Kategorie-Archiv: Physik

Die Corioliskraft

Die Corioliskraft Was ist die Corioliskraft? Diese Kraft wurde 1835 nach dem französischen Physiker Gaspard Gustave de Coriolis benannt, der herausfand, dass jedes Teilchen das sich auf der Erde bewegt, auf der Nordhalbkugel nach rechts und auf der Südhalbkugel nach links abgelenkt wird. Der Grund für diese Ablenkung ist die beschleunigende Kraft der Erdrotation. Die Corioliskraft entsteht durch die Drehbewegung der Erde um ihre eigene Achse, was man Rotation nennt. Die Rotation

Das vollständige Referat   weiterlesen...

Kernenergie

Kernenergie Definition: Die zivile Energiegewinnung durch Atomkernreaktionen. Kernreaktion: Ein physikalischer Prozess, bei dem durch Zusammenstoß eines Atomkerns mit einem anderen Kern oder Teilchen mindestens ein in ein anderes Nuklid (Atomkern) und/oder in freie Nukleonen (Protonen; Neutronen) umgewandelt wird. Man unterscheidet zwischen Kernfusion und Kernspaltung. Kernfusion Kernfusion ist eine Alternative zu den bisherigen Energiequellen, weil die dafür notwendigen Rohstoffe (Deuterium und Tritium) als nahezu unerschöpflich gelten. Ein Beispiel für einen natürlichen Fusionsprozess ist unsere Sonne. Abbildung 1: Die Sonne Vorgänge bei der Kernfusion: Für die Kernfusion benötigt man leichte Kerne. Am geeignetsten dafür sind Deuterium und Tritium (Abb.2) . Das als ,,schwerer Wasserstoff“ bezeichnete Deuterium besteht aus einem Wasserstoffkern (1 Proton/rot) mit einem zusätzlichen Neutron (blau). Es kann aus den Weltmeeren gewonnen werden, da jeder Liter Meerwasser ca. 13 Gramm Deuterium enthält. Tritium, welches (aufgrund der geringen Halbwertszeit von ca. 12 Jahren) in der Natur nicht vorkommt, besitzt zwei Neutronen und wird aus Lithium gewonnen, wodurch es als nahezu unerschöpflich gilt. Bei der Verschmelzung dieser beiden Kerne wird Energie freigesetzt: + + + 17,5 MeV (siehe Abb. 3) Dieser Energiegewinn ist mit dem Massendefekt zu erklären. Die Masse eines Atomkerns ist kleiner als die Summe der Massen seiner Bestandteile. Dieser ,,Massenverlust“ tritt in Form von Bindungsenergie der Kernbestandteile auf. Dieser Masse Δ m kann durch die Gleichung: E= Δm*c² eine Energie zugeordnet werden. Abb. 2 2 Probleme: Für die kontrollierte Fusion wäre eine Temperatur von 100 Mio. Grad nötig. Es gibt keine Materialien, die derartigen Temperaturen für einen längeren Zeitraum standhalten und dadurch eine kontrollierte Fusion ermöglichen würden. Daher ist die technische Realisierung aufwendig. Im Gegensatz dazu wurde die unkontrollierte Fusion, d.h. die Freisetzung riesiger Energiemengen in kurzer Zeit, schon längst in Form der Wasserstoffbombe realisiert. Vorteile  Kernfusion ist wesentlich ungefährlicher als Kernspaltung, da nur wenige Gramm Brennstoff benötigt werden und jede Störung den Fusionsprozess unterbricht  Fusionskraftwerke würden deutlich geringere Mengen an Abfallprodukten erzeugen, die zudem eine deutlich geringere Halbwertszeit besitzen  Umweltverschmutzungen, wie bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe, treten bei Fusionsvorgängen nicht auf  Der weltweite Energiebedarf steigt. Um diesen zu decken müssen riesige Energiemengen erzeugt werden. Da saubere bzw. regenerative Energie diesen Bedarf (nach dem Stand der heutigen Technik) nicht decken können und Verbrennungskraftwerke (Öl, Kohle…) eine nicht unerhebliche Luftverschmutzung verursachen, ist man bisher auf Atomkraftwerke angewiesen. Die einzige Alternative zu den leistungsfähigen (aber gefährlichen) Atomkraftwerken wären die Fusionskraftwerke. Abbildung 3: Kernfusion 3 Kernspaltung Die Kernspaltung bezeichnet in der Kernphysik eine Reaktion bei der ein Atomkern in zwei oder mehrere Bestandteile zerlegt wird. Seltener wird die Kernspaltung auch als Kernfission bezeichnet ein Begriff der nicht mit Kernfusion verwechselt werden darf. Bei der induzierten Kernspaltung zerfallen die Atomkerne von schweren Uran-, Thorium-, oder Plutonium-Isotopen in mehrere leichtere Kerne und in γ-Strahlung, sobald sie eine geringe Aktivierungsenergie, durch Eindringen eines Neutrons in den Kern, erhalten. Die Differenz zwischen der Masse des Ursprungkerns und der Summe der Massen der Spaltprodukte, auch als Massendefekt bekannt, wird dabei nach der Äquivalenz von Masse und Energie in kinetische Energie umgesetzt. Pro Spaltung sind dies etwa 200 MeV. Zu den Spaltprodukten zählen auch 2-3 Neutronen, die bei jeder Spaltung freigesetzt werden. Diese können weiter Kernspaltungen induzieren und führen so zu einer Kettenreaktion. Die durch