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# Erwartungshorizont – Thema Geothermie

Gesamtpunktzahl: 15 Punkte Bearbeitungszeit: ca. 15 Minuten

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# Aufgabe 1 – Funktionsweise einer Geothermieanlage

Maximal: 6 Punkte

### Erwartete Inhalte

Der Prüfling beschreibt den Kreislauf einer Geothermieanlage:

1. Heißes Wasser wird aus tiefen Gesteinsschichten über eine Förderbohrung an die Oberfläche gepumpt. *(2 Punkte)*

2. Die Wärmeenergie wird im Wärmetauscher auf ein anderes System übertragen. *(1 Punkt)*

3. Die gewonnene Wärme kann zur Stromerzeugung oder Fernwärmeversorgung genutzt werden. *(2 Punkte)*

4. Das abgekühlte Wasser wird über eine Injektionsbohrung wieder in den Untergrund zurückgeführt. *(1 Punkt)*

### Fachlicher Hintergrund

* Energie wird nicht erzeugt, sondern umgewandelt (Energieerhaltung). * Die Anlage arbeitet in einem geschlossenen Kreislauf.

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# Aufgabe 2 – Vorteile und Risiken der Geothermie

Maximal: 5 Punkte

Der Prüfling nennt jeweils zwei Vorteile und zwei Risiken und erläutert diese kurz.

### Vorteile (Beispiele)

* geringe CO₂-Emissionen, da keine fossilen Brennstoffe verbrannt werden *(1,5 Punkte)* * dauerhaft verfügbare Energiequelle, da Wärme aus dem Erdinneren kontinuierlich vorhanden ist *(1,5 Punkte)* * unabhängig von Wetterbedingungen * regionale Nutzung möglich

### Risiken (Beispiele)

* Wasserverschmutzung durch austretende Stoffe *(1 Punkt)* * Druck- oder Temperaturveränderungen im Untergrund *(1 Punkt)* * Ablagerungen in Rohren und Anlagen * mögliche Mikro-Erdbeben

Punkte werden vergeben, wenn:

* Vorteil oder Risiko korrekt benannt wird * eine kurze physikalische oder technische Erklärung erfolgt

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# Aufgabe 3 – Berechnung des Temperaturanstiegs

Maximal: 4 Punkte

### Erwarteter Lösungsweg

Gegeben:

Temperaturgradient = 3 °C pro 100 m

Tiefe:

3000 m

### Rechnung

3000 m = 30 × 100 m

Temperaturanstieg:

30 × 3 °C = 90 °C

### Punktevergabe

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# Gesamtpunktzahl

— # Bewertungsmaßstab (typisch)

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Physiklehrer lieben Transferfragen. Dabei geht es nicht mehr nur um das Poster, sondern darum, ob das zugrunde liegende physikalische Prinzip verstanden wurde. Beim Thema Geothermie sind besonders drei Konzepte interessant:

* Energieumwandlung * Wirkungsgrad * Vergleich mit anderen erneuerbaren Energien

Hier sind drei typische Transferaufgaben mit Lösung, wie sie in einer Klausur vorkommen könnten.

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# Transferaufgabe 1 – Energieumwandlung

Zeit: ca. 4 Minuten Punkte: 4

Aufgabe

Beschreibe die Energieumwandlungen bei der Stromerzeugung durch Geothermie.

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### Erwartete Lösung

Die Wärmeenergie aus dem Erdinneren erhitzt Wasser oder ein Arbeitsmedium.

1. thermische Energie (Erdwärme) 2. → Bewegungsenergie des Dampfes 3. → mechanische Energie der Turbine 4. → elektrische Energie im Generator

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### Punktevergabe

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# Transferaufgabe 2 – Vergleich erneuerbarer Energien

Zeit: ca. 4 Minuten Punkte: 4

Aufgabe

Erkläre einen wichtigen Unterschied zwischen Geothermie und Solarenergie.

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### Erwartete Lösung

Geothermie ist unabhängig vom Wetter und von Tageszeiten, da die Wärme im Erdinneren ständig vorhanden ist.

Solarenergie hängt dagegen von:

* Sonneneinstrahlung * Tageszeit * Wetterbedingungen

ab.

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### Punktevergabe

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# Transferaufgabe 3 – Nachhaltigkeit

Zeit: ca. 4 Minuten Punkte: 4

Aufgabe

Warum kann Geothermie trotz Wärmeentnahme aus dem Erdinneren langfristig genutzt werden?

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### Erwartete Lösung

Die Wärme im Erdinneren wird ständig nachgeliefert durch:

* radioaktive Zerfallsprozesse im Gestein * Wärme aus tieferen Erdschichten

Bei nachhaltiger Nutzung wird außerdem das abgekühlte Wasser wieder in den Untergrund gepumpt, wodurch ein Kreislauf entsteht.

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### Punktevergabe

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# Gesamte Zusatzpunkte

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Ein kleiner didaktischer Hinweis: Diese Aufgaben prüfen unterschiedliche Denkebenen:

* Reproduktion → Funktionsweise erklären * Analyse → Vorteile/Risiken * Transfer → physikalische Prinzipien anwenden

Genau so werden naturwissenschaftliche Leistungen meist strukturiert bewertet.

Der nächste sinnvolle Schritt wäre, eine typische „fiese Lehrerfrage“ zu formulieren, die oft kommt: Warum kann eine Geothermieanlage theoretisch den Boden lokal abkühlen – und was bedeutet das für Nachhaltigkeit?