Часть 2

5. Energie aus Atomen

Im Dezember 1938 machte der Chemiker Otto Hahn in Berlin folgendes Experiment: er bestrahlte Uran mit Neutronen. Hahn hatte sich die Frage gestellt, ob die Atomkerne des Urans in der Lage sind, Neutronen zu absorbieren. Das Ergebnis des Experiments war eine große Überraschung. Statt Neutronen zu absorbieren, verwandelte sich das Uran in zwei leichtere Elemente. Die Kerne der Uranatome hatten sich gespalten.

Bei dieser Kernspaltung wird nicht nur eine große Menge Energie frei, sondern auch zwei oder drei weitere Neutronen. Wenn genügend Uran vorhanden ist, treffen diese Neutronen auf andere Urankerne, die wiederum Energie und Neutronen freisetzen und so fort. Eine Kettenreaktion läuft ab. Dies ist die Grundlage für die Freisetzung von Energie in Atombomben, aber auch für die Gewinnung von Atomkraft in Kernreaktoren zur Erzeugung von Elektrizität.

Ein solcher Reaktor besteht aus einem Druckbehälter (Db), der mit Wasser (W) gefüllt ist. In diesen Behälter werden Brennstäbe (B) eingeführt, die in einer Mischung einige Prozent spaltbares Uran enthalten. Durch eine besondere „Neutronenquelle“ wird die Kettenreaktion in Gang gesetzt. Da jedoch immer einige freie Neutronen vorhanden sind, würde die Reaktion auch von selbst beginnen, wenn sich eine genügend große Masse von Uran im Reaktor befindet. Die Stäbe erhitzen sich auf mehrere hundert Grad und damit auch das Wasser.

Db = Druckbehälter; W = Wasser; B = Brennstäbe; S = Steuerstäbe; P = Pumpe; Wt = Wärmetauscher; G = Gerät zur Regelung des Wasserdrucks; Da= Dampf

Wie aber kann man die Leistung eines Reaktors erhöhen oder vermindern? Wie läßt er sich abschalten? Die bei der Kernspaltung entstehenden Stoffe sind radioaktiv und daher gefährlich. Es muß also verhindert werden, dass die Kettenreaktion zu schnell abläuft, der Reaktor dadurch beschädigt wird und radioaktive Stoffe austreten. Deshalb befinden sich im Reaktor neben den Uranstäben auch Steuerstäbe (S). Diese bestehen aus Kadmium, einem Material, das Neutronen leicht absorbiert.

Wenn die Reaktion zu schnell abläuft, werden die Steuerstäbe automatisch etwas tiefer in den Reaktor hineingeschoben und dadurch die überschüssigen Neutronen abgefangen. Läuft die Reaktion dagegen zu langsam ab, dann zieht man die Stäbe ein Stück weiter heraus, und mehr Neutronen erhalten freie Bahn.

Durch eine Pumpe (P) wird das erhitzte Wasser in einen Wärmetauscher (Wt) geleitet, in dem in einem zweiten Kreislauf ebenfalls Wasser zirkuliert. Dieses Wasser verdampft und wird verwendet, um Turbinen und Generatoren anzutreiben und Elektrizität zu erzeugen.

1. Ergänzen Sie bitte.

Otto Hahn... Uran mit.... Er wollte feststellen, ob die Atomkerne des Urans Neutronen... können. Durch die... verwandelte sich das Uran in zwei... Elemente. Durch die... der Urankerne werden nicht nur..., sondern auch... frei. Diese Neutronen treffen auf andere..., wodurch erneut Neutronen und Energie... werden. Es kommt zum Ablauf einer.

2. In diesem Text gibt es 7 Fehler. Wo?

Bei der Kernspaltung entstehen radioaktive, gefährliche Stoffe. Die Kettenreaktion darf nicht zu langsam ablaufen. Im Reaktor sind deshalb außer den Uranstäben auch Brennstäbe. Diese bestehen aus Materialien, die Neutronen leicht abstoßen. Läuft die Reaktion zu schnell ab, werden die Steuerstäbe von Hand aus dem Reaktor herausgezogen. Auf diese Weise werden die gespaltenen Neutronen beschleunigt. Wenn man dagegen die Steuerstäbe ein Stück weiter aus dem Reaktor herauszieht, läuft die Reaktion schneller ab, weil weniger Neutronen abgefangen werden.

