NN zu einer nachhaltigen Mobilität Modul Nachhaltige Mobilitaet.pdf · 2 Viskosität und...
Transcript of NN zu einer nachhaltigen Mobilität Modul Nachhaltige Mobilitaet.pdf · 2 Viskosität und...
NN
Beiträge der Chemie
zu einer nachhaltigen
Mobilität
Entwickelt im Rahmen des Projektes
Überblick über das Schülerlaborangebot
Beiträge der Chemie zu einer nachhaltigen Mobilität
Die folgende Tabelle zeigt die Teilthemen des Schülerlaborangebotes und die dazu-
gehörigen Versuche. Die Komplexität der Versuche nimmt innerhalb eines Teilthemas zu.
Tabelle 1 Angebot an Teilthemen und Versuchen im Schülerlaborangebot Beiträge der Chemie zu einer nachhaltigen Mobilität
Teilthema Versuch
1
Biodiesel
1 Vergleich der Viskosität
2 Viskosität und Temperatur
3 Flammpunktbestimmung
4 Heizwert von Biodiesel
5 Herstellung von Biodiesel
2
Bioethanol
1 Zündfähigkeit von Bioethanol
2 Mischbarkeit von Bioethanol mit Benzin
3 Zucker aus Holz
4 Alkoholische Gärung
5 Destillation
3
Wasserstofftechnologie
1 Verbrennung von Wasserstoff
2 Quantitative Herstellung von Wasser
3 Das Brennstoffzellenauto
4 Elektrolyse von Wasser
4
Werkstoffe im Fahrzeugbau
1 Werkstoffe im Wasser
2 Dichtebestimmung verschiedener Werkstoffe
3 Mechanische Belastbarkeit
4 Herstellung eines Faserverbundmaterials
5 Herstellung eines Metallschaumes
Beispiele aus dem Schülerlaborangebot
Teilthema 1
Herr Schulze, Sie, als KFZ-Mechatroniker,
wissen doch bestimmt über Biokraftstoffe
Bescheid.
Warte, einen Augenblick!
Kann Pflanzenöl genauso gut wie Biodie-
sel im Motor verwendet werden?
Nein, Pflanzenöl kann nicht gut im Motor
transportiert werden. Es ist im Gegensatz
zu Biodiesel sehr dickflüssig, also viskos.
Das kannst du sehen.
Man kann es sehen, meinte er. Jetzt habe
ich hier eine Stoppuhr, 3 Reagenzgläser, 3
Murmeln, 3 Stopfen, Klebeband, Biodiesel,
Diesel und Rapsöl.
Forschungsauftrag: Vergleiche die Viskosität von
Biodiesel, Diesel und Rapsöl. Überlege dir einen
Versuch.
Lies dir den Comic durch.
Versuch: Vergleich der Viskosität
Notiere deine Durchführung.
________________________________________________________________
_______________________________________________________
Notiere deine Beobachtung.
Stoff Beobachtung
Ergänze den Lückentext.
Die (1) _______________ gibt an, ob ein Stoff dickflüssig oder (2)______________
ist. (3)___________ kann nicht gut durch den Motor fließen, weil es zu
(4)___________ist. Es ist (5)___________als Diesel und (6)___________. Die
(7)______________von Pflanzenöl beträgt 38 mm2/s. Die (8)____________von Die-
sel nur 4,0 mm2/s. Die Einheit mm2/s gibt an, wie schnell eine Flüssigkeit auf einer Flä-
che fließen kann. Das nennt man auch (9) ________________. Sie ist vergleichbar mit
der Geschwindigkeit eines Autos. Da (10)_____________sehr viskos ist, muss der
(11)_____________eines Autos umgebaut werden.
Du brauchst:
o 3 große Reagenzgläser
o 3 Stopfen
o Murmeln
o Parafilm
o Stoppuhr
o Biodiesel, Lampenöl (exemplarisch
für Diesel) und Pflanzen-/Rapsöl
Biodiesel und Lampenöl
sind leicht entzündlich!
Murmeln vorsichtig in Re-
agenzgläser lassen.
Biodiesel und Lampenöl
sind leicht entzündlich!
Murmeln vorsichtig in Re-
agenzgläser lassen.
Versuch: Vergleich der Viskosität
Comic
Erklärtipp 1:
Wenn ein Kraftstoff nicht gut im Motor
transportiert werden kann, heißt das, dass er
nicht gut durch den Motor fließen kann. Er
ist zu dickflüssig, so wie Honig. Wasser da-
gegen ist dünnflüssig.
Dickflüssig heißt auch viskos. Die Viskosität
gibt an, ob ein Stoff dick- oder dünnflüssig
ist.
Versuch: Vergleich der Viskosität
Comic
Sprachtipp 1:
„Es ist im Gegensatz zu Biodiesel sehr dick-
flüssig, also viskos.“
Substantiv
(Was?)
Pflanzenöl Biodiesel
Adjektiv
(Wie?)
