Arbeitsblatt: Wärme Kälte

Unterrichtseinheit Fachbereich Mensch und Umwelt Experimente mit Wärme und Kälte Klasse: 4 – 6. Arbeitsfeld: Inhaltliche Ebene (Grobziel) Instrumentelle Ebene Anzahl Wochen: 4 Unbelebte Natur GZ 2 (Wärme und Kälte) Experimentieren, Vermuten Idee/Kontext/ Erfahrungsbereich: Mit dieser Unterrichtseinheit wollten wir das instrumentelle Ziel „Experimentieren mit den Teilaspekten „Vermuten Beobachten, Feststellen und Folgern besonders gewichten. Möglicher Unterrichtsverlauf und Arbeitsschwerpunkte: Diese Unterrichtseinheit führten wir in Form einer Werkstatt durch. Die Einheit besteht aus 10 Werkstattposten, sowie drei Demonstrationen der Lehrperson, einer Hausaufgabe und einer zusätzlichen Arbeit, die als Zwischenbeschäftigung während den Werkstattarbeiten vorgesehen ist. Die Zwischenbeschäftigung besteht aus dem Auswendiglernen des Gedichtes „In dieser Minute von Eva Rechlin sowie der Illustration dieses Gedichtes auf einer Weltkarte im Format A3. Ein Experiment wird von der Lehrperson als Demonstration und Muster für die Werkstattposten durchgeführt. Die übrigen Demonstrationen können bei passender Gelegenheit eingefügt werden. „Umwandlung der Zustandsformen kann als Moltondarstellung aufgebaut werden. Es ist gedacht, dass die Werkstattposten von allen Schülern der Reihe nach gelöst werden, wobei je zwei Schüler bei einem andern Posten beginnen. Das Vorgehen ist bei jedem Posten praktisch gleich und ist folgendermassen aufgebaut: INSTRUMENTELLES LERNEN 1. Die Arbeitsanleitung genau lesen 2. Das Experimentiermaterial aufbauen Das Material ist von der Lehrperson für jeden Posten in einer Schachtel bereitgestellt worden). 3. Auf das Postenblatt eine Vermutung formulieren. 4. Das Experiment nach der Anleitung durchführen. 5. Den Verlauf des Experimentes genau beobachten. 6. Eine Feststellung notieren. 7. Die Feststellung mit der Vermutung vergleichen. 8. Die Folgerung und Anwendungsmöglichkeiten vom Lösungsblatt abschreiben. 9. Das Material sorgfältig in der Schachtel versorgen. Am Ende der Unterrichtseinheit wurde eine Lernkontrolle durchgeführt. Mögliche Verbindungen zu andern Fachbereichen: Deutsch: Erwähntes Gedicht Diktat: Wie der Tau entsteht Winterlandschaft, Wüste ect. Zeichnen: Feuer, Vulkan, Eis-berge, Karl Portmann und Primo Rogenmoser, Herbst 2001, angeregt durch den M&U-LWB Kurs „Eine Unterrichtseinheit planen, durchführten und auswerten Experimente mit Kälte und Wärme Wir Menschen sind eigentlich sehr zarte, empfindliche Gebilde. Wegen unserer nack-ten Haut sind wir den Unannehmlichkeiten der Natur schutzlos ausgesetzt: Wir wissen, dass unser Körper, will er richtig funktionieren, sich auf einer gleichmässigen Temperatur von 37 Grad Celsius halten muss. Eigentlich müssten wir erfrieren, wenn es in der Nacht oder im Winter zu kalt wird. Dank unserem hochentwickelten Gehirn haben wir uns Hilfsmittel wie Kleidung, Heizungs- und Klimaanlagen zugelegt. Daher können wir praktisch in jedem Gebiet der Erde leben. Stoffe verhalten sich bei Wärme und Kälte unterschiedlich. In diesem Thema wollen wir mit verschiedenen Experimenten einigen Naturgesetzen auf die Spur kommen. Wenn es manchmal fast wie Zauberei aussieht, so ist es dies keineswegs, sondern alles spielt sich wirklich nach Gesetzen der Natur ab. Gleichzeitig muten die Aufgaben wie Spiele an – Spiele, die Wissen schaffen. Spielend erlernen wir einige Grundtatsachen aus der Physik und Technik, die wir nie wieder vergessen, weil wir sie selber erforscht haben. Ein Experiment ist in diesem Zusammenhang ein technischer Versuch, mit dessen Hilfe theoretische oder praktische Erkenntnisse erworben werden können. Jedes mal fragen wir uns, was wohl geschehen wird. Wir stellen also eine Vermutung an. Diese vergleichen wir anschliessend mit der Feststellung und finden dabei heraus, ob unsere Vermutung richtig oder falsch war. Dabei können wir erfahren, dass es oft gefährlich und irreführend ist, Vermutungen kurzerhand als Tatsachen anzusehen. Auch bei den Folgerungen müssen wir mit Sorgfalt ans Werk gehen, um nicht einfach zu verallgemeinern. Ein solcher Versuch kann wie folgt ablaufen: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. die Arbeitsanleitung lesen das