3. Was bedeutet das?

1. einen Versuch durchführen		a) versuchen b) ein Experiment machen c) einen Versuch abschließen
2. Energie wird freigesetzt		a) Energie entsteht. b) Energie wird verbraucht. c) Die Energie ist nicht mehr an das Uran gebunden
3. Kadmium kann Neutronen absorbieren		a) Kadmium ist in der Lage, Neutronen aufzunehmen. b) Kadmium kann Neutronen vernichten. c) Die Neutronen werden durch das Kadmium verwandelt.
4. Radioaktive Stoffe können aus dem Reaktor austreten, wenn die Kettenreaktion zu schnell abläuft.		a) Die Kettenreaktion erzeugt Radioaktivität im Reaktor. b) Eine zu schnelle Kettenreaktion kann radioaktive Strahlung außerhalb des Reaktors verursachen. c) Die Kettenreaktion ist Ursache für eine zu hohe radioaktive Strahlung aus dem Reaktorinneren heraus.
5. Durch eine Pumpe wird das erhitzte Wasser in einen Wärmetauscher geleitet.		a) Das erwärmte Wasser wird durch eine Pumpe ausgetauscht. b) In einem Wärmetauscher wird das Wasser erhitzt und zu einer Pumpe geleitet. c) Mit Hilfe einer Pumpe gelangt das heiße Wasser zu einem Wärmetauscher

4. Ergänzen Sie bitte die Verben im Passiv.

verwandeln – freisetzen – bestrahlen – spalten – gewinnen – erzeugen

1. Das Uran... mit Neutronen....

2. Das Uran... in zwei leichtere Elemente....

3. Die Kerne der Uranatome... durch die Neutronen....

4. Auf diese Weise... eine große Menge Energie....

5. So... Atomkraft....

6. Durch die Freisetzung von Energie... Elektrizität....

6. Die Kernfusion

Warum ist es warm, wenn die Sonne scheint? Der Grund dafür ist, dass die Sonne einen Brennstoff besitzt, der fünf Millionen mal mehr Energie liefert als die gleiche Menge Kohle oder Öl. Diese Energiequelle ist der Wasserstoff. Der Wasserstoff der Sonne jedoch wird nicht verbrannt zu Wasser, sondern verschmolzen zu Helium.

Im Inneren der Sonne sind die Temperaturen so hoch, dass die Wasserstoffatome in positiv geladene Atomkerne und negativ geladene Elektronen zerfallen. Ein solches hocherhitztes Gas nennen wir „Plasma“. Gewöhnlich berühren sich die Wasserstoffkerne nicht. Da sie die gleiche Ladung haben, stoßen sie sich ab. Doch bei extrem hohen Temperaturen bewegen sie sich so schnell, dass sie trotz der Abstoßungskraft aufeinandertreffen und verschmelzen. Ein kleiner Teil der Masse der beteiligten Kerne wird dabei entsprechend der Formel Einsteins E = mc² in Energie umgewandelt. Die Folge ist der Ausstoß einer gewaltigen Menge von Energie. Diesen und ähnliche Prozesse bezeichnen wir als Kernfusion.

Alle unsere Energieprobleme wären lösbar, wenn es gelänge, diesen Prozeß durchzuführen und unter Kontrolle zu bringen. Um aber die Wasserstoffkerne zu „zünden“, benötigen wir eine Anfangstemperatur von etwa 100 000 000 Grad. Das hocherhitzte Plasma darf daher auf keinen Fall mit der Apparatur in Berührung kommen, da diese dann mit einem Schlag verdampfen würde. Hier liegen die besonderen Schwierigkeiten bei allen Experimenten mit höchsten Temperaturen.

B = Druckbehälter; L = Laserkanonen; M = Mittelpunkt; K = Kügelchen aus gefrorenem Wasserstoff; Ma = Mantel des Reaktors mit Lithium als Kühlmittel; W = Wärmetauscher; D = Dampf

In den USA, der UdSSR und in Japan, aber auch in den Labors der Max-Planck-Gesellschaft in München, wurden zu diesem Zweck Geräte entwickelt, die die hohe Energiekonzentration des Lasers zur Erhitzung ausnutzen.

Diese Geräte arbeiten nach folgendem Prinzip: In einen kugelförmigen, gasleeren Druckbehälter (B) münden eine Reihe leistungsstarker Laserkanonen (L), deren Strahlen sich im Mittelpunkt (M) kreuzen. Ein Kügelchen (K) aus gefrorenem schwerem Wasserstoff fällt in den Druckbehälter. Sobald es den Mittelpunkt erreicht hat, werden die Laser eingeschaltet. In Bruchteilen von Sekunden wird das Wasserstoffkugelchen zusammengepreßt und auf viele Millionen Grad Celsius erhitzt.

