Ein­stieg und All­ge­mei­nes

  • Down­load: Un­ter­richts­pla­nung für das TG (TuM) .
  • Down­load: Un­ter­richts­pla­nung für das TG (Me­cha­tro­nik, nicht mehr ak­tua­li­siert) .
  • For­mel­samm­lun­gen für Ener­gie­tech­nik, die auch beim Abi­tur (Tech­ni­sches Gym­na­sium in Ba­den-Würt­tem­berg) mit den Auf­ga­ben zur Ener­gie­tech­nik aus­ge­ge­ben wer­den.
  • Down­load: Übungs­auf­ga­ben zur Ener­gie­tech­nik (PDF mit Lö­sun­gen)
  • Down­load: Kom­bi­nier­te Auf­ga­ben (PDF mit teil­wei­se sehr aus­führ­li­chen Lö­sun­gen): Nicht nur im Fach Ener­gie­tech­nik, aber dort häu­fi­ger, taucht in den Abi­tur-Prü­fun­gen ein Auf­ga­ben­typ auf, den viele Schü­ler gar nicht mö­gen. Die Ur­sa­che der Ab­nei­gung ist ver­mut­lich, dass in die­sen Auf­ga­ben meh­re­re, wenn auch ein­fa­che tech­nisch-phy­si­ka­li­sche Zu­sam­men­hän­ge ver­knüpft wer­den müs­sen. Wer die nicht ver­stan­den hat oder we­nigstens die For­meln prä­sent hat, ins­be­son­de­re die Sa­che mit der Leistung, und/oder hil­flos vor den Ein­hei­ten steht, ist schnell über­for­dert. An­de­re Schü­ler lö­sen die­se Auf­ga­ben im Han­dum­dre­hen, denn ma­the­ma­tisch sind sie so an­spruchs­los, dass ich sie die Drei­satz-Auf­ga­ben nen­ne.
    Auch auf die­ses Pro­blem kann man sich vor­be­rei­ten, des­halb ha­be ich hier die bis­her gestell­ten "Drei­satz-Auf­ga­ben" mit aus­führ­li­chen Lö­sun­gen zum Üben zu­sam­men­ge­stellt.

    Ich schät­ze die­se Auf­ga­ben übri­gens sehr, denn wo soll sich tech­ni­sches Ver­ständ­nis schu­lisch aus­zah­len wenn nicht im Fach Tech­nik? Da­zu ein Zi­tat aus "Na­tur­wis­sen­schaft - Al­les was man wis­sen muss" von Det­lef Gan­ten, Tho­mas Deich­mann und Thi­lo Spahl, Mün­chen 2005, S.518 : Das Lö­sen wohl­de­fi­nier­ter Auf­ga­ben macht näm­lich nur ei­nen klei­nen Teil der men­schli­chen In­tel­li­genz aus, ein wei­taus kom­ple­xe­rer Teil besteht in der Fä­hig­keit, aus der un­end­lich viel­fäl­ti­gen Welt Pro­ble­me her­aus­zu­schä­len, das heißt die Wir­klich­keit zu be­grei­fen und gestal­ten. Als Bei­spie­le wohl­de­fi­nier­ter Auf­ga­ben nen­nen die Au­to­ren Schach spie­len und Flie­gen fan­gen - beim ersten sind uns Com­pu­ter über­le­gen, beim zwei­ten Frö­sche.
  • Zum Ein­stieg be­gin­ne ich mit Auf­bau, Funk­tions­wei­se und p,V-Dia­gramm ei­nes Vier­takt-Ot­to-Mo­tors ( sie­he un­ten ).

Idea­le Ga­se

Ver­hal­ten idea­ler Ga­se: Gas­ge­set­ze und pV-Dia­gramm

Ge­set­ze idea­ler Ga­se

Bei al­len Wär­me­kraft­ma­schi­nen wird me­cha­ni­sche Ener­gie aus er­hitz­tem Gas ge­won­nen. Um die­se Vor­gän­ge zu ver­ste­hen, muss man das Ver­hal­ten von Ga­sen ken­nen. Ei­ne Mög­lich­keit da­zu ist die Zustands­glei­chung für idea­le Ga­se, die auch all­ge­mei­ne Gas­glei­chung ge­nannt wird und das Ver­hal­ten von Ga­sen mit ei­ner ein­fa­chen For­mel be­schreibt.

