Schriftliche Abschlussprüfung Physik 2000/2001

Aufgabe 7 Energie, Umwelt, Kernphysik

7.1      Elektroenergie wird in Deutschland überwiegend in Wärmekraftwerken aus Kohle gewonnen.

7.1.1 Beschreiben Sie die Energieumwandlungen in einem Wärmekraftwerk. Gehen Sie dabei auf die Aggregate Dampferzeuger, Turbine, Generator und Transformator ein.

7.1.2 Nennen Sie je einen Vorteil und einen Nachteil dieser Art der Gewinnung von Elektroenergie.

7.1.3 Der Wirkungsgrad dieser Kraftwerke liegt bei etwa 45%. Erläutern Sie diese Aussage.

7.1.4 Geben Sie eine Möglichkeit zur Erhöhung des Wirkungsgrades von Wärmekraftwerken an.

Für 7. 1.1 bis 7.1.4 erreichbare BE: 9

7.2      Im sächsischen Pumpspeicherkraftwerk Markersbach arbeiten sechs Maschinensätze mit der Gesamtleistung 1050 MW. Diese können je nach Bedarf im Turbinen- oder Pumpenbetrieb laufen.

7.2.1 Erläutern Sie, zu welchem Zweck die Maschinensätze in der jeweiligen Betriebsart eingesetzt werden. Geben Sie die dabei jeweils auftretenden Energieumwandlungen an.

7.2.2 Zwischen Ober- und Unterbecken besteht ein durchschnittlicher Höhen unterschied von 288 m.
Berechnen Sie die potentielle Energie, die mithilfe von einem Kubikmeter Wasser mit der Masse 1 t im Oberbecken gespeichert ist. Geben Sie Ihr Ergebnis auch in kWh an.

7.2.3 Der Wirkungsgrad der Anlage im Turbinenbetrieb beträgt 84%.
Geben Sie die elektrische Energie an, die gewonnen wird, wenn ein Kubikmeter Wasser aus dem Oberbecken zurück ins Unterbecken fließt.

Für 7.2.1 bis 7.2.3 erreichbare BE: 9

7.3      In Kernkraftwerken wird erheblicher Aufwand getrieben, um Menschen und Umwelt vor radioaktiver Strahlung zu schützen.

7.3.1 Nennen Sie zwei Arten von radioaktiver Teilchenstrahlung.

7.3.2 Geben Sie ein Gerät an, mit dem sich radioaktive Strahlung nachweisen lässt.

7.3.3 Nennen Sie zwei Eigenschaften radioaktiver Strahlung und je eine geeignete Strahlenschutzmaßnahme, um eine mögliche Gefährdung der Menschen zu vermeiden.

Für 7.3.1 bis 7.3.3 erreichbare BE: 7


Lösung Aufgabe 7 Energie, Umwelt, Kernphysik
(Bitte beachten Sie den Hinweis am Ende der Seite)

Aufgabe 7.1

7.1.1 Im Dampferzeuger wird die chemische Energie der Kohle in thermische und kinetische Energie des Wasserdampfes umgewandelt.
In der Turbine wird die kinetische Energie des Dampfes auf das Turbinenrad übertragen.
Der Generator wandelt diese kinetische Energie in elektrische Energie um.
Sowohl in der Turbine als auch im Generator wird kinetische Energie auch in thermische Energie (durch die auftretenden Reibungsvorgänge) umgewandelt.
Der Transformator überträgt bei der Transformation auf hohe Spannungen elektrische Energie von der Primär- auf die Sekundärspule. Gleichzeitig tritt beim Transformator eine unerwünschte Energieumwandlung (elektrische Energie wandelt sich in thermische Energie um) auf.

7.1.2 Vorteil: Verwendung einheimischer Rohstoffe
Nachteil: Belastung der Umwelt durch Abgase, Staub

7.1.3 Der Wirkungsgrad gibt an, welcher Anteil der aufgewendeten Energie in nutzbare Energie umgewandelt wird. Ein Wirkungsgrad von 45% bedeutet, dass nur 45% der chemischen Energie der Kohle in elektrische Energie umgewandelt werden kann.

7.1.4  - Mögliche Nutzung der entstehenden Abwärme zur Erzeugung von Fernwärme;
(- Bessere Wärmeisolation
- Verringerung der Reibungsverluste ...)

Aufgabe 7.2

7.2.1

  Zweck Energieumwandlungen
Pumpenbetrieb Hochpumpen des Wassers aus dem Unterbecken in das Oberbecken Elektrische Energie Kinetische Energie des Wassers Potentielle Energie des Wassers
Turbinenbetrieb Erzeugen von Elektroenergie Potentielle Energie des Wassers Kinetische Energie des Wassers Kinetische Energie der Turbine Elektrische Energie

7.2.2 ges.: Epot
geg.: h = 288 m; m = 1t = 1000 kg

Lösung:

Die potentielle Energie von 1 m³ Wasser beträgt 2830000 J oder 0,786 kWh.

7.2.3 ges.: Eel
geg.: h = 84%
E = 0,786 kWh

Lösung: Eel =
h E
Eel = 0,84 0,786 kWh
Eel = 0,660 kWh

Es wird eine elektrische Energie von 0,660 kWh gewonnen.

 

Aufgabe 7.3

7.3.1 a - Strahlung, b - Strahlung (b+- oder b--Strahlung)

7.3.2   Nachweisgerät: Geiger-Müller-Zählrohr
(oder auch: Dosimeter, Film)

7.3.3

Eigenschaft

Schutzmaßnahme

Ionisierungsvermögen

Verwendung von Schutzbekleidung

Durchdringungsvermögen

Abstand zur Strahlenquelle so groß wie möglich wählen

Verwendung von Schutzwänden


Die vorliegenden Lösungen sind Musterlösungen von Henri Schönbach, 83. Mittelschule, und , Georg-Schumann-Schule in Leipzig, und keine offiziellen Lösungen des Sächsischen Staatsministeriums für Kultus.Herzlicher Dank gilt Herrn Dr. Liebau und Frau Ines Stiller, die die vorliegenden Lösungen begutachteten.  Die Autoren garantieren nicht für die Vollständigkeit und Richtigkeit der vorliegenden Lösungen. In Klammern stehende und kleiner gedruckte Lösungen betrachten die Autoren auch als möglich bzw. sind als Kommentar gedacht. Wir freuen uns über jeden Hinweis zur Verbesserung dieser Musterlösungen. Bitte senden Sie uns eine Email, Betreff: Prüfung 2001

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