Projekte zur Digitalisierung

Unterricht digital optimieren

Erklärvideo: "Grüner Stahl" - Erklärvideo: Kohlenstoff und Wasserstoff als Reduktionsmittel von Eisenoxid

In dem Video wird die Herstellung von Stahl und ihr Zusammenhang mit dem Klimawandel erklärt. Stahl besteht hauptsächlich aus Eisen und wird in vielen Bereichen verwendet. Bei der herkömmlichen Produktion von Stahl entsteht viel Kohlenstoffdioxid, was erheblich zu den globalen Treibhausgasemissionen beiträgt. Die Herstellung von Stahl erfolgt durch die Reduktion von Eisenoxid mit Kohle im Hochofenprozess, wobei Kohlenstoffdioxid freigesetzt wird. Der im Eiffelturm verbaute Stahl erzeugte allein eine Emission von etwa 4000 t Kohlenstoffdioxid.

Es wird gezeigt, wie man die Kohlenstoffdioxid-Emissionen bei der Stahlproduktion reduzieren kann, indem man Kohlenstoff durch Wasserstoff ersetzt. Dies trägt dazu bei, die Treibhausgasemissionen der Stahlindustrie zu verringern. Das Video betont die Bedeutung erneuerbarer Energien und die Zusammenarbeit auf internationaler Ebene, um die Stahlindustrie zu dekarbonisieren.

Erklärvideo: Wärmepumpe Klasse 8: Lineare Approximation, Steigung, Gleichungssystem und Additionsverfahren

Das Video erklärt den Begriff "lineare Approximation" und führt dann anhand eines Beispiels aus, wie Datenpunkte zu einer linearen Gleichung werden mit Hilfe des Steigungsdreiecks und so einen realen Zusammenhang beschreiben.

Diese Modellierung wird auf den Vergleich von Gas- und Strompreisen angewandt. Dazu werden zunächst lineare Gleichungen aufgestellt und im Anschluss per Additionsverfahren der Schnittpunkt der beiden Gleichungen berechnet und gedeutet. Das Video betont, wie lineare Approximation dazu verwendet wird, reale Situationen zu modellieren und in mathematische Modelle zu übertragen, um Vorhersagen und Vergleiche zu ermöglichen.

Erklärvideo: Wärmepumpe Klasse 8: Kostenvergleich mit Gasheizung mit Hilfe von linearen Gleichungen

Das Video zeigt eine weitere Möglichkeit auf lineare Funktionen aufzustellen. Dabei werden die Kosten für den Einbau und den Betrieb von Gasheizungen und Wärmepumpen über die Zeit analysiert. Es werden Einbaukosten, jährliche Betriebskosten und die Lebensdauer der Heizsystem berücksichtigt. Mit Hilfe der Gleichungen werden Zeitpunkte und die dazugehörigen Kosten berechnet, um das Verständnis für lineare Gleichungen zu vertiefen.

Das Video betont die Wichtigkeit des Klimaschutzes und weist auf die finanziellen Konsequenzen der Energiewende hin, die im Vergleich zu den potenziell verheerenden Kosten des Klimawandels als notwendig angesehen wird.

Erklärvideo: Analyse der Leistung von Windkraft- & Photovoltaikanlagen durch Funktionsrekonstruktion

Das Video zeigt, wie mathematische Modelle verwendet werden, um die Leistung einer Windkraftanlage in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit zu modellieren. Im Rahmen der Unterrichtseinheit werden Daten ausgewertet und ein mathematisches Modell erstellt, das die Leistung der Windkraftanlage beschreibt. Das Video erläutert den Prozess der Auswahl von Datenpunkten und das Aufstellen eines Gleichungssystems zur Modellierung.

Am Ende des Videos wird erläutert, wie mathematische Modelle zur Lösung komplexer Probleme beitragen und wie wichtig es ist, dass diese Modelle möglichst nah an der Realität angepasst werden.

Erklärvideo: Entsteht in Kohlekraftwerken bei der Erzeugung von elektrischer Energie CO2?

Das Video erklärt den Prozess der Energieerzeugung in einem Kohlekraftwerk, bei dem Kohle verbrannt wird, um Wärme zu erzeugen, die in elektrische Energie umgewandelt wird. Dabei wird auch die Umwandlung von chemischer Energie in thermische, kinetische und schließlich elektrische Energie erläutert.

Mit Hilfe eines Experiments wird gezeigt, wie bei der Verbrennung von Kohle das Treibhausgas Kohlenstoffdioxid entsteht, welches mit der Kalkwasserprobe nachgewiesen wird.

Die ablaufende Reaktion wird als exotherm identifiziert und die Bedeutung der Aktivierungsenergie erläutert.

Das Video schließt mit dem Hinweis auf das Gesetz der Erhaltung der Masse.

Lehrerinnen und Lehrer können dieses Video verwenden, um ihren Schülern die Zusammenhänge zwischen Kohlekraftwerken, Emission von Treibhausgasen und dem Klimawandel zu vermitteln.