pV-Dia­gramm

Links

Krei­spro­zes­se ideal an­ge­nom­mer Ga­se

Vier­takt-Ot­to­mo­tor

  • In­ter­ner Link: Mo­tor­tech­nik
  • Down­load: Un­ter­richts­pla­nung für Kfz-Me­cha­tro­ni­ker 1. Lehr­jahr (PDF)
  • p-V-Dia­gramm ei­nes Ot­to­mo­tors
  • Link: howstuff­works: How Car En­gi­nes work (Ot­to­mo­tor), How Die­sel En­gi­nes Work (Die­sel­mo­tor), How Two-stro­ke En­gi­nes Work (Zwei­tak­ter), How Ro­ta­ry En­gi­nes Work (Wan­kel­mo­tor) (ge­nial! , 12/2003)
  • Link: Ani­ma­tio­nen von Zwei­takt­mo­tor, Vier­tak­mo­tor, Die­sel­mo­tor und Wan­kel­mo­tor gibt es bei ani­tech . Sie zei­gen nicht nur den Ab­lauf der Pro­zes­se, son­dern auch in­te­rak­tiv den Auf­bau der Mo­to­ren und Be­zeich­nun­gen der Bau­tei­le. (10/2007)
  • Ex­ter­ner Link: Das Ka­pi­tel Brenn­kam­mer zum The­maHVOF(ein Flamm­spritz­ver­fah­ren) von Prof. Klas­sen am Insti­tut für Werk­stoff­tech­nik der Un­iver­si­tät der Bun­des­wehr Ham­burg hat nur in­di­rekt mit Ver­bren­nungs­mo­to­ren zu tun, zeigt aber Pro­ble­me bei der Ver­bren­nung (01/2008). Bei der Ge­le­gen­heit ei­nen Gruß an Prof. Kre­ye, den ich noch als Stu­dent er­lebt ha­be.

Stir­ling­mo­tor

Wär­me­pum­pe

All­ge­mei­ne Links

Grund­la­gen der Ther­mo­dy­na­mik

1. Haupt­satz der Ther­mo­dy­na­mik

2. Haupt­satz der Ther­mo­dy­na­mik

Car­not-Wir­kungs­grad

Was­ser­dampf (rea­les Gas)

p, v, T-Dia­gramm und das Ver­hal­ten von rea­lem Was­ser

In­ge­nieu­re kön­nen recht groß­zü­gig sein, was die Ge­nau­ig­keit ih­rer Da­ten und For­meln an­geht, denn ei­ne un­ge­naue Ab­schät­zung ist bes­ser als gar kei­ne. Aber selbst In­ge­nieu­re rech­nen nicht mehr mit dem Ge­setz für idea­le Ga­se, wenn das Gas zwi­schen­durch flüs­sig wird, wie das bei den Was­ser­dampf­pro­zes­sen in groß­tech­ni­schen Wär­me­kraft­wer­ken oder in Käl­te­ma­schi­nen der Fall ist. Dort wech­selt der Ag­gre­gat­zustand des Me­diums zwi­schen flüs­sig und gas­för­mig, und die Zustands­än­de­run­gen kön­nen nicht mit ein­fa­chen Glei­chun­gen be­schrie­ben wer­den. In die­sen Fäl­len ar­bei­tet man mit ex­pe­ri­men­tell er­mit­tel­ten Ta­bel­len (z.B. Was­ser­dampf­ta­feln) oder Dia­gram­men, die da­raus ab­ge­lei­tet wer­den (z.B. T, s-Dia­gramm von Was­ser).

