Windenergie und Wasserkraft verstehen

Wind und Wasser liefern erneuerbare Energie, deren nutzbare Leistung von Geschwindigkeit, Fläche, Volumenstrom, Fallhöhe und Wirkungsgrad abhängt. Auf dieser Seite übst du die wichtigsten Modelle und Rechnungen.

Die Aufgaben passen besonders zu Klasse 9–12 und verbinden Formeln mit Turbinen, Stromnetz, Speichern, Standortwahl und Nachhaltigkeit.

So löst du Aufgaben zu Wind und Wasser

  1. Wähle die passende Formel: P = ½ρAv³ für Wind oder P = ρgQh für Wasser.
  2. Vereinheitliche Einheiten und berücksichtige den Wirkungsgrad.
  3. Unterscheide Energie, Leistung, Nennleistung und Kapazitätsfaktor.
  4. Prüfe Größenordnung, Modellannahmen, Standortbedingungen und Umweltaspekte.

1. Test

Windenergie, Wasserkraft und Wirkungsgrad online üben

Test 1 zu Windleistung, hydraulischer Leistung, Wirkungsgrad und Nachhaltigkeit mit 5 Aufgaben und Lösungen.

Wähle eine Antwort. Achte auf Energie, Leistung, v³, Volumenstrom, Fallhöhe, Wirkungsgrad und Einheiten.

5 Fragen
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Richtig 0
Falsch 0
Offen 5
1. FrageMultiple Choice

Was ist eine erneuerbare Energiequelle?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: A

Die richtige Antwort ist: Eine Energiequelle, die sich auf menschlichen Zeitskalen ständig erneuert oder natürlich nachgeliefert wird.

  1. Energiequelle bestimmen: Ordne Wind, Wasser, Energie, Leistung, Wirkungsgrad, Volumenstrom, Fallhöhe und Standortbedingungen zu.
  2. Energiegleichung anwenden: Sonne, Wind und Wasserkreislauf liefern Energie, ohne dass ein endlicher Brennstoffvorrat direkt verbraucht wird.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Eine Energiequelle, die sich auf menschlichen Zeitskalen ständig erneuert oder natürlich nachgeliefert wird. Kontrolliere Einheiten, Wirkungsgrad, Größenordnung und Modellannahmen.

Sonne, Wind und Wasserkreislauf liefern Energie, ohne dass ein endlicher Brennstoffvorrat direkt verbraucht wird.

2. FrageMultiple Choice

Was ist der Unterschied zwischen Energie und Leistung?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: D

Die richtige Antwort ist: Energie ist die übertragene oder gespeicherte Größe, Leistung ist Energie pro Zeit.

  1. Energiequelle bestimmen: Ordne Wind, Wasser, Energie, Leistung, Wirkungsgrad, Volumenstrom, Fallhöhe und Standortbedingungen zu.
  2. Energiegleichung anwenden: Es gilt P = E/t beziehungsweise E = P·t.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Energie ist die übertragene oder gespeicherte Größe, Leistung ist Energie pro Zeit. Kontrolliere Einheiten, Wirkungsgrad, Größenordnung und Modellannahmen.

Es gilt P = E/t beziehungsweise E = P·t.

3. FrageMultiple Choice

Was beschreibt der Wirkungsgrad?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: C

Die richtige Antwort ist: Das Verhältnis von nutzbarer Ausgangsenergie oder -leistung zur zugeführten Energie oder Leistung.

  1. Energiequelle bestimmen: Ordne Wind, Wasser, Energie, Leistung, Wirkungsgrad, Volumenstrom, Fallhöhe und Standortbedingungen zu.
  2. Energiegleichung anwenden: Für ein System gilt η = E_nutz/E_zu beziehungsweise η = P_nutz/P_zu.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Das Verhältnis von nutzbarer Ausgangsenergie oder -leistung zur zugeführten Energie oder Leistung. Kontrolliere Einheiten, Wirkungsgrad, Größenordnung und Modellannahmen.

Für ein System gilt η = E_nutz/E_zu beziehungsweise η = P_nutz/P_zu.

4. FrageMultiple Choice

Warum entstehen bei Energieanlagen Verluste?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: B

Die richtige Antwort ist: Ein Teil der zugeführten Energie wird beispielsweise in Wärme, Schall, Reibung oder Turbulenz umgewandelt.

  1. Energiequelle bestimmen: Ordne Wind, Wasser, Energie, Leistung, Wirkungsgrad, Volumenstrom, Fallhöhe und Standortbedingungen zu.
  2. Energiegleichung anwenden: Die Gesamtenergie bleibt erhalten, aber nicht jeder Anteil wird als gewünschte Nutzleistung verfügbar.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Ein Teil der zugeführten Energie wird beispielsweise in Wärme, Schall, Reibung oder Turbulenz umgewandelt. Kontrolliere Einheiten, Wirkungsgrad, Größenordnung und Modellannahmen.

Die Gesamtenergie bleibt erhalten, aber nicht jeder Anteil wird als gewünschte Nutzleistung verfügbar.

5. FrageMultiple Choice

Welche typische Umwandlung findet in einem Wasserkraftwerk statt?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: A

Die richtige Antwort ist: Lageenergie des Wassers wird über Strömung und Turbine in elektrische Energie umgewandelt.

  1. Energiequelle bestimmen: Ordne Wind, Wasser, Energie, Leistung, Wirkungsgrad, Volumenstrom, Fallhöhe und Standortbedingungen zu.
  2. Energiegleichung anwenden: Wasserhöhe und Wassermenge bestimmen die verfügbare Energie; Generator und Turbine wandeln sie weiter um.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Lageenergie des Wassers wird über Strömung und Turbine in elektrische Energie umgewandelt. Kontrolliere Einheiten, Wirkungsgrad, Größenordnung und Modellannahmen.

Wasserhöhe und Wassermenge bestimmen die verfügbare Energie; Generator und Turbine wandeln sie weiter um.

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Windenergie und Wasserkraft FAQ

Wie hängt Windleistung von der Windgeschwindigkeit ab?

Näherungsweise gilt P = ½ρAv³. Eine Verdopplung der Windgeschwindigkeit verachtfacht die verfügbare Leistung.

Wie berechnet man hydraulische Leistung?

Mit P = ρgQh, wobei ρ die Dichte, Q der Volumenstrom und h die Fallhöhe ist.

Gibt es Lösungen zu allen Aufgaben?

Ja. Jede Aufgabe enthält eine richtige Antwort, eine Erklärung und drei nachvollziehbare Lösungsschritte.