Dickflüssig, viskos,
eher wie Honig
Dünnflüssig, weniger
viskos, eher wie
Wasser
Versuch: Vergleich der Viskosität
Durchführung
Experimentiertipp 1:
Vergleiche, wie schnell eine Murmel durch
Biodiesel, Rapsöl und Lampenöl fällt.
Versuch: Vergleich der Viskosität
Durchführung
Experimentiertipp 2:
Lasse je eine Murmel in ein Reagenzglas. Be-
fülle ein Reagenzglas mit Biodiesel, eines mit
Rapsöl und eines mit Lam-
penöl. Verschließe sie mit
dem Stopfen und klebe Pa-
rafilm umzu.
Versuch: Vergleich der Viskosität
Durchführung
Experimentiertipp 3:
Wenn du die Rea-
genzgläser um-
drehst, kannst du
die Zeit für das
Fallen der Murmel
messen. Verglei-
che die Werte!
Versuch: Vergleich der Viskosität
Comic
Erklärtipp 1:
Viskosität wird in Quadratmillimeter pro
Sekunde (mm2/s) gemessen. Diese Einheit
kann man gut mit der Geschwindigkeit (z.B.
eines Autos) vergleichen. Die Einheit sagt
aus, wie schnell eine Flüssigkeit auf einer
Fläche fließen kann. Das nennt man auch
Fließfähigkeit.
Versuch: Vergleich der Viskosität
Beobachtung
Sprachtipp 1:
Stoff Beobachtung
Biodiesel Der Stoff…
Diesel Der Stoff…
Pflanzenöl Der Stoff…
Versuch: Vergleich der Viskosität
Beobachtung
Sprachtipp 2:
Beobachtung
Der Stoff braucht … Sekunden.
Der Stoff braucht … Sekunden.
Der Stoff braucht … Sekunden.
Versuch: Vergleich der Viskosität
Auswertung
Erklärtipp 1:
(1) Viskosität, (4) viskos, (5) viskoser, (7)
Viskosität, (9) Fließfähigkeit, (11) Motor
Versuch: Vergleich der Viskosität
Auswertung
Erklärtipp 2:
(1) Viskosität, (2) dünnflüssig, (3) Pflanzenöl,
(4) viskos, (5) viskoser, (6) Biodiesel, (7) Vis-
kosität, (8) Viskosität, (9) Fließfähigkeit, (10)
Pflanzenöl, (11) Motor
Bestimmung des Heizwertes (Biodiesel)
Um Biodiesel als Dieseltreibstoff zu benutzen, gilt: Es dürfen maximal 0,99g Biodiesel
verwendet werden, um 700 mL Wasser um 5°C zu erwärmen.
Glasgefäß zu ¾ mit Biodiesel füllen, mit dem Stopfen mit Glasrohr und Ker-
zendocht verschließen. Zuvor den Docht in etwas Biodiesel tränken.
Das Glasgefäß genau auswiegen und Masse notieren.
Versuch aufbauen und 350 mL Wasser in den Erlenmeyerkolben füllen.
Docht anzünden.
Wärme, die bei der Verbrennung des Biodiesels frei wird, erhitzt das Wasser.
Wasser während der Verbrennung des Biokraftstoffes umrühren. Wenn sich
die Temperatur des Wassers um 5°C erhöht hat, Flamme löschen.
Glasgefäß erneut genau auswiegen und Masse notieren.
Forschungsauftrag:
Ergänze die Lücken im Text. Nutze dafür die nächste
Seite. Überprüfe, ob sich Biodiesel aufgrund seines
Heizwertes als Kraftstoff eignet.
Wow, cool! Ein alter Notizzettel
von Opa. Puh, kaum zu lesen.
1
2
3
4
5
6
7
8 9
10
1 6
2 7
3 8
4 9
5 10
Versuch: Heizwert von
Biodiesel
Führe den Versuch mithilfe des Notizzettels durch.
Notiere deine Beobachtung.
m(Biodiesel vor der Verbrennung) =_________
m(Biodiesel nach der Verbrennung) =_________
Δm (Biodiesel) = m(Biodiesel vor der Verbrennung) - m(Biodiesel nach der Verbrennung) =_______
Erkläre, ob sich Biodiesel aufgrund seines Heizwertes als Kraftstoff
eignet.
_______________________________________________________
_______________________________________________________
_______________________________________________________
Du brauchst:
o Erlenmeyerkolben (500 mL)
o Glasgefäß
o Stopfen mit Glasrohr
o Digitalthermometer
o Parafilm
o Messzylinder
o Glasstab
o Stativmaterial
o Kerzendocht
o Feuerzeug
o Wasser
o Biodiesel
Biodiesel ist leicht
entzündlich!
Biodiesel ist leicht
entzündlich!