  • pvT-Dia­gramm (PDF, 1,4 MB): p, v, T-Dia­gramm ei­nes rei­nen Stof­fes mit Ver­ständ­nis­fra­gen am Bei­spiel von Was­ser (mit Lö­sun­gen, Be­grif­fe: An­oma­lie des Was­sers, Dampf­koch­topf, De­su­bli­mie­ren, Di­pol, Ga­ren, Ka­vi­ta­tion, Kon­den­sie­ren, Kristal­li­sa­tion­se­ner­gie, Kri­ti­scher Punkt, Nass­dampf, Ober­flä­chen­schmel­zen, Par­tial­druck, Reif, Schlitt­schuh­lau­fen, Sie­de­li­nie, Su­bli­mie­ren, Tau­li­nie, Tri­pel­li­nie, Tri­pel­punkt, Über­hit­zen, Tau, Ver­damp­fen, Ver­dunsten, Was­serstoff­brü­cke.
  • T, s-Dia­gramm von Was­ser: PDF
  • Link: Was­ser­dampf beim deut­schen Wi­ki­pe­dia. (06/2006)
  • Was­ser­dampf­ta­fel
    • Link: Pe­ter Jun­glas: Was­ser­dampf­ta­fel für ge­sät­tig­ten Was­ser­dampf. (09/2003)

(Was­ser-)Dampf­pro­zes­se

Dampf­ma­schi­ne

All­ge­mei­ne Links

Ener­gie­wirt­schaft

  • Ex­ter­ner Link: Ener­gie­fluss-Dia­gramm bei Wi­ki­pe­dia ent­hält ei­ni­ge Links zu Ener­gie­fluss-Dia­gram­men mit dem Ener­gie­ver­brauch in Deut­schland uä. (10/2009)

Sonsti­ges

Al­ter­na­ti­ve An­trie­be

  • Link: Ther­mik­kraft­werk im deut­schen Wi­ki­pe­dia mag als Über­blick ge­nü­gen, prak­tisch rea­li­siert ist zur Zeit kei­ne die­ser An­la­gen. (11/2005)

Brennstoff­zel­le

  • Link: Ini­tia­ti­ve Brennstoff­zel­le ist ein Zu­sam­men­schluss ei­ni­ger Fir­men, die Mi­kro-Kraft-Wär­me-Kop­plung­san­la­gen auf Ba­sis von Brennstoff­zel­len an­bie­ten. (05/2011)

Win­de­ner­giean­la­gen

  • Link: Win­de­ner­giean­la­ge im deut­schen Wi­ki­pe­dia geht auf al­le Aspek­te der Stro­mer­zeu­gung aus Win­de­ner­gie in Deustch­land ein. Der Ar­ti­kel ist gut. (11/2005)
  • Link: Ther­mik­kraft­werk im deut­schen Wi­ki­pe­dia mag als Über­blick ge­nü­gen, prak­tisch rea­li­siert ist zur Zeit kei­ne die­ser An­la­gen. (11/2005)

Was­ser­kraft­wer­ke

Tur­bi­ne

Links

Ener­gie­ver­sor­gungs­un­ter­neh­men

Ener­gie­spar­tipps

  • EWS Schö­nau: um­fan­grei­ches PDF-Do­ku­ment (08/2004)
  • Ener­gie- und Was­ser­spar­tech­nik Ralph Bauer: kom­mer­ziell, aber in­for­ma­tiv (05/2004)
  • Wenn man den Be­griff "spar­sa­me Haus­halts­ge­rä­te" goo­glet, fin­det man Sei­ten, die die­sel­ben auf­listen. (08/2004)
    Dar­un­ter ist auch ei­ne Sei­te, die für ei­ne Ver­lin­kung Ge­büh­ren ver­langt! ? Der Sei­ten­be­trei­ber hat wohl kei­ne Goo­gle-Ak­tien ab­be­kom­men;-)

Li­te­ra­tur

Cover des Buches: Thermodynamik von Rainer Müller

Rainer Müller: Thermodynamik - Vom Tautropfen zum Solarkraftwerk
 

2013, 431 Sei­ten, Walter de Gruyter GmbH Berlin Boston

Der "Müller" legt besonderen Wert auf Didaktik und ist damit für Lehrer und interessierte Schüler besonders geeignet.

