Kernlehrplan Optische Instrumente, Farbzerlegung des Lichts

SPEKTRUM PHYSIK Optische Instrumente – Farben des Lichts

Inhaltsfelder / Kontexte

Inhalt nach Inhaltsverzeichnis

(vollständig nach KLP, Reihenfolge nach KLP)

Basiskonzepte (vollständig nach KLP, Reihenfolge geändert)

Projekte

K1: Mit optischen Instrumenten „Unsichtbares“ sichtbar gemacht K2: Lichtleiter in Medizin und Technik K3: Die Welt der Farben K4: Die ganz großen Sehhilfen

∗ ∗

Inhaltsfelder Aufbau und Bildentstehung beim Auge

K1/K4 K1

Brechung,

Reflexion

K2 Totalreflexion und Lichtleiter

K3 Zusammensetzung des weißen Lichts

Seite

• obligatorische Inhalte /verbindliche Elemente ∗ fakultative Inhalte / ergänzende Elemente

Kontexte

Lupe als Sehhilfe Fernrohr …

Kernlehrplan

K3 K1/K3 K3 K3 K3

K4

Projekt: Augen und ihre Schwächen …. Projekt: ... und ihre Grenzen

E – Energie, M – Struktur der Materie, S – System W – Wechselwirkung Die Kürzel geben an, welchem Basiskonzept der jeweilige Text entnommen ist.

11 11

• Wiederholung

10

Das Auge • Der Bau des Auges • Entfernungsanpassung • Helligkeitsanpassung • Bildentstehung bei Linsen • Bildentstehung bei Sammellinsen • Bildentstehung bei Zerstreuungslinsen ∗ V&A: Bilder und Bildentstehung • Sehfehler und ihre Korrektur • Der Sehwinkel • Die Lupe • Fernrohre ∗ Streifzug: Das Mikroskop ∗ Streifzug: Optische Täuschungen ∗ V&A: Sehvorgang ∗ Streifzug: Weltbilder

12 12 13 13 14 15 16 16 17 18 19 20 21 22 22 23

Brechung • Prisma • Planparallele Platte • Linsen aus vielen Prismen • Licht an anderen Grenzflächen ∗ V&A: Brechung ∗ Streifzug: Bildkonstruktion mithilfe der Geometrie ∗ Pinnwand: Brechung

24 24 25 25 26 27 28 29

Reflexion • Eigenschaften des Spiegelbildes • Spiegel täuschen uns ∗ V&A: Spiegelbild • Das Reflexionsgesetz • Wie entsteht das Spiegelbild? ∗ Streifzug: Unerwünschte Spiegelungen ∗ V&A: Reflexion ∗ Pinnwand: Spiegel • Durchblick: Vom Fragen zum Wissen • Totalreflexion • Ermittlung des Grenzwinkels der Totalreflexion ∗ Pinnwand: Anwendungen der Totalreflexion ∗ V&A: Totalreflexion ∗ Streifzug: Licht in Stoffen

30 30 31 31 31 32 33 33 34 35 36 37 37 38 39

Farben • Das Spektrum von weißem Licht • Licht jenseits des sichtbaren Spektrums • Farben von Lichtquellen ∗ Streifzug: Spektren ∗ V&A: Spektrometer im Eigenbau • Farbaddition • Körperfarben ∗ V&A: Farben ∗ Pinnwand: Farben und Licht ∗ Streifzug: Wie entsteht ein Regenbogen? ∗ Streifzug: Teleskope und Spektrometer

40 40 41 42 43 43 44 45 45 46 47 48

• Grundwissen: Optische Instrumente – Farben des Lichts

50

S S S S S S

S Den Aufbau von Systemen beschreiben und die Funktionsweise ihrer Komponenten erklären S Die Funktion von Linsen für die Bilderzeugung und den Aufbau einfacher optischer Systeme beschreiben

S S S S

S technische Geräte hinsichtlich ihres Nutzens für Mensch (und Gesellschaft und ihrer Auswirkungen auf die Umwelt) beurteilen S Den Aufbau von Systemen beschreiben und die Funktionsweise ihrer Komponenten erklären

W W W W

W Absorption und Brechung von Licht beschreiben

W W W W

W W

W W W W W

W Infrarot-, Licht- und Ultraviolettstrahlung unterscheiden und mit Beispielen ihre Wirkung beschreiben.

