THE!ANSWER!IS! BLOWING!IN!THE!WIND! ANTWORTBOGEN* Land:* Team:* Namen!und!Unterschriften! Challenge*1* 28.*April*2015*

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1 THEANSWERIS BLOWINGINTHEWIND ANTWORTBOGEN Challenge1 28.April2015 Land: Team: NamenundUnterschriften

2 CHALLENGE1 2/27 ANTWORTBOGEN AUFGABEA 1. DieÖkologievonAstacus'astacus'subsp.'virtuliensis 1.1. Ordnet die Begriffe linke Spalte) den korrespondierenden ökologischen Konzepten Biotop, Habitat,ÖkologischeNische)zu,indemihrdasrichtigeKästchenankreuzt. 9Punkte) Eigenschaften von Biotop, Habitat oderökologischernischevonastacus' Biotop Habitat Ökologische Nische v. Omnivor SammeltaktivNahrung Flüsse,Bäche,Seen SteileUfer Ausgeprägte Strukturierung der benthischenzone Minimale Wassertemperatur von 15 C imsommer Nachtaktiv SauerstoffkonzentrationdesWassers Verstecke LAND: TEAM:

3 CHALLENGE1 3/27 ANTWORTBOGEN 1.2. Leistungsfähigkeit species' performance) von' Astacus in Abhängigkeit von der WassertemperaturimSommer 12Punkte) Zeichnet einen Graphen Glockenkurve), der die Abhängigkeit zwischen den angegebenen WassertemperaturenMinimum,Optimum,Maximum)undderLeistungsfähigkeitderArtzeigt Beschriftet den Graphen aus mit den charakteristischen Temperaturbereichen und TemperaturpunktenMinimum,Maximum,Optimum,Pessimum).BeschriftetdenGraphenund ergänzteinelegende. Fügt dem Graphen Glockenkurve), der die Abhängigkeit zwischen den angegebenen WassertemperaturenMinimum,Optimum,Maximum)undderLeistungsfähigkeitderArtzeigt,hierein.. LAND: TEAM:

4 CHALLENGE1 4/27 ANTWORTBOGEN 2. Mögliche Auswirkungen eines Pumpspeicherkraftwerkes auf Astacus' astacus'subsp.'virtuliensis 2.1 Identifiziert jene Bereiche in den Graphen welche die ökologischen Faktoren darstellen, die unter den gegebenen Bedingungen im Sommer zum Aussterben der KrebsZPopulation führen könnten.schraffiertdenbereich,denihridentifizierthabt. 3 Punkte) DurchschnittlicherSauerstoffgehaltimFlussim jeweiligenmonat Gegenwärtig Vorhersage:nach dembaudes Kraftwerkes DurchschnittlicheTemperaturimFlussim jeweiligenmonat Gegenwärtig Vorhersage:nach dembaudes Kraftwerkes LAND: TEAM:

5 CHALLENGE1 5/27 ANTWORTBOGEN 2.2. Schraffiert in den Graphen deutlich die optimalen Bereiche für die Temperatur und den SauerstoffgehaltimSommer.5Punkte) DurchschnittlicherSauerstoffgehaltimFlussim jeweiligenmonat Gegenwärtig Vorhersage:nach dembaudes Kraftwerkes DurchschnittlicheTemperaturimFlussim jeweiligenmonat Gegenwärtig Vorhersage:nach dembaudes Kraftwerkes LAND: TEAM:

6 CHALLENGE1 6/27 ANTWORTBOGEN 3. FunktionelleMorphologievonFlusskrebsen Erinnerung:BeachtetdieReihenfolge,inderdieAufgabenbearbeitetwerden. BevorihrmitAufgaben3.2und4beginnt,müsstihrAufgabe3.1lösenunddasFlusskrebsZHandout3.1an denlaborbassistentenabgeben. 3.1 OrdnetdieKrebsZExtremitätenausdemGlasZBehälteraufdembereitgestelltenHandoutin derrichtigenreihenfolgean. FlusskrebsHandout 20Punkte) Es wurde ein Foto des fertigen FlusskrebsbHandouts vom LaborbAssistenten gemacht. Das Landeszeichenmussklarunddeutlichsichtbarsein) UnterschriftLaborbAssistent: GebtdasFlusskrebsZHandoutbeidemLaborZAssistentenabNunbekommtihr: dietabelle Funktion eindiagrammmitdermorphologievonflusskrebsen einenflusskrebszurbestimmung 3.2 OrdnejederExtremitätihreHauptfunktionzuMehrfachnennungensindmöglich,abernur3 NennungenproExtremitätsinderlaubt.).Tabelle Funktion JedeBoxmussentweder X richtig, 0 falschenthalten 10Punkte) LAND: TEAM:

7 CHALLENGE1 7/27 ANTWORTBOGEN 4. FlusskrebsZBestimmung 4.1. Kreuze die richtigen Bestimmungsschritte im Bestimmungsschlüssel = graue Spalte) an, welche zurbestimmungdesvorliegendenflusskrebsesführen 9Punkte) Bestimmungsschlüssel einheimischer und eingebürgerter Flusskrebsarten in Europa 1 a Unterseite der Chelipeden sind rot oder orangefarbig weiter zu 2 1 b Unterseite der Chelipeden sind weder rot noch orangefarbig weiter zu 4 2 a 2 b 3 a 3 b 4 a 4 b 5 a 5 b 6 a Eine Hinteraugenleiste postorbital ridge) Zwei Hinteraugenleisten postorbital ridges) Spitze Dornen hinter der Nackenfurche cervical groove) Keine spitzen Dornen hinter der Nackenfurche cervical groove), Panzer und Oberfläche der Scheren glatt Dornen hinter der Nackenfurche cervical groove) Keine Dornen hinter der Nackenfurche cervical groove) Eine Hinteraugenleiste postorbital ridge) Zwei Hinteraugenleisten postorbital ridges) Keine rostbraunen Querbanden auf den Hinterleibssegmenten Roter Amerikanischer Sumpfkrebs Red swamp crayfish Louisiana crayfish weiter zu 3 Europäischer Flusskrebs/Edelkrebs Noble crayfish Signalkrebs Signal crayfish weiter zu 5 Steinkrebs Stone crayfish weiter zu 6 Galizischer Sumpfkrebs Danube crayfish Galician crayfish Dohlenkrebs White clawed crayfish Procambarus clarkii Astacus astacus subsp. virtuliensis Pacifastacus leniusculus Austropotamobius torrentium Astacus leptodactylus Austropotamobius pallipes 6 b Rostbraune Querbanden auf den Hinterleibssegmenten Kamberkrebs/Amerikanischer Flusskrebs Eastern Crayfish Delcore Crayfish Orconectes limosus 4.2. SchreibtdenrichtigenwissenschaftlichenNamenderbestimmtenFlusskrebsZArtauf 2Marks) LAND: TEAM:

8 CHALLENGE1 8/27 ANTWORTBOGEN 5. TheoretischeFragen 5.1. WelcheAussagensindrichtig,welchefalsch?KreuztdierichtigeAntwortan10Punkte) Aussage richtig falsch DasGleichgewichtsorganderFlusskrebsewirdStatozystegenannt DieNautilusbLarveisteinfrühesEntwicklungsstadiumbeiDecapoda Die Augen der Flusskrebse besitzen den gleichen Bauplan wie bei Cephalopoda Folgendes Schema zeigt die Altersverteilung einer Flusskrebsb PopulationwelchekurzvordemAussterbensteht: 3 3:Reproduktionabgeschlossen 2:GeschlechtsreifeTiere 2 1:Jungtiere 1 Die Konkurrenz zwischen zwei Populationen verschiedener Arten ist stärker, wenn sich die ökologischen Nischen beider Arten stark überlappen. 6. BewertetdieSituationzumBaueinerPumpstationinKleinZVirtulien10Punkte) Faktor FlusskrebsPopulation Astacus astacus ssp. virtuliensisidentifiziert Unabhängig von Eurem Bestimmungsergebnis: für die GefahrdesAussterbens Individuen von Astacus' astacus' ssp. besteht virtuliensis,dieindemtalvorkommen, gilt: Bedrohung des Habitats durch UmweltveränderungenBeurteilung) Elektrolyseanlage Auswirkungen Ja Nein Pumpspeicherkraftwerk Noanswerexpected BedrohungfürdieFlusskrebspopulation durchverringerteno 2 ZgehaltimWasser Bedrohung für die Flusskrebspopulation durch erhöhte Wassertemperatur im Sommer Pumpspeicherkraftwerk Elektrolyseanlage Noanswerexpected Pumpspeicherkraftwerk Elektrolyseanlage Noanswerexpected LAND: TEAM:

9 CHALLENGE1 9/27 ANTWORTBOGEN AUFGABEB 1. BerechnetdieCrVI)ZKonzentrationinderStammlösunginmg/L. 6Punkte) Berechnung: Forthelabassistant:Theresultis correctwrong DasrichtigeErgebnisist:. Signatureoflabassistant: 2. BestimmungderKalibrationskurveundphotometrischeMessung 2.1. BerechnetdasVolumenanStammlösung,dasbenötigt wird, um 10 ml der jeweiligen Kalibrierlösungherzustellen.TragteureWerteinTabelle1ein 8Punkte) Berechnung:EinBeispiel) Tabelle1 CrVI)bKonz.inµg/L) StammlösunginµL) Kalibrierlösung1Nullprobe) 0 0 Kalibrierlösung2 25,0 Kalibrierlösung3 50,0 Kalibrierlösung4 100 Kalibrierlösung5 200 Kalibrierlösung6 250 LAND: TEAM:

10 CHALLENGE1 10/27 ANTWORTBOGEN BerechnetdenVerdünnungsfaktorfürdieExtrakte. 2Punkte) Forthelabassistant:Theresult2.3.1is correctwrong DasrichtigeErgebnisist:. Signatureoflabassistant: 2.4. MessungenmitdemPhotometer 24Punkte) Tabelle2 Reaktionsgefäß Lösung Extinktionbei550nm 1 Kalibrierlösung1Nullprobe) 2 Kalibrierlösung2 3 Kalibrierlösung3 4 Kalibrierlösung4 5 Kalibrierlösung5 6 Kalibrierlösung6 7 Extrakt1 8 Extrakt2 9 Extrakt3 10 Extrakt4 11 Extrakt5 12 Referenzlösung 3. ZeichneneinesGraphenExtinktionüberKonzentration) 20Punkte) GebtdemLaborbAssistenteneuerMillimeterpapier Für alle weiteren Berechnungen, müsst ihr die Werte verwenden, die ihr vom LaborbAssistenten bekommt. DasMillimeterpapierwurdeeingereicht. Steigung: Achsenabschnitt:. Signatureoflabassistant: Berechnung: LAND: TEAM:

11 CHALLENGE1 11/27 ANTWORTBOGEN 4. BerechnetdieKonzentrationderExtrakte1Z5undderReferenzlösung. Gebt eure Antwort in µg/l für die CrVI)bKonzentration in den Extrakten und der Referenzlösungan) 9Punkte) Berechnung: Tabelle3 Lösung CrVI)ZKonzentrationinµg/Lohne Berücksichtigungdes Verdünnungsfaktors Extrakt1 Extrakt2 Extrakt3 Extrakt4 Extrakt5 Referenzlösung CrVI)ZKonzentrationinµg/Lunter Berücksichtigungdes Verdünnungsfaktors 5. CrVI)ZGehaltinderBodenprobeinmg/kg 10Punkte) Berechnung: LAND: TEAM:

12 CHALLENGE1 12/27 ANTWORTBOGEN Tabelle4 Bodenprobe CrVI)ZGehaltinmg/kg Bodenprobe1 Bodenprobe2 Bodenprobe3 Bodenprobe4 Bodenprobe5 6. CrVI)ZBelastungimBodenundimReservoir 8Punkte) Berechnung: 6.1 DurchschnittgehaltanCrVI)imBoden? 6.2 MengeanCrVI)inderDeponie? 6.3 CrVI)ZKonzentrationimReservoir? 6.4 SolltedasReservoirgebautwerden?UmkreisteureWahl Ja / Nein 7. Schlussfolgerungen Kreuztjaoderneinan 5Punkte) ja nein 7.1 GibtesqualitätssicherndeMaßnahmenindieserAnwendung? 7.2 WürdedieNutzungvonKüvettenmit2cmoptischerWeglängeanstattder 1cm in dieser Anwendung zu einer doppelten Konzentration an CrVI) führen? 7.3 WürdedasMessenimnichtlinearenBereichderKalibrierkurvezuweniger exaktenergebnissenführen? 7.4 Würde in dieser Anwendung die Extinktion höher sein, wenn eine Wellenlängevon600nmbenutztwürde? 7.5 Würde ein TransmissionsbWert von 1 mit einer Extinktion von b1 einher gehen? LAND: TEAM:

13 CHALLENGE1 13/27 ANTWORTBOGEN AUFGABEC 1. UntersuchungenmiteinerWindmaschine 1.1. MessungderWindgeschwindigkeit VervollständigtTabelle1.1.1mitdenentsprechendenWerten 5Punkte) Tabelle1.1.1TabellederWindgeschwindigkeitenm/s) Stufeder DurchschnittsgeschwindigkeitAV) MaximalgeschwindigkeitMX) Windmaschine LAND: TEAM:

14 CHALLENGE1 14/27 ANTWORTBOGEN ZeichneteinDiagrammmitdenMesswertenausTabelle Punkte) FügtdasDiagrammhierein. LAND: TEAM:

15 CHALLENGE1 15/27 ANTWORTBOGEN 1.2. MessungderLeerlaufspannungmitverschiedenenRotorblättern TragtdiegemessenenWerteinTabelle1.2ein 5Punkte) Tabelle1.2:TabellederSpannungenV) Propeller 16cm Propeller 18cm Propeller 20cm 2Propeller 16cm Propeller umgedrehtz16cm Leerlaufspannung Leerlaufspannung Leerlaufspannung Leerlaufspannung Leerlaufspannung Stufe U 0 ) U 0 ) U 0 ) U 0 ) U 0 ) AusgangsleistungbeiverschiedenenPropellern 25Punkte) Leistungstabellen: TragtdiegemessenenSpannungsZundStromwerteinTabelle1.3.1Z1.3.5ein BerechnetdieentsprechendenLeistungenundtragtdieseindieTabelleein. ZeichnetdieLeistungswerteindieDiagrammeein. JokerinAnspruchgenommen: LAND: TEAM:

16 CHALLENGE1 16/27 ANTWORTBOGEN Tabelle&&1.3.1& Propeller&.&16&cm& & Widerstand&R& Stromstärke& Spannung& 1 Ω 3 Ω 5 Ω 10 Ω 50 Ω 100 Ω 200 Ω Leistung&P&berechnet)& 1 0,9 0,8 P[W] 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, R[W] LAND: TEAM:

17 CHALLENGE1 17/27 ANTWORTBOGEN Tabelle&&1.3.2& Propeller&.&18&cm& & Widerstand&R& Stromstärke& Spannung& 1 Ω 3 Ω 5 Ω 10 Ω 50 Ω 100 Ω 200 Ω Leistung&P&berechnet)& 1 0,9 0,8 P[W] 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, R[W] LAND: TEAM:

18 CHALLENGE1 18/27 ANTWORTBOGEN Tabelle&&1.3.3& Propeller&.&20&cm& & Widerstand&R& Stromstärke& Spannung& 1 Ω 3 Ω 5 Ω 10 Ω 50 Ω 100 Ω 200 Ω Leistung&P&berechnet)& 1 0,9 0,8 P[W] 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, R[W] LAND: TEAM:

19 CHALLENGE1 19/27 ANTWORTBOGEN Tabelle&&1.3.4& 2&Propeller& &16&cm& Widerstand&R& Stromstärke& Spannung& 1 Ω 3 Ω 5 Ω 10 Ω 50 Ω 100 Ω 200 Ω Leistung&P&berechnet)& 1 0,9 0,8 P[W] 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, R[W] LAND: TEAM:

20 CHALLENGE1 20/27 ANTWORTBOGEN Tabelle&&1.3.5& Propeller&verkehrt&& &16&cm& & Widerstand&R& Stromstärke& Spannung& 1 Ω 3 Ω 5 Ω 10 Ω 50 Ω 100 Ω 200 Ω Leistung&P&berechnet)& 1 0,9 0,8 P[W] 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, R[W] LAND: TEAM:

21 LAND: TEAM: CHALLENGE1 21/27 ANTWORTBOGEN 2. Untersuchungen an einem Modell einer Anlage zur Umwandlung von EnergieinGasPower=to=Gasfacility) 2.1Elektrolyse 3Punkte) FürdenLaborBAssistenten: Kurzschluss richtig falsch Stromstärke richtig falsch Spannung richtig falsch UnterschriftdesLaborBAssistenten: Untersuchung der von der Elektrolysezelle aufgenommenen Leistung bei unter= schiedlichenwindgeschwindigkeiten TragtdieMesswerteindieTabelle2.1.1ein 5Punkte) VerwendetdieumgesetzteLeistungunddiebenötigteZeit,umdieelektrischeEnergiezubestimmen,dievonderElektrolysezellezurProduktionvon10mLWasserstoffgasbenötigtwird.TragtdieWerteunddasResultatindieTabelle2.1.2ein 5Punkte) Tabelle2.1.2 Tabelle2.1.1 Stufe SpannungV): StromstärkeA): Zeits): ElektrischeEnergieJ): SpannungV) anelektrolysezelle) StromstärkeA) LeistungW) JokerinAnspruchgenommen:

22 LAND: TEAM: CHALLENGE1 22/27 ANTWORTBOGEN WirkungsgradderElektrolysezelle BerechnetdenWirkungsgradderApparaturmitHilfederErgebnisseaus Punkte) 2.2. Brennstoffzelle ElektrischeEnergieausderBrennstoffzelle 5Punkte) BerechnetdieelektrischeEnergieausdergemessenenSpannung,derStromstärkeundderZeit. TragtdieWerteinfolgendeTabelleein. SpannungV): StromstärkeA): Zeits): ElektrischeEnergieJ): WirkungsgradderBrennstoffzelle 3Punkte) VergleichtdieVerbrennungswärmevon10mLWasserstoffmitdererzeugtenelektrischenEnergieund bestimmtdenwirkungsgradderbrennstoffzelle

23 CHALLENGE1 23/27 ANTWORTBOGEN 3. VergleichrealistischerAnlagen 3.1. LeistungeinergeplantenWindkraftanlage Berechnet die Leistung dieser Windkraftanlage bei einer Windgeschwindigkeit von 40km/h.GebtdasResultatinMegawattMW)an 3Punkte) BerechnetdieunterdiesenBedingungenaneinemTagproduzierteEnergieinMWh).2Punkte) BestimmtdiepotentielleEnergiederineinerSekundehochgepumptenWassermenge LeistungeinesgeplantenPumpspeicherkraftwerkes LeistungderAnlage 3Punkte) JokerinAnspruchgenommen: LAND: TEAM:

24 LAND: TEAM: CHALLENGE1 24/27 ANTWORTBOGEN EnergiespeicherungimSystem BerechnetwievielWasserjedenTaghochgepumptwird,wenndieWindkraftanlagemaximale Leistungliefert. 3Punkte) Gesamtwirkungsgrad WiegroßistderGesamtwirkungsgraddesPumpspeicherkraftwerkes? 2Punkte) 3.3. DimensionierungundWirkungsgradeinergeplantenPower=to=Gas=Anlage Elektrolyse 3Punkte) BerechnetdieproStundeproduzierteMengeanWasserstoffgas,wenndasWindkraftwerkbei vollerleistungarbeitet.

