzt probierst du es allein.
Stufe 1 hat den Wirkungsgrad 0,4 und Stufe 2 den Wirkungsgrad 0,9. Wie viel Prozent der Anfangsenergie kommen nach beiden Stufen an?
Zeig mir den ersten Schritt
Multipliziere 0,4 · 0,9.
Lösung ansehen
Lösung: 36
0,4 · 0,9 = 0,36, also 36 Prozent.
Tipp: Schreibe die Kette Stufe für Stufe auf. Hinter jeder Stufe fragst du: Wie viel geht verloren?
Merksatz: Gesamtwirkungsgrad = Produkt der Teilwirkungsgrade. Die Energie bleibt erhalten, wird aber in Wärme umgewandelt.
Typischer Fehler: Viele addieren die Wirkungsgrade der Stufen. Man multipliziert sie. Jede Stufe gibt nur einen Teil an die nächste weiter.
Mini-Quiz
4 kurze Fragen, ohne Noten. Bei jeder Frage kannst du dir die Lösung ansehen.
Frage 1 Drei Stufen haben die Wirkungsgrade 0,4, 0,9 und 0,5. Wie viel Prozent der Anfangsenergie werden genutzt?
Zeig mir den ersten Schritt
0,4 · 0,9 · 0,5.
Lösung ansehen
Lösung: 18
0,36 · 0,5 = 0,18, also 18 Prozent.
Lösung ansehen
Lösung: An jeder Stufe, hauptsächlich als Wärme
Lösung ansehen
Lösung: Stimmt nicht
Lösung ansehen
Lösung: Kessel, Turbine, Generator, Transformator
Geschafft
Die Energie läuft in Stufen vom Kraftwerk zum Gerät. Verluste entstehen überall. Der Gesamtwirkungsgrad ist das Produkt der Stufen.
Kannst du das schon?
Hake ab, was du schon kannst. Was noch fehlt, schaust du dir einfach noch einmal an.
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