Kernlehrplan Elektriztät

SPEKTRUM PHYSIK Stromstärke – Ladung – Spannung

Inhaltsfelder / Kontexte

Inhalt nach Inhaltsverzeichnis

(vollständig nach KLP, Reihenfolge nach KLP)

Projekte K2 K1

Inhaltsfelder: Einführung von Stromstärke und Ladung

Basiskonzepte (vollständig nach KLP, Reihenfolge geändert)

∗ ∗

Kraftfahrzeugelektrik Sicherheit im Haushalt

E – Energie, M – Struktur der Materie, S – System, W – Wechselwirkung Die Kürzel geben an, welchem Basiskonzept der jeweilige Text entnommen ist.

54 55 55

Wiederholung

54

Die elektrische Stromstärke • Fließende Elektronen im Stromreis? • Die elektrische Stromstärke • Messung der elektrischen Stromstärke ∗ Pinnwand: Elektrische Ströme • Werkzeug: Umgang mit dem Stromessgerät ∗ V&A: Selbstbau von Stromessgeräten

56 56 S/W 57 S 58 S 59 60 61

Elektrische Ladung • Elektrische Kräfte • Die elektrische Ladung • Ladungen: Entstehen nicht – verschwinden nicht ∗ Streifzug: Der Bandgenerator ∗ V&A: Elektrische Ladung • Atombau und Ladung ∗ Streifzug: „Geisterhafte“ Bewegungen durch elektrisch Kräfte • Stromstärke und Ladung ∗ Streifzug: Fotokopiergerät ∗ Pinnwand: Elektrische Ladungen ∗ Streifzug: Blitz und Blitzschutz

62 62 63 64 65 65 66 67

Die elektrische Spannung • Die Spannung – der Antrieb der Elektronen • Batterien • Messung der elektrischen Spannung • Werkzeug: Umgang mit dem Spannungsmessgerät ∗ V&A: Elektrische Quellen und Spannungsmessung ∗ Streifzug: Von der Voltasäule zur Brennstoffzelle • Durchblick: Wasserstromkreis – elektrischer Stromkreis: Eine Analogie mit Grenzen ∗ Pinnwand: Spannung ∗ Streifzug: Elektrische Quellen in Natur und Medizin

72 72 73 74 74 75 76 77

Reihen- und Parallelschaltung • Reihenschaltung • Parallelschaltung • Spannungen im Stromkreis • Stromkreise im Haushalt ∗ Streifzug: Reihen- und Parallelschaltung im Haushalt

80 80 80 82 84 85

Der elektrische Widerstand • Kennlinien elektrischer Geräte • Das Ohmsche Gesetz • Der elektrische Widerstand ∗ Pinnwand: Elektrischer Widerstand ∗ V&A: Widerstand • Werkzeug: Auswertung von Messergebnissen • Durchblick: Mathematik als Sprache der Physik ∗ Streifzug: Wovon hängt der Widerstand von Drähten ab? • Elektrischer Widerstand und Temperatur metallischer Leiter ∗ Streifzug: Supraleitung • Reihen- und Parallelschaltung von Widerständen • Durchblick: Induktiv – Deduktiv • Werkzeug: Analyse von Schaltkreisen

86 86 88 89 90 90 91 92 93

K2 K2

Elektrik im Auto • Schaltung und Lichtanlage in einem Auto • Widerstände als Sensoren ∗ V&A: Elektrische Schaltungen

100 100 101 102

K1

Gefahren und Schutzmaßnahmen • Erdschluss und Schutzerdung ∗ Streifzug: Der FI-Schalter ∗ Streifzug: Wirkungen des elektrischen Stroms auf den Menschen ∗ Streifzug: Gefahren und Schutzmaßnahmen

