Innere Energie und Druck anhand der Wärmepumpe
Obwohl Wärmepumpen schon lange benutzt werden, tritt oft, wenn die Wärmepumpe als Heizsystem genannt wird, die Frage auf „Mit was heizt Du dann?“ auf. Wird dabei in die Tiefe gebohrt und somit die Wärme der Erde genutzt, erscheint es vielen Leuten relativ plausibel, woher die Energie kommt, auch wenn man hier teilweise nur 20°C warmes Wasser anzapft, was ja für eine Heizung, die mindestens 40°C benötigt, zu wenig ist. Wird allerdings die Luft als Wärmereservoir genutzt, ist das Erstaunen oft sehr groß. Denn eigentlich stellt sich ja die Frage:
„Wie schafft es die Wärmepumpe Wärme vom Kalten ins Warme zu transportieren?“
Die Unterrichtseinheit zielt dabei darauf ab, die traditionellen Inhalte „Änderung der inneren Energie durch Arbeit und Wärme“, „Einführung des Drucks“ und „Wärmetransport“ anhand der Wärmepumpe zu unterrichten und so keine Zeit zu verlieren.
Wärme, Wärmefluss und Dämmen
20% des Endenergieverbrauchs in Deutschland werden für die Heizungen benötigt. Für eine funktionierende Energiewende ist somit eine Wärmewende unerlässlich.
Die Wärmelehre ist ein traditioneller Bestandteil des Physikunterrichts
Mit Hilfe dieses Arbeitsblattes wird die physikalische Größe „Wärme“ eingeführt, Wärmetransport und Wärmedämmung thematisiert und gleichzeitig bei den SchülerInnen ein Verständnis für die Bedeutung der Wärmewende gelegt.
Manches geht auch mit Druck - Das Geheimnis der Wärmepumpe
Wie kann die Wärmepumpe mit der kalten Außenluft das warme Haus heizen?
Diese Frage stellen sich viele Menschen, wenn sie von eine Wärmepumpe als Heizung erfahren.
Ziel dieses Arbeitsblattes ist es an Hand dieser Frage, die physikalische Größe Druck als Maß für das „Gepresstsein der Luft“ einzuführen
>>Arbeitsblatt: Manches geht auch mit Druck - Das Geheimnis der Wärmepumpe (docx/pdf)
Wärmepumpe: Wie heizt man mit der kalten Luft?
Die Wärmepumpe beruht im Wesentlichen auf zwei Prinzipien:
- Wärme fließt immer vom Ort höherer Temperatur zum Ort niedrigerer Temperatur
- Durch Verändern des Druck verändert sich die Temperatur
Diese zwei Prinzipien wurden an Hand der vorherigen Arbeitsblätter eingeführt und werden jetzt verknüpft, so dass die faszinierende Technik der Wärmepumpe verständlich wird und die SchülerInnen erkennen, wie man durch die Verwendung dieser Technologie Energie gewinnt.
>> Arbeitsblatt: Wie heizt man mit der kalten Luft? (docx/pdf)
Wärmepumpe und Kühlschrank: Wie man Kondensieren nutzt!
In der Realität nutzt die Wärmepumpe genauso wie der Kühlschrank natürlich Phasenübergänge. Dieses Arbeitsblatt dient dazu, die im vorherigen Arbeitsblatt erarbeiteten Prinzipien zu verwenden und die Wärmepumpe jetzt mit Phasenübergängen zu betrachten.
>> Arbeitsblatt: Wärmepumpe und Kühlschrank: Wie man Kondensieren nutzt! (docx/pdf)
Geothermie und Wärmepumpen – It’s getting hot in here
Als Abschluss dieser Einheit wird jetzt bilanziert, wie viel Energie durch Geothermie und Wärmepumpen gewonnen werden kann.
Durch einfache Abschätzungen der Jahresarbeitszahl, des jetzigen Heizwärmebedarfs und von möglichen Dämmmaßnahmen, erfährt man somit, dass man ca. 8-9 kWh pro Tag und Person gewinnen könnte.
>> Arbeitsblatt: Geothermie und Wärmepumpen – It’s getting hot in here (docx/pdf)
Versuche
Hier finden Sie Versuche für Ihren Unterricht zur Geothermie.