Versuch: Heizwert von Biodiesel
Comic
Erklärtipp 1:
Heizwert: Der Heizwert gibt die Energie
(Wärme) an, die bei der Verbrennung eines
Stoffes entsteht. Überlege: Warum das bei
Kraftstoffen so wichtig ist?
Versuch: Heizwert von Biodiesel
Notizzettel
Sprachtipp 1:
Es dürfen maximal 0,99g
Biodiesel verwendet wer-
den, um 700 mL Wasser
um 5°C zu erwärmen.
Maximal bedeutet nicht
mehr als das.
Versuch: Heizwert von Biodiesel
Notizzettel
Sprachtipp 1:
Das Verb tränken bedeutet sich mit etwas
vollsaugen lassen. Das ist so, wie das Eintau-
chen eines Taschentuches in Wasser.
Versuch: Heizwert von Biodiesel
Durchführung
Experimentiertipp 1:
Die folgenden Wörter gehören in den Lü-
ckentext. Aber in welcher Reihenfolge?
Masse, Wasser, Biodiesel, Docht, Flamme,
Wasser, Biodiesel, Masse, Wasser, Bio-
diesel
Versuch: Heizwert von Biodiesel
Durchführung
Experimentiertipp 2:
1) Biodiesel, (2) Biodiesel, (3) Masse, (4)
Wasser, (5) Docht, (6) Biodiesel, (7) Wasser,
(8) Wasser, (9) Flamme, (10) Masse
Versuch: Heizwert von Biodiesel
Auswertung
Sprachliche Hilfe:
Ein anderes Wort für „aufgrund“ ist „we-
gen“:
aufgrund des Flammpunktes – wegen des
Flammpunktes
Der Flammpunkt gibt also in dieser Aufgabe
den Grund an. Er ist das Ablativ-Objekt.
Versuch: Heizwert von Biodiesel
Auswertung
Erklärtipp 1:
Wenn maximal 0,99g Biodiesel verwendet
werden dürfen, um 700 mL Wasser um 5 zu
erwärmen. Dann dürfen maximal 0,495g
Biodiesel verwendet werden, um 350 mL
Wasser um 5 zu erwärmen.
Wie viel g Biodiesel musstet ihr verbrennen
lassen, um 350 mL Wasser um 5 zu erwär-
men?
Versuch: Heizwert von Biodiesel
Auswertung
Erklärtipp 2:
Habt ihr genau 0,495 g oder weniger Biodie-
sel verbraucht?
Dann habt ihr nachgewiesen, dass Biodiesel
aufgrund seines Heizwertes als Kraftstoff
geeignet ist.
Beispiele aus dem Schülerlaborangebot
Teilthema 2
Der Ottomotor
für Benzin und Bioethanol
Ottomotoren besitzen unter-
schiedlich viele Zylinder. Aber alle funk-
tionieren so: Durch Öffnen des Einlass-
ventils ( )saugt der Kolben ( ) das Kraft-
stoff-Luft-Gemisch ( ) in den Zylinder
( ). Bei geschlossenem Ein- und Auslass-
ventil ( ) kann der Kolben das Gasge-
misch zusammenpressen.
Durch den Funken ( ) der Zündkerze
( )entzündet sich das Gasgemisch. Es
verbrennt EXPLOSIONSARTIG!
Die Zündung drückt den Kolben nach
unten. Der Kolben bewegt die Getriebe-
stange. Öffnen des Auslassventils: Der Kol-
ben drückt die Verbrennungsgase ( ) aus
dem Zylinder.
Forschungsauftrag:
Ordne die Zahlen im Bild den fettgedruckten
Begriffen im Text zu. Untersuche, ob Bioethanol
im Auto zünden würde.
1
2 3
4
5 6
7
8
© www.ahoefler.de
Das war nur eine Fehlzündung! Das
Kraftstoff-Luft-Gemisch ist im
Auspuff statt im Zylinder gezündet.
Du hast:
o Filmdose mit Schnappdeckel und
eingebautem Zünder
o Pipette
o Becherglas
o Thermometer
o Ethanol (chemisch dasselbe wie
Bioethanol)
Versuch: Zündfähigkeit von Bioethanol
Überlege dir, wie du untersuchen kannst, ob Bioethanol (Bioalkohol)
zündet. Zeichne deine Durchführung als Comic.
„Wir & die Zündung von Bioethanol“
Und, hast du dich erschrocken? Bioethanol ist also
ganz sicher ein zündfähiger Stoff. Damit kann er
als Kraftstoff in Ottomotoren verwendet werden.
Man benutzt aber nicht reines Bioethanol, sondern
mischt es vor allem mit Benzin.
Ethanol ist leicht entzünd-
lich. Nur wenige Tropfen
Ethanol verwenden!
Versuch: Zündfähigkeit
von Bioethanol
Comic
Erklärtipp 1:
Fehlzündung: Entzündung des Luft-
Kraftstoff-Gemisches bei einem Motor im
heißen Auspuffrohr anstatt im Zylinder. Die
Fehlzündung erzeugt einen Knall im Auspuff.