104 104 105 106

∗ Streifzug: Die Väter der Elektrik • Elektrik im Wandel der Jahrhunderte • Grundwissen: Stromstärke – Ladung – Spannung

108 109 110

K2 K1

Eigenschaften von Ladung, …

Elektrische Quellen und elektrische Verbraucher Unterscheidung und Messung von Spannungen und Stromstärken

Spannungen und Stromstärken bei Reihen- und Parallelschaltungen

Seite

• obligatorische Inhalte /verbindliche Elemente ∗ fakultative Inhalte / ergänzende Elemente

Kontexte K1: Elektroinstallationen und Sicherheit im Haus K2: Autoelektrik K3: Hybridantrieb

Kernlehrplan

K1

Elektrischer Widerstand, Ohm’sches Gesetz K1

68 69 70 71

W Die Stärke des elektrischen Stroms zu seinen Wirkungen in Beziehung setzen und die Funktionsweise einfacher Geräte darauf zurückführen.

W M M S

S Die Eigenschaften von Stoffen (Ladung und Leitfähigkeit) mit Hilfe eines einfachen Kern-Hülle-Modells beschreiben

S

S S S

S Die Spannung als Indikator für durch Ladungstrennung gespeicherte Energie beschreiben

78 79

94 95 96 97 98

107

S S S S

W M M

W die Beziehung von Spannung, Stromstärke und Widerstand in elektrischen Schaltungen beschreiben und anwenden

S M S

S S

S Den Aufbau von Systemen beschreiben und die Funktionsweise ihrer Komponenten erklären

S

S Den Aufbau von Systemen beschreiben und die Funktionsweise ihrer Komponenten erklären

Kernlehrplan: Kraft, Druck, mechanische und innere Energie

SPEKTRUM PHYSIK Kraft – Druck – mechanische Energie

Inhaltsfelder / Kontexte

Inhalt nach Inhaltsverzeichnis

(vollständig nach KLP, Reihenfolge nach KLP)

Basiskonzepte (vollständig nach KLP, Reihenfolge geändert)

E – Energie, M – Struktur der Materie, S – System, W – Wechselwirkung Die Kürzel geben an, welchem Basiskonzept der jeweilige Text entnommen ist.

Projekte

K1: Einfache Maschinen: Kleine Kräfte, lange Wege K2: 100m in 10 Sekunden (Physik und Sport) K3: Anwendungen der Hydraulik K4: Tauchen in Natur und Technik

K2 K2 K2 Geschwindigkeit

Kraft als vektorielle Größe

(Kraft als vektorielle Größe)

Gewichtskraft

Zusammenwirken von Kräften

Schneller – höher – weiter Maschinen Energie Druck – eine Größe bestimmen und messen

114 114 115 115

Bewegungen • Geradlinige Bewegung • Krummlinige Bewegung • Hin- und Herbewegung • Beschreibung von Bewegungen ∗ V&A: Bewegungen • Die Geschwindigkeit ∗ Pinnwand: Geschwindigkeit und ihre Messung • Von der Durchschnittsgeschwindigkeit zur Momentangeschwindigkeit ∗ V&A: Durchschnitts- und Momentangeschwindigkeit ∗ Streifzug: Bewegung ist relativ • Werkzeug: Erstellen und interpretieren von Diagrammen • Werkzeug: Messen – Darstellen – Interpretieren

116 116 116 116 117 117 118 119 120

Kräfte und ihre Wirkungen • Bewegungsänderungen • Formänderungen • Beispiele für Kräfte • Reibung ∗ V&A: Reibung • … und wenn keine Kräfte wirken? • Ein Körper – zwei Kräfte ∗ Streifzug: Verkehrssicherheit

124 124 124 125 125 125 126 126

Kraftmessung • Wie groß ist eine Kraft? • Kraft hat eine Richtung • Kraftdarstellung durch Pfeile • Dehnungs-Kraft-Diagramme • Werkzeug: Vom Versuch/Messwert zur Formel

128 128 W 129 S/W 129 S/W 130 W 131

Besondere Kräfte • Die Gewichtskraft • Eine Kraft, die nur nach unten wirkt • Streifzug: Schwerelosigkeit • Wechselwirkungskräfte