Die bei der Kernfusion freiwerdende Wärmeenergie wird von einem Kühlmittel im Mantel (Ma) des Reaktors aufgenommen. Dieses strömt durch einen Wärmetauscher (W). Dampf (D) wird erzeugt, der Turbinen und Generatoren in Bewegung setzt. Der von der Max-Planck-Gesellschaft in München entwickelte Laser erreicht für die Dauer einer Milliardstel Sekunde eine Leistung von 1 000 000 Megawatt, das ist die fünfzehnfache Leistung aller Kraftwerke der Bundesrepublik zusammen. Aber erst eine Laserleistung, die noch mehrere hundertmal größer ist, wird in Zukunft die Kernfusion ermöglichen.

1. Steht das im Text?

	Ja	Nein
1. Der Wasserstoff der Sonne wird zu Helium verbrannt.	O	O
2. Wegen der hohen Temperaturen zerfallen die Wasserstoffatome im Inneren der Sonne.	O	O
3. Wasserstoffkerne bezeichnet man als Plasma.	O	O
4. Die Wasserstoffkerne treffen normalerweise nicht aufeinander, weil sie unterschiedlich geladen sind.	O	O
5. Eine schnelle Bewegung der Wasserstoffkerne bei sehr hohen Temperaturen ermöglicht eine Verschmelzung der Kerne.	O	O
6. Bei der Kernverschmelzung wird Energie in Masse umgewandelt.	O	O
7. Wenn es möglich wäre, die Wasserstoffkerne zu „zünden”, ließen sich alle Energieprobleme lösen.	O	O
8. Durch das schnelle Verdampfen des Plasmas entstehen Probleme bei Versuchen mit höchsten Temperaturen.	O	O

2. Schreiben Sie bitte die Sätze zu Ende.

1. In verschiedenen Ländern wurden Geräte entwickelt, mit denen...

2. Diese Geräte bestehen aus...

3. Leistungsstarke Laserkanonen...

4. Die Strahlen der Laserkanonen...

5. Ein Wasserstoffkügelchen...

6. Die Laser werden eingeschaltet,...

7. Das Wasserstoffkügelchen...

8. Das Kühlmittel im Mantel des Reaktors...

9. Ein Wärmetauscher...

10. Turbinen und Generatoren...

7. Wärme aus kaltem Wasser

Öl wird in Zukunft zu kostbar sein, um Wohnungen damit zu heizen. Doch welche Alternativen haben wir? Eine interessante Möglichkeit bietet die sogenannte Wärmepumpe. Sie ermöglicht die Entnahme von Wärme aus „kaltem" Wasser, zum Beispiel aus dem Wasser eines Flusses. Ihr Prinzip beruht auf folgender physikalischen Gesetzmäßigkeit: Wenn man einer Flüssigkeit Wärme zuführt, steigt ihre Temperatur bis zum Siedepunkt. Dann beginnt sie zu verdampfen. Auch während der Verdampfung nimmt sie Wärmeenergie auf, doch ihre Temperatur bleibt dabei konstant. Erst wenn die gesamte Flüssigkeit verdampft ist, erhöht sich die Temperatur weiter. Dies zeigt das Diagramm.

Wenn man umgekehrt dem Dampf Wärmeenergie entzieht, sinkt seine Temperatur bis zum Kondensationspunkt. Dieser liegt bei der gleichen Temperatur wie der Siedepunkt. Dann beginnt der Dampf zu kondensieren. Dabei gibt er Wärmeenergie an die kältere Umgebung ab, doch seine Temperatur bleibt noch konstant. Erst wenn der gesamte Dampf kondensiert ist, sinkt die Temperatur bei Wärmeabgabe weiter.

Nehmen wir an, ein Arbeitsmittel hat bei einem Druck von 3,5 bar eine Siedetemperatur von 2 °C. Es ist gerade verdampft; die Temperatur des Dampfes beträgt also noch immer 2 °C. Nun erhöhen wir den Druck auf 15,5 bar. Bei einer Erhöhung des Drucks steigt nicht nur die Temperatur, sondern auch der Siede-bzw. der Kondensationspunkt. Diese betragen jetzt 60 °C. Ist die Umgebung kühler als 60 °C, beginnt das Arbeitsmittel zu kondensieren. Bei einer konstanten Temperatur von 60 °C gibt es die Kondensationswärme ab. Die Umgebung wird geheizt.