Versuch: Zündfähigkeit
von Bioethanol
Comic
Sprachtipp 1:
Statt bedeutet, dass etwas anstelle von etwas
anderem passiert.
Das Kraft-
stoff-Luft-
Gemisch
zündet im Zylin-
der.
Normale
Zündung
Das Kraft-
stoff-Luft-
Gemisch
zündet im Aus-
puff.
Fehl-
zündung
Versuch: Zündfähigkeit
von Bioethanol
Text und Abbildung
Erklärtipp 1:
1. Das Einlassventil befindet sich dort, wo
die Luft in die Brennkammer gelassen wird.
2. Das Auslassventil befindet sich dort, wo
die Abgase entlassen werden.
3. Der ganze Vorgang findet im Zylinder
statt.
4. Der Kolben sorgt dafür, dass die Getrie-
bestange bewegt wird.
Versuch: Zündfähigkeit
von Bioethanol
Text und Abbildung
Erklärtipp 2:
Kraftstoff-Luft-Gemisch (3), Zylinder (1),
Zündkerze (7)
Versuch: Zündfähigkeit
von Bioethanol
Text und Abbildung
Erklärtipp 3:
Einlassventils (8), Kolben (4), Kraftstoff-
Luft-Gemisch (3), Zylinder (1), Ein- und Aus-
lassventil (6), Funken (5), Zündkerze (7),
Verbrennungsgase (2)
Versuch: Zündfähigkeit
von Bioethanol
Durchführung
Experimentiertipp 1:
Versuch: Zündfähigkeit
von Bioethanol
Durchführung
Experimentiertipp 2:
Gib 3 Tropfen Ethanol in die Filmdose. Verschlie-
ße sie mit dem Deckel. Drücke die Zündung!
Achtung: Abzug runter! Es sollten keine Gegen-
stände im Abzug stehen.
LeonaScience vor 3 Std.
3.768 Likes
89 Kommentare
ZoeChem Ja, genau. Man kann einfach eine Zuckerlösung nehmen. Ich habe sogar mal
O-Saft genommen. Und dann habe ich etwas Trockenhefe hinein getan. Das Gärröhrchen
ist natürlich wichtig, damit kein Sauerstoff reinkommt. Wenn man etwas Kalkwasser in
das Gärröhrchen füllt, kann man später sehen, ob Kohlenstoffdioxid entstanden ist.
Hast du das dann auch für 15 Minuten erhitzt und dabei rühren lassen?
LeonaScience Richtig! Ich habe sogar die Zuckerlösung aus Holzspänen selber herge-
stellt. Holz ist ein nachwachsender Rohstoff. Der Bioalkohol Bioethanol kann ja auch so
hergestellt werden…
Insta gram
Alkohol mal selber herstellen
– bei der alkoholischen
Gärung wird aus Zucker mit-
hilfe von Hefe Alkohol und
Kohlenstoffdioxid herge-
stellt.
Forschungsauftrag:
LeonaScience hat ein Photo einer alkoholischen
Gärung gepostet. Stelle mithilfe ihres Eintra-
ges auch Alkohol her.
Versuch: Alkoholische Gärung
Führe eine Geruchsprobe durch und betrachte das Kalkwasser. Notiere
deine Beobachtung.
________________________________________________________
______________________________________________________________
Ergänze den Lückentext und vervollständige die Wortgleichung.
Aus Zucker und Hefe entstehen (1) _______________ (Ethanol) und (2)
______________. Zucker kann aus einem (3) ______________ Rohstoff, z.B. (4)
______________ gewonnen werden. Die (5) __________________________ ist
damit die Voraussetzung für die Herstellung des Biokraftstoffes (6)
________________.
Zucker + Hefe _________________ + _________________
Du hast aber keinen reinen Alkohol hergestellt. Autos tanken ein Ge-
misch aus Bioethanol und Benzin, z.B. den Biokraftstoff E10. Bioetha-
nol muss dafür zunächst rein sein bevor es mit Benzin gemischt wird.
Im nächsten Schritt müsste also reiner Alkohol aus deinem Gemisch
gewonnen werden. Wie das geht, lernst du in Versuch 5.
Du brauchst:
o Erlenmeyerkolben 50 mL
o Durchbohrter Stopfen
o Gärröhrchen
o Rührkern
o Heizplatte
o Pasteurpipette
o Zuckerlösung
o Hefe
o Kalkwasser
Kalkwasser ist ät-
zend! Nicht mit der
Haut berühren!
Versuch: Alkoholische Gärung
Text
Erklärtipp 1:
Was ist eine alkoholische Gärung?
Bei der alkoholischen Gärung zersetzen Hef-
ebakterien Zucker zu Alkohol, genauer ge-
sagt Ethanol, und Kohlenstoffdioxid. Durch
das Gas Kohlenstoffdioxid schäumt es bei
der Gärung stark.