Erklärvideo 30. Erfinderlabor: Rasterkraftmikroskop

Das Rasterkraftmikroskop wurde entwickelt, um Objekte zu untersuchen, die nicht mehr mit Licht beobachtet werden können. Es misst die Wechselwirkung zwischen der Probe und einer feinen Spitze, die zwischen 10 und 100 Nanometer breit ist. Diese Spitze wird an einem beweglichen Arm befestigt und über die Probe in Rastern bewegt. Ein Laser wird von der Vorderseite des Mikroskops auf eine Photodiode reflektiert. Abhängig von der Ablenkung des reflektierten Strahls kann die Oberflächenrauheit der Probe bestimmt werden.

Erklärvideo 30. Erfinderlabor: Plasma

Die Plasma-Behandlung ist eine Technik, bei der Plasma, ein weiterer Aggregatzustand neben fest, flüssig und gasförmig, zur Reinigung von Oberflächen verwendet wird. Plasma entsteht durch die Ionisierung eines Gases, wodurch Elektronen und Ionen freigesetzt werden. Da Plasma freie Ladungsträger enthält, ist es elektrisch leitfähig.

Im Projekt wurde die Plasma-Behandlung zur Reinigung von Oberflächen mit Sauerstoff verwendet. Die Interaktion von Ionen, Radikalen und UV-Strahlung kann organische Rückstände auf Oberflächen in stabile Moleküle umwandeln und entfernen. Die Plasma-Behandlung kann die Oberflächeneigenschaften beeinflussen, indem sie störende Partikel entfernt und beispielsweise die Oberflächenspannung und das Benetzungsverhalten verändert. Die Beschaffenheit von Oberflächen spielt eine wichtige Rolle im Kontakt mit Flüssigkeiten, da einige Materialien täglich in Kontakt mit Flüssigkeiten stehen, wie zum Beispiel Plastikverpackungen. Die Analyse der Oberfläche ist entscheidend für die Entwicklung alternativer Materialien, die den Anforderungen entsprechen.

Erklärvideo 30. Erfinderlabor: Oberflächenspannung und Benetzbarkeit

Oberflächenspannungen beeinflussen das Benetzungsverhalten von Oberflächen. Um dies zu analysieren, ist die Kontaktwinkelmessung ein wichtiges Instrument, das Informationen über die Benetzbarkeit und die Oberflächenenergie eines Materials liefert.

Der Kontaktwinkel ist der Winkel, an dem die drei Phasen (Flüssigkeit, Feststoff und umgebendes Gas) aufeinandertreffen. Grundsätzlich gilt: Je größer der Kontaktwinkel, desto schlechter ist die Benetzbarkeit der Oberfläche.

Die Oberflächenenergie eines Festkörpers kann aus bekannten Flüssigkeiten und den Kontaktwinkeln zwischen diesen Flüssigkeiten und dem zu untersuchenden Material berechnet werden. Dies geschieht mithilfe von Trendlinien und einer einfachen linearen Funktion, die alle notwendigen Parameter liefert. Bei Flüssigkeiten ist die Oberflächenenergie gleich der Oberflächenspannung.

Die Benetzbarkeit einer Oberfläche ist umso besser, je ähnlicher die Oberflächenspannung der beteiligten Substanzen ist. Dieses Verständnis kann bei der Entwicklung von Materialien und Oberflächen, die mit Flüssigkeiten in Kontakt kommen, von großer Bedeutung sein.

Erklärvideo 30 Erfinderlabor: Was ist eine Grenzfläche? Was ist Benetzbarkeit?

Als Grenz- bzw. Oberflächen bezeichnet man die Kontaktstellen zwischen gasförmigen und festen/flüssigen Phasen.

Das Verhalten von Flüssigkeiten auf Oberflächen ist ein Schlüsselaspekt. Flüssigkeiten können sich ausbreiten, Tropfen bilden oder flach verteilt sein, abhängig von der Benetzbarkeit der Oberfläche. Gute Benetzbarkeit bedeutet flache Verteilung, schlechte Benetzbarkeit führt zur Bildung von Tropfen.

Die Oberflächenspannung der beteiligten Substanzen beeinflusst das Benetzungsverhalten und wird von den zwischenmolekularen Kräften bestimmt. An Grenzflächen von unterschiedlichen Stoffen entsteht so eine Energiedifferenz - die Oberflächenspannung.

Permanentmagnete: Teil 1 - Verwendung in Elektromotoren

Permanentmagnete: Teil 2 - Forschung an der TU Darmstadt

Natrium-Festkörperbatterie: Teil 1 - Energiewende und Funktionsweise einer Batterie

Natrium Festkörperbatterie: Teil 2 - Li-Ionen-Akku, Li-Gewinnung

Natrium-Festkörperbatterie: Teil 3 Forschung an der TU Darmstadt (Materialiwissenschaft)