132 133 133 133 135

Zusammensetzen und Zerlegen von Kräften • Zwei Kräfte – eine Wirkung ∗ V&A: Kräftezerlegung • Eine Kraft – mehrere Komponenten • Wo sind die Wirkungslinien ∗ Streifzug: Segeln gegen den Wind

136 136 W 137 138 W 139 W 1139

Die Masse • Körper sind schwer • Körper sind träge • Massenbestimmung ∗ Streifzug: Das Urkilogramm • Masse und Gewichtskraft ∗ Pinnwand: Die Personenwaage ∗ Streifzug: Wie genau nehmen wir es mit Zahlen? ∗ Streifzug: Alle Körper ziehen einander an ∗ Pinnwand: Wägen gestern und heute

140 140 141 141 142 142 143 144 144 145

Maschinen • Feste und lose Rollen • Der Flaschenzug • Die schiefe Ebene • Hebel • Die Goldene Regel der Mechanik ∗ Pinnwand: Maschinen

146 147 148 149 150 151

∗ ∗ ∗ ∗

Inhaltsfelder

Hebel und Flaschenzug

Seite

• obligatorische Inhalte /verbindliche Elemente ∗ fakultative Inhalte / ergänzende Elemente

Kontexte

Masse

Kernlehrplan

W W W W

W (Kraft und) Geschwindigkeit als vektorielle Größen beschreiben.

W W

120 121 122 123 W W W W

W Bewegungsänderungen oder Verformungen von Körpern auf das Wirken von Kräften zurückführen.

W W

W Kraft (und Geschwindigkeit) als vektorielle Größe beschreiben

S W W

W Kraft (und Geschwindigkeit) als vektorielle Größe beschreiben

S S S S W

S S S S S

W Die Beziehung und den Unterschied zwischen Masse und Gewichtskraft beschreiben.

S Den Aufbau von Systemen beschreiben und die Funktionsweise ihrer Komponenten erklären W Die Wirkungsweisen und die Gesetzmäßigkeiten von Kraftwandlern an Bespielen beschreiben. S Technische Geräte hinsichtlich ihres Nutzens für Mensch und Gesellschaft (und ihre Auswirkungen auf die Umwelt) beurteilen

Kernlehrplan: Kraft, Druck, mechanische und innere Energie

SPEKTRUM PHYSIK Kraft – Druck – mechanische Energie

mechanische Arbeit und Energie Energieerhaltung

(mechanische Energie und Arbeit)

Druck

K3

K4

Auftrieb in Flüssigkeiten

Kernlehrplan

Energie – Energieformen – Energieerhaltung • Energie hat viele Namen • Mechanische Energieformen • Energieerhaltung ∗ V&A: Energieerhaltung (1) • Energiebilanz ∗ V&A: Energieerhaltung (2)

152 152 153 154 154 155 155

Energie wird berechnet • Lageenergie • Spannenergie • Mechanische Energie und Arbeit ∗ V&A: Energie • Bewegungsenergie ∗ Streifzug: Sicherheitsmaßnahmen bei PKW • Bleibt Energie wirklich erhalten? • Werkzeug: Energiebilanzen ∗ V&A: Mechanische Energie und Energieerhaltung ∗ Streifzug: Die Väter der Mechanik

156 156 157 157 157 158 159 160 161 162 164

Stempeldruck • Druck in Gasen und Flüssigkeiten • Druck, von den Teilchen verursacht ∗ V&A: Druck in Flüssigkeiten und Gasen • Druck, Kraft und Fläche ∗ Pinnwand: Druckmessung • Hydraulische Anlagen ∗ Pinnwand: Hydraulische Anlagen

166 166 167 167 168 169 170 171

Schweredruck • Schweredruck in Wasser ∗ V&A • Schweredruck in Luft ∗ Streifzug: Die Magdeburger Halbkugeln ∗ V&A: Luftdruck • Tauchen ∗ Pinnwand: Luftdruck • Druckunterschiede bewirken Strömungen ∗ Pinnwand: Druckunterschiede in der Erdatmosphäre