Auch die Erzeugung von Biogas ist ein Gä-
rungsprozess.
Versuch: Alkoholische Gärung
Text
Erklärtipp 1:
Was ist Kalkwasser?
Kalkwasser ist eine Calciumhydroxid-Lösung.
Dabei ist Calciumhydroxid in Wasser gelöst.
Eine frisch zubereitete Lösung hat die Farbe
von Wasser.
Versuch: Alkoholische Gärung
Text
Erklärtipp 1:
Was ist ein nachwachsender Rohstoff?
Nachwachsende Rohstoffe sind pflanzliche
oder tierische Materialien, die nachwachsen
können. Beispiel: Holz, Pflanzenöl, Pflanzen-
stärke. Sie werden zu wichtige Produkten
weiterverarbeitet.
Versuch: Alkoholische Gärung
Auswertung
Erklärtipp 1:
Ist dein Kalkwasser, das vorher aussah wie
Wasser, milchig geworden? Dann hast du
Kohlenstoffdioxid nachgewiesen!
Versuch: Alkoholische Gärung
Auswertung
Erklärtipp 2:
(1) Alkohol
(3) nachwachsenden
(5) alkoholische Gärung
Versuch: Alkoholische Gärung
Auswertung
Erklärtipp 3:
(2) Kohlenstoffdioxid
(4) Holz
(6) Bioethanol
Versuch: Alkoholische Gärung
Beobachtung
Sprachtipp 1:
Nutze folgende Wörter, um deine Beobach-
tung zu formulieren:
Versuch: Alkoholische Gärung
Auswertung (Wortgleichung)
Sprachtipp 1:
Wortgleichung:
Stoff
A
+ Stoff
B
Stoff
C
+ Stoff
D
Zucker + Hefe Alkohol + Kohlen-
stoff-
dioxid
Die Edukte Stoff A und Stoff B reagieren
zu den Produkten Stoff C und Stoff D.
Geruch milchig Kalkwasser Gärröhrchen
Trübung Alkohol
Beispiele aus dem Schülerlaborangebot
Teilthema 3
Hallo,
23.10.2011
m mein Name ist Svenja. Mein Experiment hat beim Wettbewerb „Explore Science“
den Titel „Gutes für die Umwelt“ gewonnen. Die folgende Abbildung habe ich als Idee für
mein Experiment genutzt.
Wenn Benzin oder Diesel verbrennt, entstehen umweltschädliche Abgase. In einem Was-
serstoffverbrennungsmotor wird Wasserstoff mit Sauerstoff verbrannt. Aber was entsteht,
wenn Wasserstoff verbrennt? Nun also zu meinem Experiment
PS: Die Brennstoffzelle lernst du in einem anderen Versuch kennen!
Forschungsauftrag:
Überprüfe mithilfe von Svenjas Experiment
was entsteht, wenn Wasserstoff verbrennt.
Versuch: Verbrennung von Wasserstoff
Führe den Versuch durch. Halte dich für den Versuchsaufbau und die
Durchführung an die Notizen von Svenja!
Notiere deine Beobachtung.
U-Rohr
Gaswaschflasche
Ergänze die Lücke und vervollständige die Wortgleichung.
Bei der Verbrennung von Wasserstoff mit Sauerstoff entsteht ___________.
Wasserstoff + Sauerstoff _____________
Erläutere, warum Wasserstoff als Kraftstoff umweltschonender als
Benzin ist.
______________________________________________________________
_______________________________________________________
Du brauchst:
o Glastrichter
o 2 gebogene Glasrohre
o 2 durchbohrte Stopfen
o Gummischläuche
o U-Rohr
o Hebebühne
o 600 mL Becherglas
o Gaswaschflasche
o Wasserstrahlpumpe
o Feuerzeug
o Wasserfreies Kupfersulfat
o Kalkwasser
o Wasserstoff
Wasserstoff ist hoch
entzündlich! Wasser-
stoffflasche nur unter
Aufsicht verwenden!
Vorsichtig beim Umgang
mit Kupfersulfat!
Versuch: Verbrennung von Wasser-
stoff
Beobachtung
Erklärtipp 1:
U-Rohr: Schau mal, ob das weiße Kupfersul-
fat seine Farbe ändert.
Gaswaschflasche: Wenn Kohlenstoffdioxid
entsteht, wird das Kalkwasser milchig.
Versuch: Verbrennung von Wasser-
stoff
Beobachtung
Erklärtipp 1: Wenn sich wasserfreies (wei-
ßes) Kupfersulfat blau färbt, dann hast du
Wasser nachgewiesen.
Versuch: Verbrennung von Wasser-
stoff
Auswertung 1
Erklärtipp 1:
Erinnere dich nochmal an die Färbung des Kup-
fersulfates!
Bei der Verbrennung von Wasserstoff mit Sau-
erstoff entsteht Wasser.