Material bereitstellen eine Vermutung formulieren das Experiment nach Anleitung durchführen die Reaktion des Stoffes konzentriert beobachten das Ergebnis sprachlich festhalten das Ergebnis mit der Vermutung vergleichen folgern oder Anwendungen in Erfahrung bringen Nun macht euch daran, verfolgt aufmerksam die Demonstration des Lehrers und führt die vorgegebenen Experimente sorgfältig durch. Viel Vergnügen Demonstration Stoffe dehnen sich bei Wärme wir nehmen einen Kupferdraht von ungefähr einem Meter Länge und binden ihn etwa 50 cm von der Tischkante entfernt an einen schweren Gegenstand (im Bild eine Tischlampe). Wir können auch eine Schraubzwinge nehmen. Nun führen wir den Draht über einen Bücherstapel. Am Drahtende befestigen wir ein Gewicht, das ihn straff hält. Wir markieren am Tischbein genau die Höhe, in der das Gewicht hängt. Danach stellen wir drei oder vier brennende Kerzen auf den Tisch unter den Draht. Vermutung: Was wird wohl geschehen Wir führen nun das Experiment aus und beobachten genau was geschieht. Feststellung: Folgerung: Anwendung: Hausaufgabe Warum schwimmt Eis Fülle zwei kleine Glasflaschen oder zwei Konfigläser mit Wasser, verschliesse einen dieser Behälter dicht, und lasse den andern offen. Wickle um beide einen Plastikbeutel und stelle sie in den Tiefkühlschrank! Deine Vermutung: Führe nun das Experiment durch Feststellung: Verschlossene Flasche: Offene Flasche: Folgerung: Wasser verhält sich sehr eigenartig. Bis zu einer Temperatur von 4 Grad Celsius zieht es sich zusammen. Darunter dehnt es sich wieder aus, beim Gefrieren sogar schlagartig um etwa einen Zehntel seines Volumens und wird dadurch leichter als die gleiche Menge Wasser. Diese Eigenschaft kann sehr lästig sein – sie beschert uns im Winter geplatzte Wasserrohre und Strassenschäden durch gefrierendes Wasser, das den Asphalt aufbricht – und ist sogar lebensgefährlich: Eisberge schauen nur zu einem Zehntel ihres Volumens aus dem Wasser, der weit grössere, unregelmässig geformte Rest kann unvorsichtigen Schiffen den Kiel aufreissen. Anderseits ist diese besondere Eigenart des Wassers lebenserhaltend. Weil es bei vier Grad Celsius am stärksten verdichtet ist, sammelt sich im Winter Wasser dieser Temperatur am Grund tiefer Seen. Fische finden hier einen Zufluchtsort, wo sie vor Frost geschützt sind. Demonstration: Warme Luft steigt auf 1.Warme Luft steigt auf. Das lässt sich mit folgendem Versuch nachweisen. Nimm eine brennende Kerze und halte sie unten auf dem Fenstersims hin. Beobachte die Flamme genau Halte nun die Kerze oben beim Fenster hin und beobachte die Flamme Feststellung: 2.Wickle aus einer Papierserviette eine Röhre und drehe sie oben zu. Stelle sie senkrecht auf und zünde sie an der Spitze an. Noch während die untere Zone brennt, hebt sich das Aschengebilde in die Luft. Feststellung: Demonstration: Umwandlung der Zustandsformen Wir nehmen eine kleine Plastikschüssel mit Leitungswasser und stellen sie für einige Stunden ins Tiefkühlfach. Das Wasser erstarrt zu Eis. Den Eisblock legen wir in einen Topf und erwärmen ihn auf dem Herd. Langsam schmilzt das Eis zu flüssigem Wasser. Wir erhitzen weiter, bis das Wasser siedet. Schliesslich entweicht es als Wasserdampf, der sich auf der kalten Fensterscheibe wieder als flüssiges Wasser niederschlägt. Wir beobachten dabei mit Hilfe des Thermometer. So ist es im Haushalt und so in der Natur Wasser kommt, wie fast jeder andere Stoff auch, in drei Zustandsformen vor. Posten 1: Können wir Temperaturen schätzen Wir stellen drei Schüsseln nebeneinander auf den Tisch. Eine füllen wir mit Eiswasser, eine mit heissem Wasser und die dritte mit lauwarmem Wasser. Stell dir vor: Du steckst die linke Hand in die Schüssel mit kaltem und die rechte ins heisse Wasser. Nach einigen Sekunden tauchst du beide Hände ins Wasser der dritten Schüssel. Vermutung: Was vermutest du, wie das lauwarme Wasser auf deine Hände wirkt Führe nun das Experiment durch und konzentriere dich gut auf die Wirkung Feststellung: Was stellst du nun a) bei der linken Hand fest b) bei der rechten Hand fest Folgerung: Daraus kannst du folgern: Unsere Hände sind zum Messen der Temperatur Die Physiker haben deshalb vor einigen Jahrhunderten zum Messen