radioaktiven Zerfall der Spaltprodukte entstehenden verzögerten Neutronen ermöglichen eine gesteuerte Kettenreaktion, d.h. die Rate der Kernspaltungen ist begrenzt. Beispiel: Abbildung 4: Kernspaltung Uran-235 Ein Neutron wird von einem Atomkern Uran-235 absorbiert. Der entstehende Zwischenkern Uran-236 ist instabil und spaltet sich z.B. in die Spaltbruchstücke Barium-144 und Krypton- 89. Dabei werden im Mittel 2 bis 3 schnelle Neutronen und 200 MeV Energie frei. Sofern genau eines dieser Neutronen nach geeigneter Abbremsung in einem weiteren Kern Uran- 235 eine Spaltung auslöst, liegt eine stabile Kettenreaktion für die Energieumsetzung vor. 4 Vorteile:  Schnelle und hohe Energiegewinnung  Keine Umweltbelastung wie sie bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe entsteht Nachteile:  Der Betrieb von Atomkraftwerken verursacht einen hohen sicherheitstechnischen Aufwand und ist deshalb mit hohen Kosten verbunden  Die Wiederaufbereitung des radioaktiven Materials ist technisch sehr aufwendig  Es werden immer wieder neue Standorte für die Endlagerung des radioaktiven Materials benötigt  Die Gefahr eines GAU`s ist nicht völlig ausgeschlossen (z.B. Tschernobyl 1986: radioaktive Teilchen gelangten in hohe Luftschichten und verbreiteten sich mehrere tausend Kilometer  Kernspaltung lässt sich für die Massenvernichtungswaffen einsetzen ( Hiroshima 1945) Anwendungsgebiete von Kernreaktionen  Atom U-Boote Abb. 5 Atom U-Boot  Atombomben Abb. 6 ,,Little Boy” Hiroshima Abb. 7 ,,Fat Man” Nagasaki  Atomkraftwerke Abb. 8 Atomkraftwerk Temelin 5 Atomkraftwerk (AKW) AKW mit Druckwasserreaktor Abbildung 9: AKW mit Druckwasserreaktor AKW mit Siedewasserreaktor Abbildung 10: AKW mit Siedewasserreaktor 6 Wirkungsgrad Die Materialien im Bereich des Reaktorkerns sind den Belastungen durch ionisierende Strahlen ausgesetzt. Vor allem zur Erleichterung der Kettenreaktion (Kernspaltung) sollen nur möglichst wenige Neutronen „eingefangen“ werden. Diese Bedingungen führen zu einer Begrenzung der höchsten Dampftemperatur. Die Leichtwasserreaktoren (alle deutschen Kernkraftwerke arbeiten nach diesem Prinzip) haben eine Dampftemperatur am Turbineneintritt von etwa 330°C; es werden Wirkungsgrade von etwa 35% erzielt. Kernkraftwerke haben deshalb in der Regel einen niedrigereren Wirkungsgrad als Kohlekraftwerke, eben weil sich beim derzeitigen Stand der Technik bei ihnen ein gesamtwirtschaftliches Optimum bei niedrigen Dampftemperaturen ergibt. Risiken: Das Risiko von Kernkraftwerken besteht im Wesentlichen im möglichen Austritt radioaktiver Stoffe in die Umgebung. Ein solcher Austritt kommt zum Einen durch die radioaktiven Emissionen im normalen Betrieb zustande. Zum Anderen kann er sich als Folge von kleineren oder größeren Störfällen bzw. Unfällen ergeben. Die Radioaktivitätsfreisetzung im Normalbetrieb ist so klein, dass ihr Anteil im Vergleich zur natürlichen Strahlenbelastung (im Wesentlichen kosmische Strahlung und terrestrische Strahlung) vernachlässigbar ist und sich darauf zurückzuführende gesundheitliche Schäden nicht beobachten ließen bzw. nach heutigem Wissensstand solche Beobachtungen nicht zu erwarten sind.  Endlagerung von Atommüll  Mögliche Unfallgefahr beim Transport des Atommülls in die Endlager  Erhöhte Krebsrate in der Nähe von AKW`s  Mögliches Ziel für Terroranschläge Zahlen &Fakten Derzeit betreiben 31 Länder 436 Kernkraftwerke mit einer gesamten Anschlussleistung von 370 Gigawatt. Abbildung 10: Atomenergie in der Welt 7 Atomkraftwerke in Deutschland Atomkraftwerk el. Leistung in MWh Leistungsbetrieb seit Brunsbüttel 806 1977 Brokdorf 1440 1986 Krümmel 1402 1984 Unterweser 1410 1979 Lingen 1400 1988 Grohnde 1430 1985 Grafenrheinfeld 1345 1982 Biblis A 1225 1975 Biblis B 1300 1976 Philippsburg 1 926 1980 Philippsburg 2 1485 1985 Neckarwestheim 1 840 1976 Neckarwestheim 2 1460 1989 Grundremmingen B 1344 1984 Grundremmingen C 1344 1985 Isar 1 912 1979 Isar 2 1475 1988 Zukunft Eine neue Studie von 2009 sagt voraus, dass die Zahl der weltweiten Kernkraftwerke bis 2030 um 30 Prozent sinken werde. Zwar gebe es ein hohe Zahl von Neubauvorhaben, jedoch wird angenommen, dass bestenfalls nur ein Drittel realisiert wird. Die derzeit (2009) im Bau stehenden 37 Reaktoren werden nicht als ausreichenden Ersatz für die demnächst altersbedingten Abschaltungen angesehen. Quellen www.greenpeace.de www.schulmodell.de marvin.sn.schule.de www.wikipedia.de www.google.de www.um.baden-wuerttemberg.de www.umweltlexikon-online.de www.uni-protokolle.de Sichere Energie im 21.Jahrhundert – Jürgen Petermann