Inhaltsverzeichnis

  1. Biologie und Chemie des Kochens
  2. Wasser und Dampf - Kochen im Schnellkochtopf
  3. Phasenübergänge in der Natur - Dampf, Tau, Nebel
  4. Das ideale Gas - Cornelius Drebbels Wunderapparatur
  5. Fundamentale Konzepte: Kinetische Gastheorie
  6. Der erste Haupstaz - Thermodynamik des Backofens
  7. Adiabatische Prozesse - Luftdruck, Thermik, Wolken
  8. Thermodynamische Kreisprozesse: Heizen mit Wärmepumpen
  9. Fundamentale Konzepte: Die Entropie als Zustandsgröße
  10. Fundamentale Konzepte: Der zweite Hauptsatz
  11. Fundamentale Konzepte: Mikroskopische Deutung der Entropie
  12. Kraftwerksprozesse - Strom von der Sonne
  13. Mechanismen der Wärmeübertragung - Windchill
  14. Instationäre Wärmeleitung - Das perfekte Frühstücksei
Cover des Buches: Energie von Martin Buchholz

Martin Buchholz: Energie - Wie man etwas verschwendet, das nicht weniger werden kann?
 

2016, 249 Sei­ten, Springer Ver­lag Berlin Heidelberg

Mit Entropie rechnen habe ich als Ingenieur gelernt, aber Martin Buchholz hat mir endlich eine einfache Erklärung von Entropie geliefert, die man so auch an Schüler weiter geben kann → Kurzversion bei Youtube: Entropie - Science Slam Finale - Von Kühltürmen und der Unumkehrbarkeit der Dinge.

Cover des Buches: Technologie Energie von Reinhard Schubert

Stefan Roth, Achim Roth: Mechanik und Wärmelehre - Experimentalphysik - anschaulich erklärt
 

2016, 738 Sei­ten, Springer-Ver­lag Berlin Heidelberg.

Dieses Lehrbuch nähert sich von den Experimenten her an die Wärmelehre an. Ob ich es empfehlen darf, weiß ich nicht, schließlich durfte ich einen ganz kleinen Teil in Form eines Bildes dazu beitragen ;-)

Cover des Buches: Technische Thermodynamik von Günter Cerbe und Gernot Wilhelms

Günter Cerbe, Gernot Wilhelms: Technische Thermodynamik - Theoretische Grundlagen und praktische Anwendungen
 

2008, 536 Sei­ten, Carl Hanser Ver­lag München

Sonstige

Cover des Buches: Technologie Energie von Reinhard Schubert

Rein­hard Schu­bert: Tech­no­lo­gie Ener­gie - Thermodynamik, Energietechnik, Umwelt, regenerative Energien, rationeller Energieeinsatz
 

2000, 199 Sei­ten, Ver­lag Hand­werk und Tech­nik, Ham­burg.

Das Buch enthält ein großes Programm auf wenig Raum und ist für den Einstieg im Schulunterricht geeignet. Zur Unterrichtsvorbereitung und bei Interesse am Thema ist es m.E. zu knapp.

Cover des Buches: Baehr - Thermodynamik

Hans Die­ter Baehr: Ther­mo­dy­na­mik
Ei­ne Ein­füh­rung in die Grund­la­gen und ih­re tech­ni­schen An­wen­dun­gen

1973, 440 Sei­ten, Sprin­ger Ver­lag

Eine Erinnerung an mei­nen Pro­fes­sor in Ther­mo­dy­na­mik. 40 Jahre später höre ich, dass der Baehr immer noch ein Standardwerk hinsichtlich Nomenklatur und Formelwerk in der Thermodynamik ist. Freut mich, aber auch für interessierte Schüler oder Studenten würde ich es nicht als Einstieg in die Thermodynamik empfehlen.

Cover des Buches: Stirling-Maschinen von Werdich

Mar­tin Wer­dich: Stir­ling-Ma­schi­nen

1991, 120 Sei­ten, öko­buch Ver­lag

Ein in­for­ma­ti­ves Buch für Theo­rie und Pra­xis: es ent­hält an­schau­lich die ther­mo­dy­na­mi­schen Grund­la­gen und den Bau­plan für ei­nen Flach­plat­ten-Stir­ling­mo­tor zum Selbst­bau

Cover des Buches: Stirlingmotor von Viebach

Die­ter Vie­bach: Der Stir­ling­mo­tor - ein­fach er­klärt und selbst ge­baut

2002, 104 Sei­ten, öko­buch Ver­lag

Der Ti­tel ist Pro­gramm. Ne­ben ei­ner Er­klä­rung des Prin­zips ein­schließ­lich p-V-Dia­gramm ent­hält das Buch ei­ne aus­führ­li­che An­lei­tung zum Bau ei­nes Kon­ser­ven­do­sen-Stir­ling­mo­tors aus ein­fa­chen Ma­te­ria­lien mit ein­fa­chen Mit­teln bis hin zur Leistungs­mes­sung. Der Mo­tor ist zum Selbst­bau oder zur Fer­ti­gung im Tech­nik-Un­ter­richt geeig­net.