172 172 173 174 174 175 176 177 178 179

Auftrieb in Flüssigkeiten und Gasen • Die Auftriebskraft in Flüssigkeiten • Auftrieb in Gasen • Durchblick: Methoden der Erkenntnisgewinnung • Schwimmen oder sinken? ∗ Pinnwand: Auftrieb in Natur und Technik

180 180 181 181 182 183

• Grundwissen: Kraft – Druck – mechanische Energie

184

E E E

E Lage- kinetische (und durch elektrischen Strom transportierte sowie thermisch übertragene) Energie unterscheiden, formal beschreiben und für Berechnungen nutzen

E

E E E

E Die Energieerhaltung als ein Grundprinzip des Energiekonzeptes erläutern und sie zur quantitativen energetischen Beschreibung von Prozessen nutzen

E E

W W W W

E Lage- kinetische (und durch elektrischen Strom transportierte sowie thermisch übertragene) Energie unterscheiden, formal beschreiben und für Berechnungen nutzen W Druck als physikalische Größe quantitativ beschreiben und in Beispielen anwenden

S

W

W Schweredruck (und Auftrieb) formal beschreiben und in Beispielen anwenden.

W W W

W W W

W (Schweredruck und) Auftrieb formal beschreiben und in Beispielen anwenden

Kernlehrplan Radioaktivität und Kernenergie

SPEKTRUM PHYSIK Radioaktivität und Kernenergie Inhalt nach Inhaltsverzeichnis

Inhaltsfelder / Kontexte

Seite

Basiskonzepte

• obligatorische Inhalte /verbindliche Elemente ∗ fakultative Inhalte / ergänzende Elemente

(vollständig nach KLP, Reihenfolge nach KLP)

Kontexte K1: Radioaktivität und Kernenergie – Nutzen und Gefahren K2: Strahlendiagnostik und Strahlentherapie K3: Kernkraftwerke und Fusionsreaktoren

Kernlehrplan

Projekte K1

K3

∗ ∗

Radioaktivität um uns herum Kernkraftwerke – Nutzen und Gefahren

(vollständig nach KLP, Reihenfolge geändert)

191

E – Energie, M – Struktur der Materie, S – System, W – Wechselwirkung Die Kürzel geben an, welchem Basiskonzept der jeweilige Text entnommen ist.

191 191

Inhaltsfelder

• Wiederholung

190

Aufbau der Atome

Aufbau der Atome • Abschätzung des Atomdurchmessers • Das Rutherford’sche Atommodell • Ladung und Masse atomarer Teilchen • Werkzeug: Die Linke-Hand-Regel • Aufbau der Atomkerne • Kernkraft ∗ Streifzug: Quarks und der Aufbau der Materie ∗ Streifzug: Streuexperimente • Durchblick: Modelle und Simulationen

192 192 192 192 194 196 197 197 198 199

Radioaktivität • Nachweis von Radioaktivität • Zählrate und Nulleffekt • Ablenkbarkeit radioaktiver Strahlung • Reichweite radioaktiver Strahlung • Durchdringungsvermögen radioaktiver Strahlung ∗ Streifzug: Aus α wird Helium • Zerfallsarten ∗ Streifzug: Umgebungsstrahlung • Teilchenfreie Strahlung ∗ Streifzug: Photonen und ihre Energie • Zerfallskurven und Halbwertszeit • Werkzeug: Simulation des radioaktiven Zerfalls • Zerfallsreihen ∗ V&A: Radioaktivität ∗ Streifzug: Wie alt ist Ötzi? ∗ Streifzug: Wegbereiter der Kernphysik

200 200 201 202 202 203 204 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213

Strahlenwirkungen und Strahlenschutz • Wirkungen von Strahlung • Schäden durch ionisierende Strahlung • Messung der Strahlenbelastung • Strahlenschutz ∗ Streifzug: Nahrungsketten und Belastungspfade ∗ Pinnwand: Strahlenbelastung • Strahlentherapie und Strahlendiagnostik ∗ Pinnwand: Anwendung von Strahlung