Gleichstrom

Was ist Elektrizität? Elektrizität entsteht durch die Anziehung zwischen positiver und negativer Ladung dabei setzt diese statische Elektrizität funken, die aber nicht genutzt werden können, frei. Was ist Strom? Elektrizität ist erst nutzbar wenn sie fließt, da fließender Strom durch eine Schleife aus leitendem Material von einem Pol zum anderen läuft. Diese Ladungen werden in sogenannten Etappen weitergegeben. Elektrizität

Das vollständige Referat   weiterlesen...

Gleich und Wechselstrom

Was ist Elektrizität? Elektrizität entsteht durch die Anziehung zwischen positiver und negativer Ladung dabei setzt diese statische Elektrizität funken, die aber nicht genutzt werden können, frei. Was ist Strom? Elektrizität ist erst nutzbar wenn sie fließt, da fließender Strom durch eine Schleife aus leitendem Material von einem Pol zum anderen läuft. Diese Ladungen werden in sogenannten Etappen weitergegeben. Elektrizität

Das vollständige Referat   weiterlesen...

Treibhauseffekt

Gliederung 1. Natürlicher Treibhauseffekt 2. Anthropogener Treibhauseffekt 3. Klima im Wandel 4. Modell für weltweiten Temperaturanstieg 5. Auswirkungen des Temperaturanstiegs 6. Das Kyoto-Protokoll 1. Natürlicher Treibhauseffekt Auch ohne den Einfluss des Menschen unterliegt das Klima der Erde einem natürlichen Treibhauseffekt. Ohne dieses Wärmeschutzschild läge die Durchschnittstemperatur mehr als 30 Grad tiefer

Das vollständige Referat   weiterlesen...