Versuche: Wasserkraft
Stand: März 2023
Experimentaufbau
Mit dieser z.B. bei üblichen Onlinehändlern erhältlichen Turbine mit integrierten Generator, etwas Basteltalent, einer aufgeschnittenen PET Flasche und Schlauchmaterial aus dem Baumarkt, können verschiedene Versuche zur Spannungsgewinnung mit Wasser durchgeführt werden.
Zusammenbauvideo: https://youtube.com/shorts/tYK3Ik25I4E
Luftblasen im Schlauch behindern das Drehen der Turbine, deshalb am Besten das Wasser schwallartig und schnell einfüllen.
Versuch 1 Mit fallendem Wasser eine LED zum Leuchten bringen
Eine LED mit Vorwiderstand wird angeschlossen und durch das Wasser zum Leuchten gebracht. https://youtube.com/shorts/C15yBcxem64?feature=share
Durch Heben und Senken des Wasserzuflusses kann man zeigen, dass die Helligkeit der LED von der Fallhöhe abhängt.
Versuch 2 Spannung bzw. Leistung in Abhängigkeit von der Höhe messen
Indem man ein Voltmeter (entweder direkt oder über 1kOhm Widerstand) anschließt, kann man zeigen, dass sich die Spannung (bzw. die Leistung) mit der Höhe ändert.
https://youtube.com/shorts/20JS2jTEyJ4
https://youtube.com/shorts/yukXNsk_a2A
Bei vorhandener Ausstattung (z.B. Pasco Sensoren) kann man auch Leistung/ Energie direkt messen und versuchen z.B. 1mWh zu erzeugen.
Versuch 3 Betrieb am Wasserhahn
In den meisten Sälen kann man die Turbine auch direkt an den Wasserhahn am Pult anschließen. Dazu wechselt man am besten dort den Hahnaufsatz. Dann kann man problemlos ein Glühbirnchen zum Leuchten bringen und so das Kraftwerk mit mehreren Hundert Metern Höhenunterschied zu veranschaulichen.
Videolinks und Simulationen
- Sendung mit der Maus vom Pumpspeicherwerk- https://kinder.wdr.de/tv/die-sendung-mit-der-maus/av/video-wie-funktioniert-ein-pumpspeicherwerk-100.html
Leider mit Fehlern in der Fachsprache (Kraft/Wucht statt Energie) - Dieser ScienceSlam erklärt Energieerhaltung/Energieentwertung u.a. am Wasserkraftwerk. Leider sehr starker Fokus auf Energie https://www.youtube.com/watch?v=qRMnpV5E5J8
- Mit der phet Simulation https://phet.colorado.edu/sims/html/energy-forms-and-changes/latest/energy-forms-and-changes_all.html kann man die Umwandlungen visualisieren, kommt aber den realen Zusammenhängen nur begrenzt nahe.
- In vielen Sammlungen findet sich auch dieser Versuch, als Modell für die Spannung. Man kann ihn aber auch verwenden, um zu zeigen, dass ein größerer Höhenunterschied zu einem schnelleren Drehen des Wasserrads führt und damit hier wirklich Höhenenergie in kinetische Energie umgewandelt wird.
Lizensbedingungen
Alle Versuche sind mit der Creative Commons Lizenz ( CC BY-NC-SA 4.0) lizenziert.