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.

2. Test

Windenergie, Wasserkraft und Wirkungsgrad online üben

Test 2 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

Welche Energie besitzt bewegte Luft?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: D

Die richtige Antwort ist: Kinetische Energie.

  1. Energiequelle bestimmen: Ordne Wind, Wasser, Energie, Leistung, Wirkungsgrad, Volumenstrom, Fallhöhe und Standortbedingungen zu.
  2. Energiegleichung anwenden: Wind ist bewegte Luft; seine Energie hängt von Luftmasse und Geschwindigkeit ab.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Kinetische Energie. Kontrolliere Einheiten, Wirkungsgrad, Größenordnung und Modellannahmen.

Wind ist bewegte Luft; seine Energie hängt von Luftmasse und Geschwindigkeit ab.

2. FrageMultiple Choice

Wie lautet die verfügbare Windleistung näherungsweise?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: C

Die richtige Antwort ist: P = ½ · ρ · A · v³.

  1. Energiequelle bestimmen: Ordne Wind, Wasser, Energie, Leistung, Wirkungsgrad, Volumenstrom, Fallhöhe und Standortbedingungen zu.
  2. Energiegleichung anwenden: ρ ist die Luftdichte, A die überstrichene Fläche und v die Windgeschwindigkeit.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet P = ½ · ρ · A · v³. Kontrolliere Einheiten, Wirkungsgrad, Größenordnung und Modellannahmen.

ρ ist die Luftdichte, A die überstrichene Fläche und v die Windgeschwindigkeit.

3. FrageMultiple Choice

Wie verändert sich die Windleistung bei doppelter Windgeschwindigkeit?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: B

Die richtige Antwort ist: Sie wird bei gleicher Fläche und Luftdichte achtmal so groß.

  1. Energiequelle bestimmen: Ordne Wind, Wasser, Energie, Leistung, Wirkungsgrad, Volumenstrom, Fallhöhe und Standortbedingungen zu.
  2. Energiegleichung anwenden: Wegen P ∝ v³ gilt 2³ = 8.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Sie wird bei gleicher Fläche und Luftdichte achtmal so groß. Kontrolliere Einheiten, Wirkungsgrad, Größenordnung und Modellannahmen.

Wegen P ∝ v³ gilt 2³ = 8.

4. FrageMultiple Choice

Welche Fläche ist bei einer Windturbine in der Grundformel relevant?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: A

Die richtige Antwort ist: Die von den Rotorblättern überstrichene Kreisfläche.

  1. Energiequelle bestimmen: Ordne Wind, Wasser, Energie, Leistung, Wirkungsgrad, Volumenstrom, Fallhöhe und Standortbedingungen zu.
  2. Energiegleichung anwenden: Für Rotorradius r gilt A = πr².
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Die von den Rotorblättern überstrichene Kreisfläche. Kontrolliere Einheiten, Wirkungsgrad, Größenordnung und Modellannahmen.

Für Rotorradius r gilt A = πr².

5. FrageMultiple Choice

Was besagt die Betz-Grenze vereinfacht?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: D

Die richtige Antwort ist: Eine Windturbine kann höchstens etwa 59 % der kinetischen Windleistung entnehmen.

  1. Energiequelle bestimmen: Ordne Wind, Wasser, Energie, Leistung, Wirkungsgrad, Volumenstrom, Fallhöhe und Standortbedingungen zu.
  2. Energiegleichung anwenden: Die Luft muss hinter dem Rotor weiterströmen; deshalb kann nicht die gesamte Bewegungsenergie entzogen werden.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Eine Windturbine kann höchstens etwa 59 % der kinetischen Windleistung entnehmen. Kontrolliere Einheiten, Wirkungsgrad, Größenordnung und Modellannahmen.

Die Luft muss hinter dem Rotor weiterströmen; deshalb kann nicht die gesamte Bewegungsenergie entzogen werden.

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.