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Wasserrad Dokumentation
1) Was ist ein Wasserkreislauf? Der Wasserkreislauf ist einer der Lebenszyklen des Erdsystems. Der Wasserkreislauf umfasst die folgenden physikalischen Prozesse in dieser Reihenfolge: Verdunstung, Kondensation, Niederschlag, Infiltration, Abfluss und unterirdischer Fluss. Dieser Prozess ist sehr wichtig, denn er sorgt für die Regeneration von Wasser, das sonst nach dem Verbrauch verbraucht würde. Und wenn es kein Wasser mehr gäbe, würde das Leben auf der Erde enden. Der Wasserkreislauf besteht aus 4 Phasen: Verdunstung , Kondensation , Niederschlag und Rueckfluss/Versickerung.
- Verdunstung von der Erde zum Himmel In dieser ersten Phase wird das Wasser aus den Oberflächengewässern in die Atmosphäre abgegeben. Die Sonnenstrahlen erhitzen das Wasser in Meeren und Flüssen sowie das Wasser in Pflanzen und Lebewesen und verwandeln es in Wasserdampf. Dabei geht das Wasser von einem flüssigen in einen gasförmigen Zustand über, verdunstet und steigt in den Himmel auf. Über 80 % des Wassers verdunstet über dem Meer.
- Kondensation Die zweite Phase des Wasserkreislaufs ist die Kondensation: Wenn der warme und leichte Wasserdampf die höheren Schichten des Himmels erreicht, wo die Temperaturen sehr niedrig sind, kühlt er ab und verwandelt sich wieder in den flüssigen Zustand. Auf diese Weise entstehen viele kleine Tröpfchen, die sich zu Wolken zusammenschließen.
- Niederschlag Die dritte Phase des Wasserkreislaufs ist der Niederschlag: Wenn sich die verschiedenen Tröpfchen zusammenballen, werden die Wolken grösser und schwerer. Wenn die Wolken zu schwer werden, beginnen die Tröpfchen je nach Temperatur als Regen, Hagel oder Schnee zu Boden zu fallen. So entsteht ein Niederschlag. Der grösste Teil des Regens fällt über den Wasserflächen. Der andere Teil wird vom Wind in Form von Wasserdampf und kleinen Wassertröpfchen in andere Gebiete transportiert und da fällt zur Erde.
- Rueckfluss/Versickerung Wenn es zur Erde zurückkehrt, wird das Wasser in Flüsse, Seen, Meere und Ozeane geleitet. Ein anderer Teil fällt auf den Boden, wo er bis in grosse Tiefen absorbiert wird. Wenn das Wasser wieder an die Oberfläche gelangt und Meere, Flüsse, Seen und Ozeane speist, kann es seinen Wasserkreislauf wieder aufnehmen. 2) Kennst du aktive Wasserräder in der Schweiz? Anfangs 20. Jahrhundert gab es in der Schweiz 7‘000 Wasserräder. In den letzten Hundert jahren sind sie zunehmend in Vergessenheit geraten - Stattdessen wurden vermehrt Grosskraftwerke gebaut. Wasserrad in der Herzogenmühle, Wallisellen In der Herzogenmühle wurde schon vor 300 Jahren die Wasserkraft mit zwei Wasserrädern genutzt. 40 Jahre lief das Restwasser über das Ehemalige wehr bis der Eigentümer der Liegenschaft, Herr Krismer, die Wasserkraft reaktivierte und das Wasserrad bauen liess. Wasserrad, mittelschlächtig, höhenunterschied 2.6m, Wassermenge ca. 920L/sek. leistung 15kW Durchmesser 5.2m, Breite 1.8m, 32 Schaufeln gewicht ca. 7 Tonnen Koordinaten: 686115 / 251765
3) Was hat die Erfindung für positive Veränderungen mit sich gebracht? (positive Veränderungen werden fett hervorgehoben) Die ersten Wasserräder wurden eingesetzt, um Wasser aus Bächen und Flüssen zu entnehmen. Man vermutet, dass die ersten Wasserräder im Osten (China) und in Mesopotamien verwendet wurden (etwa vor 5000 Jahren), um Wasser aus den Flüssen zu schöpfen und die Felder zu verwässern. Vor etwa 2300 Jahren begann man im Mittelmeerraum, Wasserräder um ein Mahlwerk anzutreiben, eine Arbeit, die bis dahin von Menschen oder Tieren erledigt wurde: so konnte man viel schneller und leichter Korn mahlen. Zu den frühesten schriftlichen Dokumenten, die die Existenz der Wassermühle im Mittelmeerraum zeigen, ist Vitruvs Abhandlung De Architettura (25 v.Ch.). Gegen Ende des Weströmischen Reiches (von 