Wärmepumpe - Die Energie der Umwelt nutzen

Wärmepumpe

Gymnasium | Mittlere Schulformen

Physik

11. | 12. | 13. Klasse

4 - 14 Unterrichtsstunden

Beschreibung

Im März 2023 hat die Bundesregierung angekündigt, den Ausbau von Wärmepumpen massiv erhöhen zu wollen. Ab 2024 sollen pro Jahr mindestens 500.000 neue Wärmepumpen installiert werden, sodass bis zum Jahr 2030 mindestens sechs Millionen Wärmepumpen in Betrieb sind. Doch nach welchem physikalischen Prinzip funktioniert eine Wärmepumpe? Und welche Faktoren beeinflussen den Wirkungsgrad?
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Kompetenzen

Klassenstufe:Sek. II
Dauer:14 Unterrichtsstunden (Minimalplan: 4)
Kompetenzen:1. Physikalische Kenntnisse anwenden, um mit Energie sparsam und effizient umzugehen; 2. Verschiedene Arten der Energieversorgung unter physikalischen, ökologischen, ökonomischen und gesellschaftlichen Aspekten vergleichen und bewerten; 3. Technische Anwendungen mit Bezug auf die thermischen Energieübertragungsarten beschreiben
Thematische Bereiche:Carnot-Prozess, physikalisches Prinzip der Wärmepumpe, Kennzahlen, Funktionsweise eines Kühlschranks/einer Klimaanlage
Medien:Taschenrechner, Diagramme, Grafiken, Internet

Inhaltsangabe

Ab = Arbeitsblatt, Sv = Schülerversuch

1.–6. Stunde

Thema:Grundlagen zum Verständnis der Wärmepumpe
M 1(Ab)Zustandsänderungen eines idealen Gases
M 2(Ab)Wärme-Kraft-Maschine – rechtslaufend
M 3(Ab)Wärme-Kraft-Maschine – linkslaufend
M 4(Ab)Übungsaufgaben zu M 1–M 3

7.–10. Stunde

Thema:Mit der Wärmepumpe heizen
M 5(Ab)Kreisprozess einer Wärmepumpe
M 6(Ab)Kompressionswärmepumpe
M 7(Ab)Jahresarbeitszahl – die Effizienz einer Wärmepumpen-Heizung

11.–14. Stunde

Thema:Mit der Wärmepumpe kühlen
M 8(Ab, Sv)Kühlen mit einer Wärmepumpe – der Kühlschrank
M 9(Ab)Kühlen mit einer Wärmepumpe – die Klimaanlage
M 10(Ab)Infografiken: Wärmepumpe

Minimalplan

Der erste Themenbereich (Grundlagen zum Verständnis der Wärmepumpe) kann weggelassen werden, wenn die Grundlagen zeitnah bereits im Physik-Unterricht behandelt wurden. Die dort zusammengefassten Grundlagen müssen auf jeden Fall den Schülerinnen und Schülern bekannt sein, wenn sie die nachfolgenden Materialien bearbeiten. Bei Zeitmangel kann auch der dritte Themenbereich („Mit der Wärmepumpe kühlen“) weggelassen werden.

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