214 214 215 216 217 218 219 220 221

Kernenergie • Die Kernspaltung • Kettenreaktion • Die Kernfusion • Die Kernbindungsenergie • Der Reaktorkern • Energiewandlung im Reaktor • Brennstoffkreislauf • Reaktorsicherheit • Kraftwerke im Vergleich • Kernfusion und Fusionskraftwerk

222 222 M 223 M 223 M 224 E 225 S 225 S/E 226 S/E 227 S 228 S/E 230 S

• Historische Entwicklung der Atom- und Kernphysik • Grundwissen: Radioaktivität und Kernenergie

232 234

Ionisierende Strahlung (Arten, Reichweiten, Zerfallsreihen,

Halbwertszeit)

K1 Strahlennutzung und Strahlenschäden Strahlenschutz

Kernspaltung K3

K1 Nutzen und Risiken der Kernenergie

M M W M W

M Eigenschaften von Materie mit einem angemessenen Atommodell beschreiben S den Aufbau von Systemen beschreiben und die Funktionsweise ihrer Komponenten erklären

M M M M M M M

M experimentelle Nachweismöglichkeiten radioaktiver Strahlung M die Entstehung von ionisierender Teilchenstrahlung beschreiben M Eigenschaften (und Wirkungen) verschiedener Arten radioaktiver Strahlung nennen

M

M Zerfallsreihen mit Hilfe der Nuklidkarte identifizieren

S M

W W W W

M (Eigenschaften) und Wirkungen verschiedener Arten radioaktiver Strahlung nennen M Nutzen und Risiken radioaktiver Strahlung und Röntgenstrahlung bewerten

W

W die Wechselwirkung radioaktiver Strahlung, insbesondere ionisierender Strahlung und Materie sowie die daraus resul tierenden Veränderungen der Materie beschreiben und damit mögliche medizinische Anwendungen und Schutzmaßnahmen erklären. M Prinzipien von Kernspaltung und Kernfusion auf atomarer Eben beschreiben E In relevanten Anwendungszusammenhängen komplexere Vorgänge energetisch beschreiben … S technische Geräte und Anlagen unter Berücksichtigung von Nutzen, Gefahren und Belastung der Umwelt vergleichen und bewerten und Alternativen erläutern

Kernlehrplan: Energie, Leistung, Wirkungsgrad

SPEKTRUM PHYSIK Energie – elektrisch und thermisch

Inhaltsfelder / Kontexte

Inhalt nach Inhaltsverzeichnis

(vollständig nach KLP, Reihenfolge nach KLP)

Seite

Basiskonzepte (vollständig nach KLP, Reihenfolge geändert)

• obligatorische Inhalte /verbindliche Elemente ∗ fakultative Inhalte / ergänzende Elemente

Kontexte K1: Strom für zu Hause K2: Das Blockheizkraftwerk K3: Verkehrssysteme und Energieeinsatz

Kernlehrplan

Projekte K1 K3

Inhaltsfelder

Energie und Leistung in Mechanik, Elektrik (und Wärme)

(Energieumwandlungsprozesse,) Elektromotor ……Wirkungsgrad……

…..Generator

K1

K2

∗

Energiebedarf einer Familie

E – Energie, M – Struktur der Materie, S – System, W – Wechselwirkung geben an, welchem Basiskonzept der jeweilige Text entnommen ist.

239

• Wiederholung

238

Energie im Haushalt und im Verkehr • Möglichkeiten zur Reduzierung des Energiebedarfs

240 240

Leistung –mechanisch und elektrisch • Mechanische Leistung • Elektrische Leistung • Elektrische Energie ∗ Streifzug: „Stromrechnung“ ∗ Streifzug: Energiesparen zuhause

242 242 243 243 244 245

Der Elektromotor • Der rotierende Elektromagnet • Der Gleichstrommotor ∗ Pinnwand: Verbesserte Motoren • Wirkungsgrad eines Elektromotors ∗ V&A: Elektromotor ∗ Streifzug: Der Schrittmotor

