Lösung Schriftliche Abschlussprüfung Physik 2001/2002 Aufgabe 7

Aufgabe 7 Energie, Umwelt und Mensch

7.1 Mit Solarstromanlagen wird die Energie der Sonne direkt in elektrische Energie umgewandelt.

7.1.1 Nennen Sie einen Vorteil und einen Nachteil dieser Energiequelle.

7.1.2 Ein Solarmodul, das aus mehreren Solarzellen besteht, liefert unter Sonneneinstrahlung die Stromstärke 6 A bei der elektrischen Spannung von 50 V.
Berechnen Sie die elektrische Leistung des Solarmoduls.

7.1.3 Diese elektrische Leistung wird erreicht, wenn die Leistung der auftreffenden Sonnenstrahlung 2,5 kW beträgt. Berechnen Sie den Wirkungsgrad dieses Solarmoduls.

7.1.4 Elektrische Energie kann zum Betreiben eines Föns genutzt werden.
Geben Sie zwei dabei auftretende Energieumwandlungen an.

7.1.5 Erläutern Sie eine Möglichkeit zur Einsparung von elektrischer Energie im Haushalt.

Für 7.1 erreichbare BE: 10

7.2 Die Abbildung zeigt vereinfacht und vergrößert einen Teil der strukturierten Oberfläche einer Solarzelle und einen Lichtstrahl, der unter einem Einfallswinkel von 45° auftrifft. Das Licht wird beim Übergang von Luft in die Solarzelle gebrochen und anschließend am Spiegel reflektiert.
Die Lichtgeschwindigkeit in der Solarzelle beträgt 200 000 .

7.2.1 Berechnen Sie den Brechungswinkel des Lichtes beim Übergang von Luft in die Solarzelle.

7.2.2 Übernehmen Sie die Abbildung und zeichnen Sie den Strahlenverlauf bei der Brechung des Lichtes und bei der anschließenden Reflexion am Spiegel.

Für 7.2 erreichbare BE: 5

7.1.1 Vorteil: Verwendung regenerativer Energiequellen
Nachteil: Geringer Wirkungsgrad

7.1.2 Ges.: P

Geg.: I = 6 A
U = 50 V

Lösung:

Die elektrische Leistung des Solarmoduls beträgt 300 W.

7.1.3 Ges.: h
geg.: E_aufgew. = 2,5 kW = 2500 W

Lösung:

Der Wirkungsgrad des Solarmoduls beträgt 0,12 oder 12%.

7.1.4 Elektrische Energie --> Mechanische Energie
Elektrische Energie --> Thermische Energie

7.1.5 Eine Möglichkeit der Einsparung elektrischer Energie im Haushalt besteht darin, elektrische Geräte, die sich nicht ausschalten lassen und stets im sogenannten Standby-Betrieb arbeiten, bei Nichtgebrauch vom Stromnetz zu trennen. Damit wird die für den Standby-Betrieb nötige elektrische Energie eingespart.

7.2.1 Ges.: b

Lösung:

Der Brechungswinkel des Lichtes beim Übergang von Luft in die Solarzelle beträgt rund 28°.

7.3.1 Ges.: F_Zug

Lösung:
Für die lose Rolle gilt: F_Zug = ½ F_Hub. Also beträgt die erforderliche Zugkraft 250 N.

7.3.2 Mit der losen Rolle kann man keine mechanische Arbeit sparen. Dies kann man mit Hilfe der Goldenen Regel der Mechanik begründen, welche für kraftumfomende Einrichtungen gilt und besagt: Was man an Kraft spart, muss man an Weg zusetzen. Damit ist das Produkt aus Kraft und Weg (was ja die mechanische Arbeit darstellt) immer konstant.

7.3.3 Das Solarmodul könnte auch mit einer festen Rolle oder einem Flaschenzug auf das Dach gehoben werden.

7.4.1 Drei wesentliche Bestandteile eines Kernkraftwerkes sind Kernreaktor, Turbine und Generator.

7.4.2 Eine Strahlenschutzmaßnahme in einem Kernkraftwerk besteht darin, dass bestimmte Bereiche des Kraftwerkes nur durch Schleusen zu erreichen sind. Diese Systeme verfügen über entsprechende Säuberungssysteme. Damit wird verhindert, dass unter ungünstigen Umständen austretender radioaktiver Staub in die Umwelt gelangt und dort Schäden verursacht.

Die vorliegenden Lösungen sind Musterlösungen von , Georg-Schumann-Schule in Leipzig, und keine offiziellen Lösungen des Sächsischen Staatsministeriums für Kultus.Herzlicher Dank gilt Herrn Schönbach, Herrn Schumann und Herrn Genscher, die die vorliegenden Lösungen begutachteten. Der Autor garantiert nicht für die Vollständigkeit und Richtigkeit der vorliegenden Lösungen. In Klammern stehende und kleiner gedruckte Lösungen betrachtet der 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 2002