Druck In Flüssigkeiten und Gasen

1 Was hat Tauchen mit Druck zu tun? 6
1.1 Druck im Wasser 7
1.2 Der Luftdruck ist nicht überall gleich 8
Streifzug durch die Wetterkunde: Das Wetter 9
Methode: Informationen suchen 10
Methode: Erstellen einer Sachmappe 11
1.3 Luft ist stärker als 1 6 Pferde 12
1.4 Schnelles Garen bei Überdruck 13
1.5 Druck ist nicht nur Kraft 14
Pinnwand: Druck-Messgeräte 15

2 Kraftübertragung 16
2.1 Kraft in Luft und Wasser 16
Pinnwand: Mit Öl und Luft arbeiten 17
2.2 Saug- und Druckpumpen 18
Pinnwand: Pumpen 19
Projekt: Schwimmen und Tauchen 20
Projekt: Das Fliegen - ein Traum wird wahr 24
Auf einen Blick 29

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Bewegungen

1 Bewegung ist Ortsveränderung 30
1.1 Geschwindigkeit 31
1.2 Die Geschwindigkeit- mathematisch 32
Pinnwand: Geschwindigkeiten in Natur, Umwelt und Technik 33

2 Kräfte und ihre Wirkungen 34
2.1 Beschleunigte Bewegungen 34
Streifzug durch die Biologie: Geschwindigkeiten im Tierreich 35
Streifzug durch die Science-Fiction: Geschwindigkeiten bei Star Trek® 35
2.2 Im Moment schneller oder langsamer als im Durchschnitt 36
Streifzug durch die Technik: Geschwindigkeitskontrollen 37
2.3 Die gleichmäßig beschleunigte Bewegung 38
Streifzug durch die Technik: Fahrradcomputer und Fahrtschreiber 40
Methode: Präsentieren mit Folien 41
2.4 Verzögerte Bewegung 42
Streifzug durch die Fahrschule: Faustregeln im Straßenverkehr 43
2.5 Der freie Fall 44
2.6 Der freie Fall - mathematisch 45
Methode: Simulationsprogramme 46
Methode: Präsentieren mit dem PC 47
Streifzug durch den Sport: Fallschirmspringen 48
Streifzug durch die Flugtechnik: Parabelflug 48
Streifzug durch die Geschichte: Galileo Galilei 49

3 Kraft und Bewegung 50
3.1 Kraft, Masse, Trägheit 50
3.2 Kraft und Beschleunigung 51
3.3 Newtons Gesetze der Mechanik - überall 52
Streifzug durch die Geschichte: Sir Isaac Newton 53
Methode: Referate in schriftlicher Form erstellen und gestalten 54
Methode: Eine wissenschaftliche Entdeckung vorstellen 55

4 Kreisbewegungen 56
4.1 Mit Kraft in die Kurve 56
4.2 Kreisbewegung - mathematisch 57
Streifzug durch die Technik: Die Zentralkraft im Einsatz 58
Streifzug durch die Astronomie: Die Gravitation 59
Auf einen Blick 60

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Elektronische Bauteile

1 Elektronische Bauteile auf Platinen 62
1.1 Schaltplan und Platine 63

2 Elektronische Datenwandler 64
2.1 Dioden 64
Streifzug durch die Mikroweit: Vom Halbleiter zur Diode 66
Streifzug durch die Mikroweit: Vorgänge in der Diode 67
Pinnwand: Dioden im Einsatz 67
2.2 Der Transistor 68
2.3 Schwellenspannung des Transistors 69
2.4 Arbeitspunkt des Transistors 70
Streifzug durch die Mikroweit: Vorgänge im Transistor 71
Streifzug durch die Technik: Vom Sand zum Transistor 72
2.5 Wärme beeinflusst den Widerstand 74
2.6 Widerstand und Licht 75
Pinnwand: Einsatz von NTC, PTC und LDR 75
Methode: Messwerte mit dem Computer erfassen und darstellen 76
Streifzug durch die Technik: Supraleitung 77
Projekt: Bau eines einfachen Hörfunk-Empfängers 78

3 Grundlagen der digitalen Schaltungen 80
3.1 Logik in der Technik 80
3.2 Computer rechnen im Binärsystem 82
3.3 Logische Schaltungen 83
Praktikum: 0 oder 1 - Das Flip-Flop zum Speichern 84
3.4 Wirtschaftsfaktor Halbleitertechnik 85
Streifzug durch die Geschichte: Elektronische Bauteile 86
Streifzug durch die Ökonomie: Computerschrott 87
Streifzug durch die Technik: Licht spenden sie alle 88
Pinnwand: Vom Elektronenstrahl zum Flüssigkristall 89
Auf einen Blick 90

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Radioaktivität und Kernenergie

1 Eine geheimnisvolle Strahlung 92
1.1 Natürliche radioaktive Strahlung 93
1.2 Messung radioaktiver Strahlung 94
Streifzug durch die Geschichte: Marie Curie 95
1.3 Ein merkwürdiges Knacken 96
Pinnwand: Geräte zur Anzeige radioaktiver Strahlung 97

2 Atome 98
2.1 Atomkern und Atomhülle 98
2.2 Radioaktiver Zerfall 100
2.3 Eigenschaften radioaktiver Strahlung 101
2.4 Die physikalische Halbwertszeit 102
2.5 Die biologische Halbwertszeit 103
Streifzug durch den Strahlenschutz: Energiedosis und Äquivalenzdosis 103