246 246 247 247 248 248 249

Elektromagnetische Induktion • Erzeugung elektrischer Spannung • Unter welchen Bedingungen entsteht eine Induktionsspannung? • Die Leiterschaukel • Durchblick: Beobachten – Beschreiben – Erklären • Wechselspannung • Wechselstromgenerator ∗ V&A: Induktion ∗ Streifzug: Ohne Induktion kein Hören von Musik • Der Transformator als Spannungswandler ∗ Streifzug: Besondere Trafos • Übertragung elektrischer Energie durch Hochspannung

250 250 251

Energieänderung und Temperaturänderung • Energiezufuhr – Temperatur • Energiezufuhr – Masse • Energiezufuhr – Stoff • Die Energie-Temperatur-Gleichung • Mischungstemperatur ∗ V&A: Energieübertragung

262 262 262 264 265 266 267

Energieänderung und Zustandänderungen • Schmelzen und Verdampfen – Kondensieren und Erstarren ∗ V&A: Zustandsänderungen ∗ Pinnwand: Die Bedeutung der spezifischen Wärmekapazität von Wasser

268 268 270 271

Thermische Energie im Teilchenbild • Ein Blick ins Innere der Körper ∗ Streifzug: Brown’sche Teilchenbewegung ∗ V&A: Teilchenbewegung • Energiezufuhr und Teilchenbewegung ∗ Streifzug: Ein Experiment vereinheitlicht die Physik

272 272 M 273 273 274 M/E 275

Thermische Energie und gesellschaftlicher Wandel

276

Energie – elektrisch und thermisch • Das Blockheizkraftwerk ∗ Pinnwand: Nutzung von elektrischer und thermischer Energie

278 278 S/E 279

• Grundwissen: Energie – elektrisch und thermisch

280

E E E E

W W

E In relevanten Anwendungszusammenhängen Vorgänge energetisch beschreiben und dabei Speicherungs-, Transport-, Umwandlungsprozesse erkennen und darstellen E Den quantitativen Zusammenhang von umgesetzter Energiemenge (bei Umsetzung durch Kraftwirkung: Arbeit), Leistung und Zeitdauer des Prozesses kennen und in Beispielen aus Natur und Technik nutzen.

W Den Aufbau eines Elektromotors beschreiben und seine Funktion mit Hilfe der magnetischen Wirkung des Stromes erklären.

W

W W

252 W 253 254 W 255 W 256 257 258 W 259 260 S/E E E E E E

W Den Aufbau von Generator und Transformator beschreiben und ihre Funktionsweisen mit der elektromagnetischen Induktion erklären.

E (Lage-, kinetische und durch elektrischen Strom transportierte sowie) thermisch übertragene (Wärmemenge) unterscheiden, formal beschreiben und für Berechnungen nutzen.

E

M Eigenschaften von Materie mit einem angemessenen Atommodell beschreiben.

S Technische Geräte und Anlagen unter Berücksichtigung von Nutzen, Gefahren und Belastung der Umwelt vergleichen und bewerten und Alternativen erläutern

Kernlehrplan Energie, Leistung, Wirkungsgrad

SPEKTRUM PHYSIK Energieströme – Energienutzung

Inhaltsfelder / Kontexte

Inhalt nach Inhaltsverzeichnis

(vollständig nach KLP, Reihenfolge nach KLP)

Kernlehrplan

Seite

Basiskonzepte (vollständig nach KLP, Reihenfolge geändert)

• obligatorische Inhalte /verbindliche Elemente ∗ fakultative Inhalte / ergänzende Elemente

Kontexte

Projekte

K1 Energiesparhaus

∗ ∗

Inhaltsfelder Energieumwandlungsprozesse Wirkungsgrad

Erhaltung und Umwandlung von Energie

Aufbau und Funktion eines Kraftwerkes

Regenerative Energieanlagen

K1

Motoren, insbesondere Verbrennungsmotore Energienutzung

283

E – Energie, M – Struktur der Materie, S – System, W – Wechselwirkung Die Kürzel geben an, welchem Basiskonzept der jeweilige Text entnommen ist.