Wasserstoff + Sauerstoff Wasser
Versuch: Verbrennung von Wasser-
stoff
Auswertung 2
Erklärtipp 1:
Überlege dir, ob die Verbrennung von Was-
serstoff für die Umwelt schädlich ist.
Schadet das, was dabei entsteht, der Um-
welt?
Versuch: Verbrennung von Wasser-
stoff
Beobachtung
Sprachtipp 1:
Benutze folgende Wörter für die Formulie-
rung der Beobachtung:
U-Rohr Weißes Kupfersulfat,
blaues Kupfersulfat,
Färbung
Gaswaschflasche Trübung, klares Kalk-
wasser, milchiges
Kalkwasser
Versuch: Verbrennung von Wasser-
stoff
Auswertung 2
Sprachtipp 1:
Du könntest die Erklärung so beginnen:
Wasserstoff ist als Kraftstoff umweltscho-
nender, weil bei seiner Verbrennung…
E Gute-frage.com Auf jede Frage viele Antworten
Startseite Fragen Antworten Tipps Favourites Videos
FAQ Registrieren Einloggen Suchen
FRAGE von Superman54, 06.03.2015
Was zündet wie in einem Wasserstoffauto?
Hallo zusammen, was passiert eigentlich in einem Wasserstoffverbrennungsmotor?
6 Antworten
Antwort von Motorfreak, 08.03.2015
Der Aufbau ist wie bei einem Benzinmotor. Nur das hier Wasserstoff als
Kraftstoff verwendet wird und Wasserdampf entsteht.
Antwort von Lilo2, 08.03.2015
Es gibt sogar Autos, da geht beides. Da kann man mit Benzin und Wasser-
stoff fahren. Zum Beispiel der BMW Hydrogen 7.
Antwort von Superman 54, 09.03.2015
Ah, okay. Also gleiches Prinzip, aber anderer Kraftstoff und ich tue etwas
für den umweltfreundlichen Straßenverkehr. Klasse!
Antwort von CarStar24, 12.03.2015
Ja, aber wichtig ist die Knallgasreaktion. Im Motor muss ein Kraftstoff zur
Explosion gebracht werden. Die Knallgasreaktion ist die explosionsartige
Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff durch eine Zündquelle. Es ent-
steht: Wasser.
Antwort von Lilo2, 12.03.2015
Autohersteller wollen wenig Restgas haben. Dafür muss eine bestmögliche
Mischung der beiden Gase vorliegen.
Forschungsauftrag:
Ermittle wie viel Wasserstoff mit wie viel
Sauerstoff reagiert und kein Restgas übrig
bleibt.
Versuch: Quantitative Herstellung von
Wasser
Durchführung: Fülle das Eudiometer mit Wasser. Stelle es umgedreht in ein
Wasserbad. Bringe den Zünder an die Platinkontakte des Eudiometers an. Fülle 3
mL Wasserstoff und 1 mL Sauerstoff in das Eudiometer. Löse die Zündung aus.
Führe den Versuch noch 2 Mal durch (2 mL Wasserstoff und 1 mL Sauerstoff, 1
mL Wasserstoff und 1 mL Sauerstoff).
Notiere deine Beobachtung.
Wasserstoff Sauerstoff Restgas
3 mL 1 mL
2 mL 1 mL
1 mL 1 mL
Ergänze die Lücken und vervollständige die Gleichungen.
In einem Wasserstoffverbrennungsmotor reagieren (1) ___________ und
(2)___________ miteinander. Es entsteht (3)____________. (4)__Moleküle
Wasserstoff reagieren mit (5) __Molekül Sauerstoff zu (6)__Molekülen Was-
ser.
Wasserstoff + Sauerstoff _____________
__ H2 + __ O2 __ H2O
Du brauchst:
o Eudiometer
o Piezozünder
o Hohes Glasgefäß
o Stativmaterial
o Kabel mit Krokodilklemmen
o Wasserstoff
o Sauerstoff
o Wasser
Gasflaschen unter Aufsicht
verwenden! Bei Zündung Abzug
runter! Wasserstoff ist hoch
entzündlich und Sauerstoff ist
brandfördernd!
Versuch: Quantitative Herstellung
von Wasser
Durchführung
Experimentiertipp 1:
Für das Wasserbad musst du die Glaswanne
zu ¾ mit Wasser füllen.
So wird das Eudiometer mit Gas befüllt:
Schlauch der Gasflasche in das Wasser un-
ter die Eudiometeröffnung halten und VOR-
SICHTIG den Gashahn öffnen.
Versuch: Quantitative Herstellung
von Wasser
Auswertung
Erklärtipp 1:
(1) Wasserstoff
(2) Sauerstoff
(3) Wasser
Versuch: Quantitative Herstellung
von Wasser
Auswertung
Erklärtipp 2:
(4) 2
(5) 1
(6) 2
Versuch: Quantitative Herstellung
von Wasser
Auswertung
Erklärtipp 3:
Wasserstoff + Sauerstoff Wasser
Es reagieren 2 mL Wasserstoff mit 1 mL
Sauerstoff und es bleibt kein Gas im Eudio-
meter übrig.
