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2026-07-14T06:31:05Z

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{{T}}

{{BR}}
= Wirkungsgrad und Energieverluste =

{{BR}}
= Einleitung =

Warum wird eine Fahrradbremse warm? Warum braucht eine Lampe mehr elektrische Energie, als sie als Licht abgibt? Bei jeder [[Energieumwandlung]] entsteht neben der gewünschten [[Nutzenergie]] auch [[Verlustenergie]]. Der [[Wirkungsgrad]] zeigt, wie groß der nutzbare Anteil ist.<ref>[https://www.leifiphysik.de/mechanik/arbeit-energie-und-leistung/grundwissen/wirkungsgrad LEIFIphysik: Wirkungsgrad]</ref>

[[Datei:Wirkungsgrad_gluehlampe.svg|500px|rahmenlos|center]]

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=21XYfVdQITI |500|center}}

{{BR}}
== Energie wird umgewandelt ==

Energie verschwindet nicht. Sie wird in andere [[Energieform|Energieformen]] umgewandelt. Was für unseren Zweck nicht hilfreich ist, nennen wir '''Verlustenergie'''. Häufig entsteht dabei [[Thermische Energie|Wärme]], zum Beispiel durch [[Reibung]].<ref>[https://de.wikipedia.org/wiki/Wirkungsgrad Wikipedia: Wirkungsgrad]</ref>

[[Datei:Federpendel verschiedene Dämpfungen.gif|500px|rahmenlos|center]]

Die Animation zeigt eine [[Dämpfung]]: Die sichtbare Bewegung wird kleiner, weil mechanische Energie in andere Energieformen übergeht.

{{BR}}
== Wirkungsgrad ==

Der Wirkungsgrad wird mit dem griechischen Buchstaben '''η''' bezeichnet. Er wird '''Eta''' gesprochen.

<math>\eta = \frac{E_\mathrm{nutz}}{E_\mathrm{zu}}</math>

Auch mit [[Leistung (Physik)|Leistungen]] kann gerechnet werden:

<math>\eta = \frac{P_\mathrm{nutz}}{P_\mathrm{zu}}</math>

'''Beispiel:''' Ein Gerät erhält 100 Joule. Davon sind 70 Joule nutzbar. Dann gilt: <math>\eta = \frac{70}{100} = 0{,}70 = 70\,\%</math>. Die übrigen 30 Joule sind Verlustenergie.

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=gOXEm2Gh5wc |500|center}}

{{BR}}
== Sankey-Diagramm ==

Ein [[Sankey-Diagramm]] zeigt Energieflüsse mit Pfeilen. Ein breiter Pfeil steht für viel Energie, ein schmaler Pfeil für wenig Energie.<ref>[https://de.wikipedia.org/wiki/Sankey-Diagramm Wikipedia: Sankey-Diagramm]</ref>

[[Datei:Beispiel Sankey Diagramm v2.svg|500px|rahmenlos|center]]

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=eB76sBmYpuY |500|center}}

{{BR}}
== Energieverluste im Alltag ==

Bei einer Lampe ist Licht die Nutzenergie. Wärme ist meist Verlustenergie. Eine [[Leuchtdiode|LED-Lampe]] braucht für eine ähnliche Helligkeit meist weniger elektrische Energie als eine alte [[Glühlampe]].

[[Datei:Ledbulbwithincanbulb.jpg|500px|rahmenlos|center]]

Beim Bremsen wird [[Bewegungsenergie]] durch Reibung vor allem in Wärme umgewandelt.

[[Datei:Bicycle caliper brake highlighted.jpg|500px|rahmenlos|center]]

Auch ein [[Elektromotor]] wird warm. Reibung und elektrische Widerstände verringern seinen Wirkungsgrad.

[[Datei:Tesla Model S motor cutout.jpg|500px|rahmenlos|center]]

Eine gedämpfte Bewegung wird mit der Zeit kleiner. Die Gesamtenergie bleibt erhalten, aber weniger davon steckt in der sichtbaren Bewegung.

[[Datei:Phase space of a simple pendulum.gif|500px|rahmenlos|center]]

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=ElXT7JaZwIo |500|center}}

{{BR}}
= Interaktive Aufgaben =

{{BR}}
== Quiz: Teste Dein Wissen ==

{{MC}}
'''Was beschreibt der Wirkungsgrad?'''
(Den Anteil der Nutzenergie an der zugeführten Energie)
(!Die gesamte Masse eines Geräts)
(!Die Dauer einer Energieumwandlung)
(!Die Farbe eines Energiewandlers)
{{E}}
<br>

{{MC}}
'''Welches Formelzeichen hat der Wirkungsgrad?'''
(Eta)
(!Delta)
(!Omega)
(!Lambda)
{{E}}
<br>

{{MC}}
'''Welchem Prozentwert entspricht ein Wirkungsgrad von 0,8?'''
(80 Prozent)
(!8 Prozent)
(!20 Prozent)
(!800 Prozent)
{{E}}
<br>