285 285

• Wiederholung

284

Energieströme • Unterschiede schaffen Ströme • Ströme schaffen Unterschiede • Energieströme und Wirkungsgrad ∗ Streifzug: Perpetuum mobile – bewegt es sich ewig?

286 286 287 288 289

Energieentwertung • Einbahnstraße Energieentwertung

290 290

Wärme-Kraft-Maschinen • Der Heißluftmotor • Wirkungsgrad ideal und real • Verbrennungsmotoren • Das Wärmekraftwerk • Die Gasturbine ∗ Pinnwand: Automotor

292 292 293 294 296 298 298

Wärme-Kraft-Maschinen – kritisch gesehen • Wärme-Kraft-Maschinen im Vergleich • Verdampfung–Kondensation: Entwertung im Wärmekraftwerk • Gas- und Dampfkraftwerk – Kraft-Wärme-Kopplung • Probleme der Energiewandlung bei Verbrennungsprozessen

299 299 S/E 300 E 300 S/E 301 S/E

Energiequellen und Energienutzung • Primärenergie – Sekundärenergie – Endenergie – Abwärme • Sekundärenergie „Strom“ • Energiebedarf und seine Deckung • Regenerative Energien ∗ V&A: Energieversorgung • Solarbatterie • Windenergie ∗ Streifzug: Wind-Energie-Anlage (WEA) • Geothermie ∗ Pinnwand: Nutzung regenerativer Energien • Energiewandlung und die Folgen • Energienutzung und Klima – weltweit • Alle Kraftwerkstypen im Vergleich • Weniger ist mehr – Häuser mit geringem Einergiebedarf

302 302 E 303 E 304 E 306 E 307 308 E 309 E 309 310 E 311 312 W 313 W 314 S/E 316 S/E

Der Treibhauseffekt • Treibhauseffekt und Temperatur • Die Treibhausgase • Wege aus der Krise ∗ Pinnwand: Transport und CO2

318 318 319 320 321

• Grundwissen: Energieströme – Energienutzung

322

E E E

E Temperaturdifferenzen, Höhenunterschiede, Druckdifferenzen und Spannungen als Voraussetzung für und als Folge von Energieübertragung an Beispielen aufzeigen

E

E An Beispielen Energiefluss und Energieentwertung quantitativ darstellen E Die Verknüpfung von Energieerhaltung und Energieentwertung in Prozessen aus Natur und Technik (z. B. in Fahrzeugen, Wärmekraftmaschinen, Kraftwerken usw.) erkennen und beschreiben. S Die Funktionsweise einer Wärmekraftmaschine erklären. S Den Aufbau von Systemen beschreiben und die Funktionsweise ihrer Komponenten erklären (z. B. Kraftwerke, medizinische Geräte, Energieversorgung)

S E S S S

W W W

S Energieflüsse in den oben genannten offenen Systemen beschreiben S Technische Geräte und Anlagen unter Berücksichtigung von Nutzen , Gefahren und Belastung der Umwelt vergleichen und bewerten und Alternativen erläutern E Beschreiben, dass die Energie, die wir nutzen, aus erschöpfbaren oder regenerativen Quellen gewonnen werden kann. E Verschiedene Möglichkeiten der Energiegewinnung , -aufbereitung und -nutzung unter physikalischtechnischen, wirtschaftlichen und ökologischen Aspekten vergleichen und bewerten sowie deren gesellschaftliche Relevanz und Akzeptanz diskutieren. S Den Aufbau von Systemen beschreiben und die Funktionsweise ihrer Komponenten erklären (z.B. Kraftwerke, medizinische Geräte, Energieversorgung) E Beschreiben, dass die Energie, die wir nutzen, aus erschöpfbaren oder regenerativen Quellen gewonnen werden kann. E Die Notwendigkeit zum „Energiesparen“ begründen sowie Möglichkeiten dazu in ihrem persönlichen Umfeld erläutern E Verschiedene Möglichkeiten der Energiegewinnung, aufbereitung und -nutzung unter physikalisch-technischen, wirtschaftlichen und ökologischen Aspekten vergleichen und bewerten sowie deren gesellschaftliche Relevanz und Akzeptanz diskutieren.