4. bis 5. Jahrhundert n. Chr.), verbreitete sich die Wassermühle in Italien, Retien (die Schweiz) und Gallien (Frankreich); zwischen dem 8. und 10. Jahrhundert n. Chr. (Karolingerzeit) verbreitete er sich in England und Deutschland, und erst seit dem 12. Jahrhundert ist sie in ganz Europa verbreitet. In dieser Phase kam es zu einer echten Revolution der landwirtschaftlichen Techniken auf dem europäischen Lande, die mit der Nutzung von Wasser als Energiequelle verbunden war. Das Rad für die Mühle war nur der erste Schritt: man konnte es auch auf andere Maschinen anwendet. Man baute Sägewerken, Drehbänken, Olivenpressen, Olivenmühlen und so weiter. Nach und nach wurden die Tiere ersetzt , es gab immer mehr Energie zur Verfügung und eine größere Menge an Produkte wurde hergestellt. (Verbreitung von Wassermühlen in West- und Osteuropa zwischen dem 4. und 14. Jahrhundert)
Der nächste Schritt war die Erfindung der Wasserturbine in der Mitte des 20. Jahrhunderts. Dadurch konnte mehr Wasser verwendet werden und die Effizienz wurde erheblich gesteigert. Beispiele sind die Francis-Turbine, die Kaplan-Turbine oder die Pelton-Turbine (vgl. Bilder unten). Weiterentwickelte Formen davon werden auch heute noch in Wasserkraftwerken eingesetzt. Francis-Turbine Kaplan-Turbine Pelton-Turbine Zusammenfassend : Die positive Veränderung, die die Wassermühlen mit sich brachten, war die Beschleunigung der Getreidemüllerei, oder sie wurden zum Antrieb von Schmieden in der Metallverarbeitung oder zum Antrieb von Walzen und Webstühlen in der Textilindustrie verwendet. All dies wurde zuvor von Menschen erledigt, so dass der Vorteil dieser Erfindung darin bestand, Arbeit zu sparen und die Produktion zu beschleunigen. 4) Was ist die Funktion? Vor dem Industriezeitalter wurden Wasserräder für viele Zwecke verwendet: ● zum Mahlen von Getreide, der ältesten Verwendung; ● für den Betrieb von Sägewerken, in der Forstwirtschaft; ● zum Antrieb von Walzen und Webstühlen in der Textilindustrie; ● in der Metallverarbeitung, zum Antrieb von Mühlsteinen, Schmieden und Schmiede Hämmern; ● zum Antrieb von Wasserpumpen; ● Papiermühle: Vom 13. bis zum 18. Jahrhundert wurde die Kraft der Mühle genutzt, um Lumpen und Zellstoff mit Hilfe von Schlägeln und Hämmern mit Spitzen zu zerfasern. ● für die Erzeugung von Strom mit Hilfe eines Generators.
Die Struktur des Rades änderte sich je nach Situation in Bezug auf Form, Größe und Art der Energieversorgung Art der Energieversorgung. A) Vertikales Rad mit flachen Schaufeln, angetrieben durch unten, hauptsächlich in Mühlen verwendet gebaut in der Ebene B) Horizontales Rad mit löffelförmigen Schaufeln, seitlich angetrieben, hauptsächlich verwendet in Mühlen, die in den Bergen gebaut wurden. C) Kassettenrad, angetrieben durch fallendes Wasser von oben, nutzt das Gewicht des sich ansammelnden Wassers zwischen den Klingen.
6) Erklaerung der Begriffe Stromstaerke , Spannung und Widerstand anhand des Wasserrades.
Die Begriffe Spannung , Stromstärke und Widerstand kann man durch ein Wassermodell
erklaeren:
Der Wasserstrom wird in diesem Modell dem elektrischen Strom verglichen.
Die Wasserstaerke ist der Druck, den das Wasser auf das sich drehende Rad ausübt: je
schneller das Rad sich dreht, je groesser ist die Wassterstaerke. Im elektrischen Strom zeigt sie
die Menge der elektrischen Ladung, die in einer Zeit T von Punkt A nach Punkt B fliesst. Die
Masseinheit ist das Ampere
Die Spannung ist die Kraft, gemessen in Volt, mit der das Wasser fliesst.
In der Zeichnung wird sie durch den Höhenunterschied dargestellt, mit dem das Wasser auf das
Rad fällt, während sie im elektrischen Modell der Potentialdifferenz entspricht.
Der Widerstand zeigt eine Einschränkung des Wasserflusses im Wassermodell oder des
Stroms im Elektromodell an.
Sie wird mit Hilfe des Ohmschen Gesetzes gemessen: R=V/I
