Sexl Physik 5 RG, Schulbuch

71.1 Trampolinspringen ist ein Wechsel von kinetischer und potenzieller Energie. Unterwasser Wasserschloss Kugelschieber Kugelschieber ab 100 m Ober- wasser bis 2000 m 71.2 Schema eines Speicherkraftwerks. Von einem Speichersee führt eine Druckleitung zu einem tiefer gelegenen Kraftwerk. Potenzielle Energie wird in kinetische Energie umgewan- delt: Aus den Düsen der Druckleitung spritzt Wasser mit hoher Geschwindigkeit auf die Tur- binenschaufeln. Die Drehbewegung der Turbi- ne wird im Generator in elektrische Energie umgewandelt. Das sog. Wasserschloss soll plötzliche Druckänderungen im Druckrohr beim Abschalten auffangen. (Kugelschieber sind Absperrventile der Druckleitung.) 71.3 Turbinenrad einer Freistahlturbine (Peltonturbine). Wasser wird mit hoher Ge- schwindigkeit auf die Turbinenschaufeln gespritzt und treibt sie an. Peltonturbinen sind auch im Kraftwerk Reißeck (Kärnten) bei einer Rekord-Fallhöhe von 1 773m im Einsatz.  Energieumwandlung beim Trampolinspringen Am Beispiel des Trampolinspringens ( 71.1 ) wollen wir Energieumwandlungen beim Sport betrachten. Wir zerlegen die Bewegung in einzelne Phasen: 1. Du steigst auf das Sprungtuch. Durch dein Gewicht werden das Sprungtuch und die Federn elastisch gedehnt. Dehnungsenergie wird gespeichert. 2. Zu Beginn musst du hochspringen, im Körper gespeicherte chemische Energie wird in Bewegungsenergie umgewandelt. Das zurückfedernde Sprungtuch unter- stützt den Vorgang. Dehnungsenergie trägt zur Bewegungsenergie bei. 3. In der Flugphase wird kinetische Energie in potenzielle Energie und zurück um- gewandelt. 4. Wenn dabei Drehungen und Salti gemacht werden, wird zusätzlich chemische Energie umgesetzt. 5. Bei der Landung am Sprungtuch wird kinetische Energie in Dehnungsenergie gewandelt. 6. Der Vorgang setzt sich bei Phase 2 fort. Der Vorgang würde bald durch Reibung zu Ende kommen, würdest du nicht aktiv springen. Je mehr Energie du selbst ein- setzt, desto stärker unterstützt dich das Sprungtuch  ? Antwort auf die Eingangsfrage Eine besondere Rolle in der Versorgung Österreichs mit elektrischer Energie spie- len die Wasserkraftwerke, die etwa 60% des Strombedarfs decken: Kraftwerke an den großen Flüssen (Donau, Inn, Drau, Enns) arbeiten gleichmäßig Tag und Nacht, Speicherkraftwerke in den Alpen liefern bei erhöhtem Strombedarf Spitzenstrom . Die abgebildeten Stauseen liegen in den Stubaier Alpen in Tirol und gehören zum Speicherkraftwerk Sellrain-Silz. Der obere See liegt in einer Höhe von 2 300m und fasst ca. 60Mio.m 3 Wasser, der untere See (ca. 3Mio.m 3 ) liegt bei 1 900m Höhe. Um die Seen zu füllen, wird zusätzlich zum natürlichen Zufluss aus Schmelz- und Re- genwasser der beiden Täler durch ein Stollensystem Wasser aus weiteren Tälern der Berggruppe zugeleitet. Am Ufer des unteren Sees steht ein Kraftwerk, das Wasser über eine Druckleitung aus dem oberen See erhält. Dabei wird eine Höhendifferenz von 400m genutzt. Die Leistung des Kraftwerks entspricht der Leistung eines Donaukraftwerks. In Zeiten mit geringem Strombedarf kann Wasser zurück in den oberen See gepumpt wer- den. Die dafür notwendige Energie stammt aus dem Stromnetz: Sie wird als poten- zielle Energie des Wassers gespeichert. Allerdings betragen die unvermeidlichen Verluste beim Pumpen etwa 25% der eingesetzten Energie. Eine weitere Druckleitung führt vom unteren See in das Kraftwerk Silz im Inntal ( 650m Höhe). Die enorme Höhendifferenz von 1 250m lässt das Wasser mit 500 km/h auf die Turbinenschaufeln ( 71.3 ) treffen, Die Leistung von max. 500MW entspricht 2 Donaukraftwerken oder 250 großen Windkraftanlagen. Mit Speicherkraftwerken können kurzfristige Bedarfsspitzen gedeckt werden, da man sie schneller als z. B. Dampfkraftwerke ein- und ausschalten kann. Speicherkraftwerke ( 71.2 ) nutzen die gegenseitige Umwandlung verschiedener Energieformen: − Die Energie der Sonne lässt über dem Meer Wasser verdunsten, das durch Win- de das Festland erreicht und als Regen oder Schnee im Gebirge Gletscher, Seen und Bäche speist. − Wenn das Wasser eines Stausees durch die Druckleitung zu den Turbinen stürzt, wird potenzielle Energie zunächst in kinetische Energie des Wassers, in die Drehbewegung der Turbine und des Generators und schließlich in elektrische Energie umgewandelt. − Wenn das Angebot an elektrischer Energie im europäischen Stromnetz den Be- darf übersteigt (und dadurch der Großhandelspreis niedrig ist), kann in Pumpspeicherwerken durch Hochpumpen des Wassers Energie als potenzielle Energie gespeichert werden und bei Bedarf wieder „verstromt“ werden. Neben den offensichtlichen Vorteilen von Speicherkraftwerken gibt es Nachteile: Durch ihre Lage im Gebirge sind sie weit von den Ballungszentren entfernt, so dass lange Hochspannungsleitungen erforderlich sind. Die Errichtung riesiger Staumauern ist teuer. Sie benötigen viel Platz und verändern die Landschaft. 71 | ENERGIE/THERMODYNAMIK Nur zu Prüfzwecken – Eig ntum des Verlags öbv