3 Wärme ohne Feuer 104
3.1 Atome lassen sich spalten 104
3.2 Energie aus der Kernspaltung 105
Streifzug durch die Technik: Ein neuer Stoff entsteht 105
3.3 Das Kernkraftwerk 1 06
3.4 Sicherheitssysteme im Kernkraftwerk 108
Streifzug durch die Geschichte: Ein Unglück verändert die Welt 109
3.5 Radioaktiver Abfall 110
Streifzug durch die Technik: Kernfusion 111
Streifzug durch die Geografie: Natürliche Radioaktivität - ein ständiger Wegbegleiter 112
Streifzug durch die Biologie: Strahlen schädigen 113
3.6 Somatische und genetische Schäden 114
Streifzug durch die Technik: Belastungspfade 115
Streifzug durch die Medizin: Strahlen nutzen 116
Auf einen Blick 117

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Elektrische Energie

1 Die magnetische Wirkung des elektrischen Stromes 118
1.1 Der elektrische Gong meldet sich 119

2 Die elektromagnetische Induktion 120
2.1 Bewegung erzeugt Spannung 120
2.2 Induktion durch Drehbewegung 121
Streifzug durch die Geschichte: Faraday und die Induktion 121

3 Wechselspannung - Wechselstrom 122
3.1 Wechselspannung als Sinuskurve 122
3.2 Der Effektivwert von Wechseispannungen 124
Streifzug durch die Technik: Stromquellen 125

4 Generatoren 126
4.1 Innen- und Außenpolgenerator 126
4.2 Der Gleichstromgenerator 128
4.3 Generator und Elektromotor im Einsatz 129

5 Energie und Geld 130
5.1 Elektrische Leistung 130
Streifzug durch die Technik: Elektrische und mechanische Energie 131
Streifzug durch die Mathematik: Die „Strom"-Rechnung 131
5.2 Transport elektrischer Energie 132
5.3 Energieumwandlungen 134
5.4 Der Elektrizitätszähler 135
Pinnwand: Berechnung der elektrischen Leistung und der elektrischen Energie 136

6 Spannung verändern 138
6.1 Zwei Spulen und ein Eisenkern 138
6.2 Spannungs- und Stromstärkenübersetzung 139
6.3 Hochstrom- und Hochspannungstransformator 140
Pinnwand: Anwendungen zum Trafo 141
Auf einen Blick 142

Prüfe dein Wissen 143


Wärme ist Energie

1 Körper und ihre innere Energie 144
1.1 Innere Energie und Temperatur 145
1.2 Wärmequellen 146

2 Wärmemessung 148
2.1 Wärme lässt sich messen 148
2.2 Spezifische Wärmekapazität 149
2.3 Mischtemperatur 150
2.4 Körper speichern Wärme 151
Streifzug durch die Technik: Heizwert und Umweltaspekte 1 52
Pinnwand: Energievergleich 1 53

3 Bewegung und Energie 154
3.1 Mechanische Energieformen und ihre Umwandlung 154
3.2 Berechnung der potentiellen Energie 156
3.3 Berechnung der kinetischen Energie 157
3.4 Die Energieerhaltung 158
Pinnwand: Energieerhaltung im Alltag 159
3.5 Energieumwandlung 1 60
Streifzug durch die Geschichte: Perpetuum mobile 1 61

4 Verbrennungsmotoren 162
4.1 In 4 Takten über die Straßen 1 62
4.2 Zweitaktmotor und Dieselmotor 163
4.3 Verbrennungsmotoren als Energiewandler und ihre Umweltbelastung 164
Streifzug durch die Geschichte: Von der Dampfmaschine zum Ottomotor 165

5 Energiebedarf und die Folgen 166
5.1 Energiewandlung und Wirkungsgrad 166
Pinnwand: Erneuerbare Energien 167
5.2 Das Kohlekraftwerk 168
5.3 Kraftwerke im Vergleich 1 70
Streifzug durch die Technik: Vergleich Kernkraftwerk - Kohlekraftwerk 1 72
Streifzug durch die Technik: Das Verbundnetz 173

6 Erneuerbare Energiequellen 1 74
6.1 Fotovoltaik 174
6.2 Wind ist Energie 176
Streifzug durch die Politik: Pro und contra Windkraftanlagen 177
6.3 Die Brennstoffzelle 178
Streifzug durch die Technik: Funktionsweise einer Brennstoffzelle 179
Pinnwand: Anwendung der Wasserstofftechnologie 180
Methode: Gespräche leiten 181
Projekt: Energiesparen entlastet die Umwelt 182
Pinnwand: Wasserkraftwerke 184
Pinnwand: Kraftwerke mit regenerativen Energien 185
Auf einen Blick 186

Prüfe dein Wissen 187


Anhang

Lösungen für „Prüfe dein Wissen" 188

Stichwortverzeichnis 193

Bildquellenverzeichnis 196

Formelsammlung 197

Periodensystem der Elemente 199

Ausschnitt der Nuklidkarte 200

Hinweise zur Benutzung des Buches 202


Übersicht

Methoden:
Informationen suchen 10
Erstellen einer Sachmappe 11
Präsentieren mit Folien 41
Simulationsprogramme 46
Präsentieren mit dem PC 47
Referate in schriftlicher Form erstellen und gestalten 54
Eine wissenschaftliche Entdeckung vorstellen 55
Messwerte mit dem Computer erfassen und darstellen 76
Gespräche leiten 181

Projekte:
Schwimmen und Tauchen 20
Das Fliegen - ein Traum wird wahr 24
Bau eines einfachen Hörfunk-Empfängers 78
Energiesparen entlastet die Umwelt 182