Cover des Buches: Wärme von Tyndall

John Tyn­dall: Die Wär­me, be­trach­tet als ei­ne Art der Be­we­gung

1894 (4. deut­sche Auf­la­ge nach der ach­ten en­gli­schen Auf­la­ge von 1890, Erstau­fla­ge 1863 in Lon­don), 718 Sei­ten, Ver­lag von Frie­drich Vie­weg und Sohn
Tyn­dall ist nicht ganz ak­tuell, aber sehr an­schau­lich, denn es han­delt sich um das Skript zu sei­nen Vor­le­sun­gen vor Laien.

Cover des Buches: Dampflokomotivdienst von Leopold Niederstraßer

Leo­pold Nie­der­stra­ßer: Leit­fa­den für den Dampf­lo­ko­mo­tiv­dienst

1940, 491 Sei­ten, Ver­kehrs­wis­sen­schaft­li­che Lehr­mit­tel­ge­sell­schaft

Ei­ne An­wen­dung der Ener­gie­tech­nik, wenn auch nicht auf dem neuesten Stand. Wer eine Ausgabe in die Finger bekommt, dem empfehle ich einen Blick hinein.

Cover des Buches: Dubbel - Taschenbuch für den Maschinenbau

Dub­bel:
Ta­schen­buch für den Ma­schi­nen­bau

1989 (29.Au­fla­ge), ca. 1400 Sei­ten, Sprin­ger Ver­lag

Cover des Buches: Hütte - Grundlagen der Ingeniuerwissenschaften

Hüt­te - Grund­la­gen der In­ge­nieur­wis­sen­schaf­ten

2001 (20.Au­fla­ge), ca. 1600 Sei­ten, Sprin­ger Ver­lag

Cover des Buches: Metzler - Physik

Joa­chim Grehn, Joa­chim Krau­se (Hrsg.):
Metz­ler Phy­sik

1998,576 Sei­ten, Schroe­del Ver­lag

Cover des Buches: Tipler - Physik

Paul A. Ti­pler
Phy­sik

1995 (Ame­ri­ka­ni­sche Aus­ga­be 1991), 1522 Sei­ten, Spek­trum Aka­de­mi­scher Ver­lag
Bie­tet Grund­la­gen zur Ther­mo­dy­na­mik

Cover des Buches: Shachtman - Minusgrade - auf der Suche nach dem absoluten Nullpunkt

Tom Shacht­man: Mi­nus­gra­de - auf der Su­che nach dem ab­so­lu­ten Null­punkt

2001 (ame­ri­ka­ni­sches Ori­gi­nal 1999), 317 Sei­ten, ro­ro­ro

Wis­sen­schafts­ge­schich­te von Ga­li­lei über Boy­le, Amon­tons und Car­not bis Mül­ler / Bed­norz. Bringt zwar we­nig zum Un­ter­richt Ener­gie­tech­nik, ist aber trotz­dem in­te­res­sant

Cover des Buches: Leopold Niederstraßer: Leitfaden für den Dampflokomotivdienst

Leo­pold Nie­derstra­ßer: Leit­fa­den für den Damp­flo­ko­mo­tiv­dienst

1940,491 Sei­ten, Ver­kehrs­wis­sen­schaft­li­che Lehr­mit­tel­ge­sell­schaft
Ei­ne An­wen­dung der Ener­gie­tech­nik, wenn auch nicht auf dem neuesten Stand.

Cover des Buches: Friedrich Neumann - Windkraftmaschinen

Frie­drich Neu­mann: Wind­kraft­ma­schi­nen - Wind­müh­len, Wind­tur­bi­nen und Win­drä­der

1907,174 Sei­ten, Nach­druck durchRe­print Ver­lag Leip­zig
Auch ei­ne An­wen­dung der Ener­gie­tech­nik, die nicht mehr ganz ak­tuell ist.