R1 = Rohr mit Arbeitsmittel; A = Arbeitsmittel; W1 = Wärmetauscher für niedrige Temperaturen; K = Kompressor;	W2 = Wärmetauscher für höhere Temperaturen; R2 = Ruhr mit Heizungswasser; V = Entspannungsventil; U = Umgebung

Nach diesem Prinzip arbeitet die Wärmepumpe, wie sie auf der Skizze dargestellt ist. In einem Rohr (R1) zirkuliert das Arbeitsmittel, üblicherweise Ammoniak (NH₃;). Dieses Arbeitsmittel verdampft und kondensiert unter einem Druck von 3,5 bar bei einer Temperatur von 2 °C; unter einem Druck von 15,5 bar dagegen bei einer Temperatur von 60 °C.

Der Kreislauf besteht aus vier Schritten:

1. Verdampfen.

Durch den Wärmetauscher links (W₁) strömt das „kalte“ Wasser eines Flusses, dem die Wärme entnommen wird. Es hat eine Temperatur von 10 °C. Das Arbeitsmittel (A) verdampft bei dieserTemperatur und nimmt dabei aus der „kalten“ Umgebung (U) Wärmeenergie auf. Seine Temperatur bleibt jedoch konstant auf 2 °C.

2. Verdichten.

Das dampfförmige Arbeitsmittel wird durch einen Kompressor (K) verdichtet, bis der Druck von 3,5 bar auf 15,5 bar gestiegen ist. Der Dampf erhitzt sich auf 60 °C; sein Kondensationspunkt liegt jetzt ebenfalls bei 60 °C.

3. Verflüssigen.

Im zweiten Wärmetauscher rechts (W₂) umströmt der heiße Dampf ein Rohr (R₂), in dem Heizungswasser zirkuliert. Da dieses kühler ist als der Dampf, verflüssigt sich das Arbeitsmittel und gibt Kondensationswärme ab. Das Heizungswasser erwärmt sich. Temperatur und Druck des Arbeitsmittels bleiben dabei konstant.

4. Entspannen.

Das flüssige Arbeitsmittel strömt durch ein Entspannungsventil (V). Der Druck fällt von 15,5 bar wieder auf 3,5 bar ab. Dieser Druckabfall hat zur Folge, dass das Arbeitsmittel eine Temperatur von 2 °C annimmt. Der Kreislauf kann von neuem beginnen.

Das Verhältnis von aufgenommener zu abgegebener Leistung ist bei einer Wärmepumpe sehr günstig. Die elektrische Energie, die der Kompressor benötigt, ermöglicht die Abgabe der dreifachen Menge an Wärmeenergie für die Raumheizung.

1. Bringen Sie die Sätze bitte in die richtige Reihenfolge.

1. Das dampfförmige Arbeitsmittel wird durch einen Kompressor von 3,5 auf 15,5 bar verdichtet.

2. Seine Temperatur bleibt dabei konstant.

3. Dabei nimmt es aus der kalten Umgebung Wärmeenergie auf.

4. Da dieses kühler ist als der Dampf, sinkt die Temperatur des Dampfes geringfügig bis zum Siedepunkt von 60°C.

5. Das Arbeitsmittel verdampft bei einer Temperatur von nur 2°C.

6. Der Dampf erhitzt sich dadurch auf mehr als 60°C.

7. Im Wärmetauscher umströmt der Dampf ein Rohr, in dem Heizwasser zirkuliert.

8. Temperatur und Druck bleiben Dabei konstant.

9. Gleichzeitig steigt der Siedepunkt auf 60°C.

10. Dann verflüssigt sich das Arbeitsmittel und gibt die Kondensationswärme an die Umgebung ab.

11. Das Arbeitsmittel strömt durch ein Entspannungsventil.

12. Der Kreislauf kann neu beginnen.

13. Der Druck fällt von 15,5 auf 3,5 bar ab.

14. Dieser Druckabfall hat zur Folge, dass auch die Temperatur und der Siedepunkt wieder von 60 auf 2°C sinken.

2. Suchen Sie das Gegenteil zu den folgenden Wörtern aus dem Text.

Siedepunkt Wärrne Flüssigkeit Entnahme konstant entziehen Wärmeabgabe steigen

dampfförmig kühl sich erhitzen Dampf verflüssigen verdichten sich erwärmen Druckabfall

