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Physik

Verkehrsmittel vergleichen: Wirkungsgrad und Umwelt

Verkehrsmittel unterscheiden sich in Wirkungsgrad, Energiebedarf, Umweltwirkung und Kosten. Ein fairer Vergleich nutzt mehrere Kriterien.

  • ca. 12 Minuten
  • Klasse 9
  • Niveau: Standard

Das lernst du heute

  • Ich kann den Wirkungsgrad berechnen und einordnen.
  • Ich kenne ökologische und ökonomische Kriterien.
  • Ich kann Verkehrsmittel begründet bewerten.

Das brauchst du schon: Vielleicht hilft dir zuerst diese Lektion: Motor, Elektromotor und Triebwerk im Vergleich

Wie kommst du am besten zur Schule? Zu Fuß, mit dem Rad, mit dem Bus, mit dem Auto? Um das zu bewerten, brauchst du Kriterien. Ökologische Kriterien betreffen die Umwelt: Energiebedarf, Abgase, Treibhausgase, Platzbedarf. Ökonomische Kriterien betreffen das Geld: Anschaffung, Betrieb, Kosten pro Kilometer. Der Wirkungsgrad gehört zur Technik: η = Nutzenergie : zugeführte Energie. Ein Beispiel: Ein Auto mit Benzinmotor verbraucht 6 Liter auf 100 km. 1 Liter Benzin enthält etwa 9 kWh chemische Energie. Zugeführt werden also 54 kWh. Bei einem Wirkungsgrad von 25 % kommen 13,5 kWh als Nutzenergie an, 40,5 kWh werden zu Wärme. Ein Elektromotor hat einen viel höheren Wirkungsgrad. Doch auch der Strom muss erzeugt werden. Wie umweltfreundlich ein Elektroauto ist, hängt davon ab, wie der Strom erzeugt wird. Auch die Auslastung zählt. Sitzen vier Personen im Auto, sinkt der Verbrauch je Person auf etwa ein Viertel: 6 Liter : 4 = 1,5 Liter.

Tendenzen. Genaue Werte hängen von Fahrzeug, Strecke und Auslastung ab.
VerkehrsmittelEnergiebedarf je PersonTreibhausgase je PersonKosten je Person
Zu Fuß oder Fahrradsehr geringkeine beim Fahrensehr gering
Bus und Bahngering bei guter Auslastunggering bis mittelmittel
Auto, eine Personhochhochhoch
Auto, vier Personendeutlich weniger je Persondeutlich weniger je Persondeutlich weniger je Person
Flugzeugsehr hoch auf langen Streckensehr hochhängt von der Strecke ab

Energie beim Autofahren

  1. Gegeben: 6 Liter Benzin auf 100 km, 1 Liter ≈ 9 kWh, η = 25 %.
  2. Zugeführte Energie: 6 · 9 kWh = 54 kWh.
  3. Nutzenergie: 54 kWh · 0,25 = 13,5 kWh.
  4. Wärme: 54 kWh − 13,5 kWh = 40,5 kWh.

Ich verstehe das noch nicht

Such dir aus, was dir hilft.

Noch einfacher erklärt

Jedes Verkehrsmittel braucht Energie.

Ein Teil wird zu Wärme.

Wenn mehr Menschen mitfahren, braucht jeder weniger.

Ein Beispiel

Beispiel

Für einen Schulweg von 2 km ist das Fahrrad ein guter Vergleichspartner. Es braucht keinen Treibstoff. Es kostet wenig und braucht wenig Platz. Das Auto ist bei so kurzen Strecken oft im Nachteil.

Schritt für Schritt

Du bewertest zwei Verkehrsmittel.

  1. Lege Kriterien fest.
  2. Sammle Angaben zu beiden Verkehrsmitteln.
  3. Vergleiche je Kriterium.
  4. Begründe deine Gesamtbewertung.

Mit einem Bild erklärt

KriteriumGruppe
WirkungsgradTechnik
Treibhausgaseökologisch
Platzbedarfökologisch
Anschaffungspreisökonomisch
Kosten pro Kilometerökonomisch

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Ausprobieren

Jetzt zusammen

Wir lösen die Aufgabe gemeinsam. Nutze die Hilfen, wenn du sie brauchst.

Ein Antrieb erhält 20 kWh und liefert 5 kWh Nutzenergie. Wie groß ist der Wirkungsgrad in %?

Zeig mir den ersten Schritt

5 : 20.

Lösung ansehen

Lösung: 25

5 : 20 = 0,25 = 25 %.

Üben

Jetzt du

Jetzt probierst du es allein.

Ein Auto braucht 8 Liter auf 100 km. Vier Personen sitzen darin. Wie viele Liter sind das je Person?

Zeig mir den ersten Schritt

Teile 8 durch 4.

Lösung ansehen

Lösung: 2

8 : 4 = 2 Liter je Person.

Tipp: Vergleiche nie nach nur einem Kriterium. Wähle mindestens eines für die Umwelt und eines für das Geld.

Merksatz: Wirkungsgrad η = Nutzenergie : zugeführte Energie. Ökologisch heißt: Wirkung auf die Umwelt. Ökonomisch heißt: Wirkung auf die Kosten.

Typischer Fehler: Viele halten einen hohen Wirkungsgrad schon für umweltfreundlich. Doch es zählt auch, woher die Energie kommt und wie viele Personen im Fahrzeug sitzen.

Prüfen

Mini-Quiz

4 kurze Fragen, ohne Noten. Bei jeder Frage kannst du dir die Lösung ansehen.

Frage 1 Welches Kriterium ist ökologisch?
Lösung ansehen

Lösung: Treibhausgas-Ausstoß je Personenkilometer

Frage 2 Ein hoher Wirkungsgrad allein reicht, um ein Verkehrsmittel umweltfreundlich zu nennen.
Lösung ansehen

Lösung: Stimmt nicht

Frage 3 Wie ändert sich der Verbrauch je Person, wenn statt einer Person vier im selben Auto fahren?
Lösung ansehen

Lösung: Er wird viel kleiner.

Frage 4 Ein Auto erhält 54 kWh Energie und nutzt davon 25 %. Das sind 13,5 kWh. Wie viele kWh werden zu Wärme?

Zeig mir den ersten Schritt

Wärme = zugeführte Energie − Nutzenergie.

Lösung ansehen

Lösung: 40,5

54 kWh − 13,5 kWh = 40,5 kWh.

Geschafft

Verkehrsmittel vergleichst du mit mehreren Kriterien. Der Wirkungsgrad sagt, wie gut ein Antrieb Energie nutzt. Für die Umwelt zählen außerdem Energiequelle, Auslastung und Strecke.

Zum Schluss

Kannst du das schon?

Hake ab, was du schon kannst. Was noch fehlt, schaust du dir einfach noch einmal an.

Zum Ausdrucken

Übungsheft Antriebe, freier Fall und Verkehr

Kurz erklärt, 42 Aufgaben in drei Stufen und alle Lösungen. Kostenlos.

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