2 H2 + 1 O2 2 H2O
Beispiele aus dem Schülerlaborangebot
Teilthema 4
Forschungsauftrag:
Das Gewicht eines Fahrzeuges ist entscheidend für den Kraftstoffverbrauch. Deshalb
sollen Fahrzeuge leichter gebaut werden. Dazu werden leichte Werkstoffe verwendet.
Eine Größe, um das Gewicht von Stoffe mit unterschiedlichem Volumen zu vergleichen,
ist die Dichte. Für die Dichte teilt man die Masse durch das Volumen.
Überprüfe anhand der Dichte, welche Werkstoffe sich für ein kraftstoffsparendes
Fahrzeug eignen.
Mit viel Gepäck ist das Flugzeug schwerer. Es braucht mehr
Kraftstoff zum Fliegen. Bei der Verbrennung des Kraftstoffes
in den Turbinen des Flugzeuges entstehen umweltschädliche
Abgase.
Durchführung:
Notiere deine Beobachtung.
Werkstoff Masse in g Volumen in mL Dichte in g/cm3
Erkläre, warum Leichtbau kraftstoffsparend ist.
_______________________________________________________
_______________________________________________________
_______________________________________________________
Du brauchst:
o Messzylinder
o Bechergläser
o Waage
o Taschenrechner
o Wasser
o Werkstoffe: Stahl, Alumini-
um/altes Autoblech, Faserver-
bundwerkstoffe
(glasfaserverstärkter-,
carbonfaserverstärkter- und
naturfaserverstärkter
Kunststoff), Metallschaum
Versuch: Dichtebestimmung
verschiedener Werkstoffe
Ergänze für die Durchführung die Lücken.
Bestimme die (1) ___________der Werkstoffe mithilfe
der (2) __________. Bestimme das (3) __________der
Werkstoffe. Fülle dafür den (4) _____________so hoch
mit (5) __________, dass die Werkstoffe einzeln voll-
ständig darin eintauchen. Lies die Höhe des (6)
____________vor dem Eintauchen ab. Tauche danach
jeden (7) _____________in den Messzylinder und lies
wieder die Höhe des (8) ____________ab. Die (9)
______________des Wasserstandes ist das (10)
______________ des Werkstoffes.
Versuch: Dichtebestimmung
Comic
Erklärtipp 1:
Faserverbundwerkstoffe: Ein Kunststoff
wird mit Fasern verbunden. Fasern sind fei-
ne, dünne Fäden aus einem nicht-
pflanzlichen, pflanzlichen oder tierischen
Rohstoff. Als Fasern können z.B. Carbonfa-
sern, Glasfasern oder Naturfasern verwen-
det werden.
Versuch: Dichtebestimmung
Comic
Erklärtipp 1:
Metallschaum besitzt die Struktur eines
Schaumes und besteht aus Metall mit vielen
Hohlräumen. Er ist besonders bruchfest und
steif.
Versuch: Dichtebestimmung
Comic
Erklärtipp 1:
Die Dichte ist eine Stoffeigenschaft. Sie
gibt an, ob ein Stoff für sein Volumen (z.B. 1
Liter oder 1 mL) leicht oder schwer ist.
Versuch: Dichtebestimmung
Comic
Erklärtipp 2:
Wenn ein Flugzeugflügel aus einem Werk-
stoff mit geringer Dichte besteht, ist er
besonders leicht.
Versuch: Dichtebestimmung
Beobachtung
Erklärtipp 1:
Versuch: Dichtebestimmung
Durchführung
Experimentiertipp 1:
(1) Masse, (3) Volumen, (5) Wasser, (7) Werk-
stoff, (9) Zunahme
Versuch: Dichtebestimmung
Durchführung
Experimentiertipp 2:
(1) Masse, (2) Waage, (3) Volumen, (4) Messzy-
linder, (5) Wasser, (6) Wasserstandes, (7)
Werkstoff, (8) Wasserstandes, (9) Zunahme,
(10) Volumen
Versuch: Dichtebestimmung
Durchführung
Erklärtipp 1:
Du kannst den Wasserstand hier ablesen.
Versuch: Dichtebestimmung
Auswertung
Erklärtipp 1:
Bei der Verbrennung eines Kraftstoffes in
den Flugzeugturbinen oder im Automotor
entsteht Energie. Diese treibt das Fahrzeug
an. Wenn ein Fahrzeug weniger wiegt, ver-
braucht das Fahrzeug weniger Energie.