3. Schreiben Sie bitte die Sätze zu Ende.

1. Wenn man einer Flüssigkeit Wärme zuführt,...

2. Wenn die Flüssigkeit verdampft,...

3. Wenn die gesamte Flüssigkeit verdampft ist,...

4. Wenn man dem Dampf Wärmeenergie entzieht,..

5. Wenn der gesamte Dampf kondensiert ist,...

8. Dieselmotoren für Kleinwagen

Der Dieselmotor ist die Antriebsmaschine vor allem der Großfahrzeuge. Schiffe und Lokomotiven, Traktoren und Bagger, Lastwagen und Omnibusse fahren mit Selbstzündermotoren; Personenwagen dagegen wurden bis vor kurzem fast ausschließlich durch Benzinmotoren angetrieben. Lange Zeit war die einzige Ausnahme der Mercedes, ein Wagen der Großklasse. Im September 1976 jedoch erschien ein Mini-Diesel auf dem Markt. Der VW Golf Diesel war eine Überraschung für alle Autokenner, denn Diesel in kleineren Personenwagen galten bis dahin als „schwierig“, als langsam, schwer und laut. Doch der Golf Diesel läuft leicht wie die besten Benzinwagen. Freilich sind Autos mit Dieselmotoren teurer, aber:

– sie leben länger als Wagen mit Benzinantrieb, und ihre Pflege und Wartung ist einfacher;

– Dieseltreibstoff läßt sich billiger und energiesparender herstellen als Benzin;

– die Auspuffgase des Diesel sind außerordentlich sauber, denn ihr Kohlenmonoxidgehalt ist sehr gering;

– vor allem: Dieselmotoren sind sparsamer. Ihr Treibstoffverbrauch liegt je nach Fahrweise 10 bis 40 Prozent unter dem eines Benzinmotors gleicher Leistung.

Sparsamkeit und saubere Abgase ergeben sich aus dem Diesel-Brennverfahren. Die Luft wird in einem Verhältnis von 20: l bis 24: l verdichtet, wobei sie sich auf etwa 800 Grad erhitzt. Die im Vergleich zum Benzinmotor mehr als doppelt so hohe Verdichtung ergibt einen höheren Wirkungsgrad, vor allem bei mittleren Drehzahlen. Der eingespritzte Dieseltreibstoff verbrennt bei großem Luftüberschuß. Der Luftüberschuß führt zu einer sehr guten und damit schadstoffarmen Verbrennung.

Mit dem Golf Diesel, daran besteht kein Zweifel, begann ein neuer Abschnitt in der Geschichte des Dieselmotors. Man muß sich fragen, warum nicht schon längst Kleindiesel entwickelt und eingesetzt wurden.

1. Steht das im Text?

	Ja	Nein
1. Hauptsächlich Großfahrzeuge werden durch Dieselmotoren angetrieben.	О	О
2. PKWs werden ausschließlich durch Benzinmotoren angetrieben.	О	О
3. Dieselmotoren für kleinere Personenwagen hielt man lange Zeit für problematisch.	О	О
4. Autos mit Benzinmotoren sind billiger als Autos mit Dieselmotoren.	О	О
5. Benzinmotoren sind leichter zu pflegen und zu warten als Dieselmotoren.	О	О
6. Dieselmotoren sind umweltfreundlicher als Benzinmotoren.	О	О
7. Der Treibstoffverbrauch eines Benzinmotors liegt über dem Verbrauch eines Dieselmotors gleicher Leistung.	О	О
8. Der höhere Wirkungsgrad des Dieselmotors ist die Folge der im Vergleich zum Benzinmotor um 50 % höheren Verdichtung.	О	О

2. Ergänzen Sie bitte die Präpositionen.

Der Dieselmotor gilt als Antriebsmaschine besonders... Großfahrzeuge. Personenfahrzeuge hingegen werden im allgemeinen... Benzinmotoren angetrieben. Daher war es eine Überraschung... alle Autokenner, als der VW Golf Diesel 1976... den Markt kam.

... dem Diesel-Brennverfahren entstehen weniger Schadstoffe, die Belastung... die Umwelt ist geringer. Die Verdichtung der Luft erfolgt... einem Verhältnis... 20: 1 bis 24: 1. Dabei wird die Luft... eine Temperatur... etwa 800 Grad erhitzt. Die Verdichtung ist... Vergleich... Benzinmotor mehr als zweimal so hoch. Daraus ergibt sich ein höherer Wirkungsgrad, insbesondere... mittleren Drehzahlen.

3. Sie haben ein Auto mit Dieselmotor, das Sie verkaufen wollen. Ihr/e Freund/in möchte ein Auto mit Benzinmotor kaufen. Versuchen Sie, ihn/sie von den Vorzügen des Dieselmotors zu überzeugen.

Дата добавления: 2014-12-27