{{MC}}
'''Ein Gerät erhält 200 Joule und gibt 150 Joule Nutzenergie ab. Wie groß ist der Wirkungsgrad?'''
(75 Prozent)
(!25 Prozent)
(!50 Prozent)
(!150 Prozent)
{{E}}
<br>

{{MC}}
'''Ein Gerät erhält 100 Joule. 25 Joule sind Verlustenergie. Wie groß ist die Nutzenergie?'''
(75 Joule)
(!25 Joule)
(!100 Joule)
(!125 Joule)
{{E}}
<br>

{{MC}}
'''Was zeigt die Breite eines Pfeils im Sankey-Diagramm?'''
(Die Größe des Energieflusses)
(!Die Geschwindigkeit des Geräts)
(!Die Temperatur der Raumluft)
(!Die Masse des Geräts)
{{E}}
<br>

{{MC}}
'''Was bedeutet Energieverlust in diesem Zusammenhang?'''
(Energie wird in nicht gewünschte Formen umgewandelt)
(!Energie verschwindet vollständig)
(!Energie wird aus dem Nichts erzeugt)
(!Energie verliert ihre Einheit)
{{E}}
<br>

{{MC}}
'''In welche Energieform wird Bewegungsenergie durch Reibung oft umgewandelt?'''
(In thermische Energie)
(!In Kernenergie)
(!In Lageenergie)
(!In chemische Energie)
{{E}}
<br>

{{MC}}
'''Wie groß ist der Wirkungsgrad einer realen Maschine normalerweise?'''
(Kleiner als 100 Prozent)
(!Immer genau 100 Prozent)
(!Größer als 200 Prozent)
(!Immer genau null Prozent)
{{E}}
<br>

{{MC}}
'''Wie berechnet man den Gesamtwirkungsgrad mehrerer Umwandlungen hintereinander?'''
(Man multipliziert die Einzelwirkungsgrade)
(!Man addiert alle Einzelwirkungsgrade)
(!Man zieht alle Einzelwirkungsgrade ab)
(!Man verdoppelt den kleinsten Wirkungsgrad)
{{E}}
<br>

{{BR}}
== Memory ==

<div class="memo-quiz">
{|
|-
| Wirkungsgrad || Anteil nutzbarer Energie
|-
| Nutzenergie || gewünschte Energieform
|-
| Verlustenergie || nicht gewünschte Energieform
|-
| Reibung || wandelt Bewegung oft in Wärme um
|-
| Sankey-Diagramm || Pfeilbreite zeigt Energiemenge
|-
| Eta || Formelzeichen des Wirkungsgrads
|}
{{E}}
<br>

{{BR}}
== Drag and Drop ==

<div class="lueckentext-quiz">
{| class="wikitable"
! Ordne die richtigen Begriffe zu.
! Bedeutung
|-
| '''Nutzenergie'''
| gewünschter Anteil
|-
| '''Verlustenergie'''
| nicht gewünschter Anteil
|-
| '''Reibung'''
| erwärmt oft Bauteile
|-
| '''Sankey-Diagramm'''
| zeigt Energieflüsse
|-
| '''Wirkungsgrad'''
| vergleicht Nutzen und Aufwand
|}
{{E}}
<br>
<br />

{{BR}}
== Kreuzworträtsel ==

<div class="kreuzwort-quiz">
{|
|-
| Wirkungsgrad || Wie heißt das Verhältnis von Nutzenergie zu zugeführter Energie?
|-
| Nutzenergie || Wie heißt die gewünschte Energie eines Geräts?
|-
| Verlustenergie || Wie heißt der nicht gewünschte Energieanteil?
|-
| Reibung || Welche Kraft wandelt Bewegung oft in Wärme um?
|-
| Sankey || Welcher Diagrammtyp zeigt Energieflüsse durch verschieden breite Pfeile?
|-
| Leistung || Welche Größe gibt Energie pro Zeit an?
|}
{{E}}
<br>

{{BR}}
== LearningApps ==

<iframe> https://learningapps.org/index.php?s=Wirkungsgrad+und+Energieverluste </iframe>

{{BR}}
== Lückentext ==

<quiz display=simple>
{'''Vervollständige den Text.'''<br>
|type="{}"}
Der Wirkungsgrad wird mit dem griechischen Buchstaben { Eta } bezeichnet. Er ist der Quotient aus { Nutzenergie } und zugeführter Energie. Der Wirkungsgrad wird oft in { Prozent } angegeben. Durch Reibung entsteht häufig { Wärme }. In einem Sankey-Diagramm zeigt die Pfeilbreite die { Energiemenge }. Energie geht nicht verloren, sondern wird { umgewandelt }. Bei mehreren Umwandlungen werden die Einzelwirkungsgrade { multipliziert }.
</quiz>

<br>

{{BR}}
= Offene Aufgaben =

{{BR}}
=== Leicht ===
# [[Energiewandler]]: Finde zu Hause drei Geräte und notiere jeweils zugeführte Energie, Nutzenergie und Verlustenergie.
# [[Reibung]]: Reibe Deine Hände aneinander. Beschreibe, welche Energieumwandlung Du fühlst.
# [[Sankey-Diagramm]]: Zeichne für eine Taschenlampe einen breiten Eingangspfeil und zwei Ausgangspfeile für Licht und Wärme.
# [[Erklärtext]]: Erkläre in fünf einfachen Sätzen, was ein Wirkungsgrad von 60 Prozent bedeutet.

