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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.

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Windenergie, Wasserkraft und Wirkungsgrad online üben

Test 9 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
0/5 Fragen0 %
Richtig 0
Falsch 0
Offen 5
1. FrageMultiple Choice

Welche Quelle besitzt bei geeigneter Fallhöhe eine besonders hohe Energiedichte pro Wassermenge?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: A

Die richtige Antwort ist: Wasserkraft.

  1. Energiequelle bestimmen: Ordne Wind, Wasser, Energie, Leistung, Wirkungsgrad, Volumenstrom, Fallhöhe und Standortbedingungen zu.
  2. Energiegleichung anwenden: Wasser mit großer Masse und Höhenunterschied kann über mgh viel potentielle Energie speichern.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Wasserkraft. Kontrolliere Einheiten, Wirkungsgrad, Größenordnung und Modellannahmen.

Wasser mit großer Masse und Höhenunterschied kann über mgh viel potentielle Energie speichern.

2. FrageMultiple Choice

Was ist bei hohem Wasserdurchfluss und kleiner Fallhöhe wichtig?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: D

Die richtige Antwort ist: Die hydraulische Leistung hängt vom Produkt Q·h ab.

  1. Energiequelle bestimmen: Ordne Wind, Wasser, Energie, Leistung, Wirkungsgrad, Volumenstrom, Fallhöhe und Standortbedingungen zu.
  2. Energiegleichung anwenden: Ein großer Volumenstrom kann eine kleine Fallhöhe teilweise ausgleichen.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Die hydraulische Leistung hängt vom Produkt Q·h ab. Kontrolliere Einheiten, Wirkungsgrad, Größenordnung und Modellannahmen.

Ein großer Volumenstrom kann eine kleine Fallhöhe teilweise ausgleichen.

3. FrageMultiple Choice

Was passiert bei einer Windturbine oberhalb ihrer Nennwindgeschwindigkeit?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: C

Die richtige Antwort ist: Die Leistung wird meist begrenzt oder die Anlage abgeschaltet, um Schäden zu vermeiden.

  1. Energiequelle bestimmen: Ordne Wind, Wasser, Energie, Leistung, Wirkungsgrad, Volumenstrom, Fallhöhe und Standortbedingungen zu.
  2. Energiegleichung anwenden: Technische Regelung und Sicherheitsmechanismen verhindern, dass die Leistung unbegrenzt mit v³ wächst.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Die Leistung wird meist begrenzt oder die Anlage abgeschaltet, um Schäden zu vermeiden. Kontrolliere Einheiten, Wirkungsgrad, Größenordnung und Modellannahmen.

Technische Regelung und Sicherheitsmechanismen verhindern, dass die Leistung unbegrenzt mit v³ wächst.

4. FrageMultiple Choice

Eine Windanlage mit 1 MW Nennleistung hat einen Kapazitätsfaktor von 25 %. Welche mittlere Leistung entspricht dem ungefähr?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: B

Die richtige Antwort ist: 250 kW.

  1. Energiequelle bestimmen: Ordne Wind, Wasser, Energie, Leistung, Wirkungsgrad, Volumenstrom, Fallhöhe und Standortbedingungen zu.
  2. Energiegleichung anwenden: P_mittel = 0,25·1 MW = 0,25 MW = 250 kW.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet 250 kW. Kontrolliere Einheiten, Wirkungsgrad, Größenordnung und Modellannahmen.

P_mittel = 0,25·1 MW = 0,25 MW = 250 kW.

5. FrageMultiple Choice

Warum darf man Wirkungsgrad und Kapazitätsfaktor nicht verwechseln?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: A

Die richtige Antwort ist: Wirkungsgrad beschreibt Umwandlungsverluste, Kapazitätsfaktor die zeitliche Auslastung einer Nennleistung.

  1. Energiequelle bestimmen: Ordne Wind, Wasser, Energie, Leistung, Wirkungsgrad, Volumenstrom, Fallhöhe und Standortbedingungen zu.
  2. Energiegleichung anwenden: Beide sind dimensionslose Verhältnisse, beziehen sich aber auf unterschiedliche Fragen.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Wirkungsgrad beschreibt Umwandlungsverluste, Kapazitätsfaktor die zeitliche Auslastung einer Nennleistung. Kontrolliere Einheiten, Wirkungsgrad, Größenordnung und Modellannahmen.

Beide sind dimensionslose Verhältnisse, beziehen sich aber auf unterschiedliche Fragen.

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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.