Versuch: Dichtebestimmung
Auswertung
Sprachliche Hilfe 1:
Benutze folgende Wörter für deine Erklärung:
Verbrennung, umweltschädliche Abgase, höheres
Gewicht, mehr Energie, mehr Abgase,
Leichtbau, kraftstoffsparend,
Versuch: Dichtebestimmung
Auswertung
Sprachliche Hilfe 2:
Du kannst so beginnen:
Bei der Verbrennung von Kraftstoffen entstehen
umweltschädliche Abgase. Wenn ein Flugzeug
mehr wiegt, dann benötigt es mehr…
Sehr geehrtes Institut für Faserverbundwerk-
stoffe,
unsere Firma baut Autos. Die Werkstoffe dafür
sollen vorher getestet werden. Unser nächstes Mo-
dell soll leichter sein. Das spart Kraftstoff. Und das
macht unser Auto für Käufer attraktiver. Außerdem
sollen leichte Autos umweltfreundlich sein.
Wir möchten Sie beauftragen zu testen, wie wir unsere Autositze mithilfe von
Faserverbundwerkstoffen noch leichter bekommen. Einen Crash-Test müssen sie
aber sicher überstehen!
Mit freundlichen Grüßen
Joachim Diblinzki
GSP-Motors
Sehr geehrter Herr Diblinzki,
Sie haben Recht:
Ist weltweit jedes Auto nur 2,82 kg leichter,
werden pro Jahr 11.600 Tonnen weniger Kohlen-
stoffdioxid ausgestoßen.
Kunststoff ist besonders leicht. Allerdings muss ein Auto viele Belastungen aus-
halten. Die Eigenschaften von Kunststoffen lassen sich durch den Einbau von Fa-
sern in den Kunststoff verbessern. Das ist dann ein faserverstärkter Kunst-
stoff. So wird aus einem leichten Kunststoff ein neuer, festerer Kunststoff.
Gerne testen wir Ihre Autositze und geben Ihnen eine Empfehlung für Werk-
stoffe!
Mit freundlichen Grüßen
Steve Godemann
Leiter Abt. Werkstoffprüfung des Faserinstitutes
Carbonfaserverstärkte Bauteile
aus dem Flugzeug. ©F
aserinstitut B
rem
en e
.V.
Forschungsauftrag:
Untersuche die mechanische Belastbarkeit
der angegeben Werkstoffe.
Versuch: Mechanische Belastbarkeit
Zeichne deine Durchführung als Comic.
„Meine Werkstoffprüfung“
Notiere deine Beobachtung.
Ergänze den Lückentext.
Die (1) ____________ von Kunststoffen lassen sich durch die Verbindung
mit (2) ________ verändern. Es entsteht ein (3) _____________
___________. Carbonfasern verbessern besonders die (4)___________
______________. Der Kunststoff (5) __________ nicht so leicht.
Werkstoff Mechanische Belastbarkeit beim Hämmern, Sägen usw.
Du brauchst:
o Tiegelzange
o Messer
o Hammer
o Zange
o Säge
o Blechschere
o Schraubstock
o Werkstoffe: Kunststoff, glasfa-
ser-, naturfaser- und carbonfaser-
verstärkter Kunststoff)
Vorsichtig beim
Sägen, Hämmern
und Schneiden!
Versuch: Mechanische Belastbarkeit
Brief
Erklärtipp 1: Faserverbundwerkstoffe
Ein Kunststoff wird mit Fasern verbunden. Fa-
sern sind feine, dünne Fäden aus einem pflanzli-
chen oder tierischen Rohstoff. Als Fasern kön-
nen z.B. Carbonfasern, Glasfasern oder Naturfa-
sern verwendet werden.
Versuch: Mechanische Belastbarkeit
Forschungsauftrag
Erklärtipp 1: Mechanische Belastbarkeit
Die mechanische Belastbarkeit ist eine Stoffei-
genschaft. Sie gibt an, wie belastbar ein Stoff
bei äußeren Angriffen, wie Hammer, Zusammen-
pressen oder einem anderen Druck ist. Wie viel
hält der Stoff aus?
Versuch: Mechanische Belastbarkeit
Durchführung
Erklärtipp 1: Werkstoffprüfung
Überprüfe mithilfe der Säge, der Schere, des
Hammers usw., wie sich der Werkstoff verän-
dert.
Lässt er sich biegen? Lässt er sich leicht durch-
sägen? Leicht er sich leicht durch schneiden? Ist
er sehr fest und nicht biegsam?
Versuch: Mechanische Belastbarkeit
Auswertung
Erklärtipp 1:
Bringe die Wörter in die richtige Reihenfol-
ge:
(1) ieshfeegncatn
(2) aenfsr
(5) rctbih
Versuch: Mechanische Belastbarkeit
Auswertung
Erklärtipp 2:
(1) Eigenschaften
(2) Fasern
(3) faserverstärkter Kunststoff
(4) mechanische Belastbarkeit
(5) bricht
Versuch: Mechanische Belastbarkeit
Beobachtung
Sprachtipp 1:
Wer? Wie?
Der
Werkstoff
ist biegsam
bruchfest
zugfest
usw.