{{BR}}
=== Standard ===
# [[Experiment]]: Lass einen Spielzeugkreisel drehen. Beobachte, wie seine Bewegung abnimmt, und erkläre die Energieumwandlungen.
# [[Gerätevergleich]]: Vergleiche die Leistungsangaben zweier Lampen mit ähnlicher Helligkeit. Begründe, welche wahrscheinlich effizienter ist.
# [[Energieflussdiagramm]]: Gestalte ein beschriftetes Diagramm für einen Föhn, einen Ventilator oder einen Lautsprecher.
# [[Interview]]: Frage eine Person, wie sie im Alltag Energie spart. Ordne die Antworten den Bereichen geringerer Verbrauch oder höherer Wirkungsgrad zu.

{{BR}}
=== Schwer ===
# [[Messung]]: Plane einen sicheren Versuch, mit dem Du Nutzenergie und zugeführte Energie abschätzen kannst. Beschreibe Messgrößen und Fehlerquellen.
# [[Systemgrenze]]: Erkläre am Beispiel eines Elektroautos, warum der Wirkungsgrad davon abhängt, welche Teile der Energiekette betrachtet werden.
# [[Gesamtwirkungsgrad]]: Erfinde eine Energiekette mit drei Wirkungsgraden und berechne den Gesamtwirkungsgrad.
# [[Erklärvideo]]: Produziere ein kurzes Video mit einem eigenen Sankey-Diagramm, einer Rechnung und einem Alltagstipp.

{{:Offene Aufgabe - MOOC erstellen}}

{{BR}}
= Lernkontrolle =

# [[Energieerhaltung]]: Eine Fahrradbremse wird heiß. Erkläre, warum dies kein Verschwinden von Energie ist.
# [[Vergleich]]: Zwei Lampen erzeugen gleich viel Licht, benötigen aber unterschiedlich viel elektrische Leistung. Begründe, welche Lampe den höheren Wirkungsgrad hat.
# [[Berechnung]]: Ein Motor nimmt 500 Joule auf und gibt 350 Joule als Bewegung ab. Berechne Wirkungsgrad und Verlustenergie und deute beide Werte.
# [[Sankey-Diagramm]]: Ein Diagramm zeigt 100 Joule Eingang, 65 Joule Nutzenergie und 35 Joule Wärme. Prüfe die Energiebilanz und erkläre die Pfeilbreiten.
# [[Transfer]]: Entwickle zwei Änderungen, die den Wirkungsgrad eines Fahrrads oder einer Maschine erhöhen könnten. Begründe physikalisch.

<br>
<br>

{{BR}}
= Lernnachweis =

Für Deinen Lernnachweis solltest Du den [[Wirkungsgrad]] erklären, die Formel sicher anwenden, [[Nutzenergie]] und [[Verlustenergie]] unterscheiden, ein [[Sankey-Diagramm]] lesen und die [[Energieerhaltung]] an einem Beispiel begründen können.

<br>
<br>

{{BR}}
= OERs zum Thema =

<iframe> https://de.m.wikipedia.org/wiki/Wirkungsgrad </iframe>

[https://www.leifiphysik.de/mechanik/arbeit-energie-und-leistung/grundwissen/wirkungsgrad LEIFIphysik: Wirkungsgrad]

<references />

<br>

{{BR}}
= Verknüpfte Lernbereiche =

# [[Energie und Energieformen]]: Grundlage zum Verständnis von Energieumwandlungen.
# [[Arbeit, Energie und Leistung]]: Verbindung zwischen Energie, Zeit und Leistung.
# [[Mechanik]]: Reibung, Bewegung und Energieverluste bei Maschinen.
# [[Elektrizitätslehre]]: Wirkungsgrad elektrischer Geräte und Lampen.
# [[Nachhaltigkeit]]: Bedeutung effizienter Technik für einen geringeren Energieverbrauch.

{{BR}}
= Links =

{| align=center
{{:D-Tab}}
'''[[Wirkungsgrad und Energieverluste]]'''
# [[Energie]]
# [[Energieumwandlung]]
# [[Energieerhaltungssatz]]
# [[Nutzenergie]]
# [[Verlustenergie]]
# [[Wirkungsgrad]]
# [[Sankey-Diagramm]]
# [[Reibung]]
# [[Leistung (Physik)]]
|}

[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Energie]]
[[Kategorie:Mechanik]]
[[Kategorie:Klasse 9]]

{{BR}}
= aiMOOC-Projekte =
[[Kategorie:AI_MOOC]] [[Kategorie:GPT aiMOOC]]
{{MT}}

Wirkungsgrad und Energieverluste - Versionsgeschichte

Glanz: aiMOOC über GPT aiMOOC Action erstellt