25 LAND: TEAM: CHALLENGE1 25/27 ANTWORTBOGEN GesamtwirkungsgradderPower=to=Gas=Anlage 2Punkte) BerechnetdenGesamtwirkungsgradderElektrolyse=Brennstoffzellen=Anlage 3.4. VergleichdergeplantenAnlagen 5Punkte) Tabelle3.4 Ja Nein Kann das Pumpspeicherkraftwerk die Leistung der Windanlageliefern? Das Fassungsvermögen des oberen Reservoirs des Pumpspeicherkraftwerksbeträgtmaximal80Millionenm³. Kann die maximal in einem Monat erzeugte Windenergie gespeichertwerden? Für die Gasspeicher der ElektrolyseBAnlage ist eine maximale Durchflussrate von 2000 m³ Wasserstoff je Stunde möglich. Kann sie die maximale Leistung der Windanlageliefern? PumpspeicherB kraftwerk PowerBToB GasAnlage WelcheAnlagehatdenhöherenGesamtwirkungsgrad? WelchemKonzeptistauseurerSichtderVorzugzugeben?

26 CHALLENGE1 26/27 ANTWORTBOGEN AufgabeD Empfehlung des Wissenschaftsteams für den Bau eines Kraftwerks in Klein= Virtulien. 1. Fasst eure Ergebnisse, die ihr als Team erhalten habt, in der Tabelle Resultate zusammen, um eine einheitliche Aussage in der Tabelle Empfehlung abzugeben Flusskrebse, die geschützt werden müssen, findet man im Tal unddie GefahrdesAussterbensistgegeben. DieDimensionierungdesPumpspeicherkraftwerksistbesser,alsdiedes PowerBtoBGas Kraftwerks. Ja ChromVI)überschreitetdenGrenzwertfürTrinkwasser. 2. GebteureTeamempfehlunginderTabelle Empfehlung an 6Punkte) Ja TabelleResultate Nein TabelleEmpfehlung Nein EinnormalesPumpspeicherkraftwerksolltegebautwerden. Ein modernes ElektrolyseBKraftwerk PowerBtoBGas, P2G) sollte gebaut werden. LAND: TEAM:

27 LAND: TEAM: CHALLENGE1 27/27 ANTWORTBOGEN AufgabeE Faktenüber... BeurteiltdienachfolgendenAussagen 24Punkte) Tabelle Faktenüber. Fakten Aussage richtig falsch FaktenüberChrom Chrom ist ein wichtiger Legierungsbestandteil vonrostfreiemstahl. Chrom ist ein Hauptbestandteil von Chromosomen. ChromIII)BVerbindungen sind bekannt für ihre gelbefarbe. SüßwasserBKnochenfische nehmen mit ihren KiemenaktivElektrolytevomUmgebungswasser aufundscheidenhochkonzentriertenurinaus. Der phbwert von Wasser nimmt mit steigender Temperaturzu. EinvollständiggefülltesWasserreservoirin45m Tiefe hat eine Betonstaumauer an seinem Ende. Die von innen ausgeübte Wasserkraft, die auf 1m 2 Staumauerwirktbeträgtetwa N. ATP ist der Energieträger von Zellen. In allen Organismen findet die ATP Synthese in den Mitochondrienstatt. Negative Reaktionsenthalpie deutet auf eine endothermereaktionhin. DieSolarkonstantebeträgtetwa1,4N/m². Faktenüber Wasser Faktenüber Energie Faktenüber Biomoleküle Das Blut von manchen Krebsen enthält Kupferionen. PeptidesindimmergrößeralsProteine. Die Masse von einem Biomolekül ist immer kleineralsdieeinesbleiatoms.