der Temperatur ein Instrument erfunden, nämlich Posten 2: Das Thermometer Lest den Text 2 mal aufmerksam durch und löst anschliessend die weitere Aufgabe Die Eigenschaften der Stoffe, sich in der Wärme auszudehnen, nutzt man zur Herstellung von Thermometern. Ein Quecksilber-Thermometer besteht eigentlich nur aus einer kleinen mit diesem flüssigen Metall gefüllten Glaskugel und einer langen Röhre. Steigt die Temperatur, so dehnt sich das Quecksilber aus, und auf einer Skala kann man den genauen Wert der Temperatur ablesen – allerdings nur, wenn man sich einmal auf bestimmte Werte geeinigt hat. Unsere Thermometer sind so geeicht, dass sie bei schmelzendem Eis null Grad und in siedendem Wasser 100 Grad anzeigen. Unsere Körpertemperatur beträgt etwa 37 Grad, bei Fieber einige Grade mehr. Neben dieser „Celsius-Skala wird in England und den Vereinigten Staaten die „Fahrenheit-Skala benutzt. Aufgabe: Setze nachstehende Begrife richtig in die nebenstehende Skizze ein Flüssigkeit Auflage Wärmegrade Glasröhrchen (luftleer) Glaskugel mit Flüssigkeit Skala (oder Gradeinteilung) Kältegrade Unter Skala versteht man eine Masseinteilung, ein Massstab, ein Gradmass oder eine Gradeinstellung Teilstriche an Messgeräten die Skala – die Skalen Posten 3: Wärmequellen Experiment Feststellung Reibt eure kalten Hände kräftig gegeneinander Sicher seid ihr schon aus dem Sonnenlicht in den Schatten getreten. Welche Feststellung habt ihr dabei gemacht Schiebt den Stecker des Bügeleisenkabels in die Steckdose und haltet die Hand kurz aufs Eisen! Entzündet ein Streichholz und haltet die Hand über die Flamme Links sind vier Wärmequellen bildlich dargestellt: nämlich Reibung, Elektrizität, Sonne und die Verbrennung. Ordne die Begriffe dem passenden Bildchen zu Vergleicht die Temperaturen am Morgen und Abend und am Mittag, im Sommer und im Winter! An welchem Punkt ist es am wärmsten? Posten 4: Auch Luft dehnt sich bei Erwärmung aus Eine leere Weinflasche, die an einem kühlen Ort aufbewahrt wurde, hat es in sich! Befeuchte die Ränder der Öffnung mit Wasser und decke die Öffnung mit einer Münze zu. Lege deine Hände um den Flaschenbauch. Vermutung: Feststellung: Folgerung: Ziehe einen Luftballon über die Öffnung einer Flasche und stelle sie in einen Kochtopf mit kaltem Wasser. Erwärme nun das Wasser. Was wird wohl passieren Vermutung: Feststellung: Folgerung: Posten 5: Metall dehnt sich bei Wärme und leitet sie Stecke in einen Korken einer Flasche eine möglichst lange Stricknadel aus Aluminium und lasse das andere Ende unter leichtem Druck über die Öffnung einer zweiten Flasche ragen. Befestige mit Klebstoff auf einer Nähnadel einen Papierpfeil, der sich im Gleichgewicht befinden muss, und klemme sie zwischen Stricknadel und Flaschenhals. Stelle dann eine Kerze so auf, dass die Flammenspitze die Nadelmitte berührt, und achte auf den Pfeil. Vermutung: Feststellung: Folgerung: Posten 6: Stoffe leiten die Wärme unterschiedlich Stelle in ein Trinkglas je einen Löffel aus Stahl, Silber, Plastik, sowie ein Glasstäbchen. Befestige an den Stielen jeweils in gleicher Höhe mit Kerzenwachs eine trockene Erbse. In welcher Reihenfolge fallen die Erbsen ab, wenn man in das Glas kochendes Wasser giesst Vermutung: Feststellung: Folgerung: Posten 7: Warum schwimmen Eisberge Fülle zwei Joghurtbecher mit Wasser und stelle sie ins Gefrierfach! Nimm am andern Tag die Eisblöcke vorsichtig aus den Bechern heraus Lege einen Eisblock in ein Gefäss mit Hahnenwasser und den andern in eines mit Salzwasser! Welcher Eisblock ragt mehr aus dem Wasser Vermutung: Feststellung: Folgerung: Posten 8: Folgen der Ausdehnung der Stoffe Der Schreiner verlegt im Winter einen Estrichboden. Er fügt die Tannenriemen nicht ganz aneinander. Warum wohl Habt ihr schon bemerkt, dass die Bahnwagen im Sommer leiser auf den Schienen dahinsausen Findest du auch hier eine Begründung Fülle den folgenden Lückentext aus Das Holz und das verhalten sich ähnlich wie wir selbst. Ausgestreckt liegen wir im Sommer in unseren Betten, zusammengekauert im dehnt Körper aus Ausdehnen heisst länger, und dicker werden. Kälte zieht zusammen. Darum sehen wir im Sommer zwischen den schmale, im Winter breite Fugen. Damit sich die Schienen strecken und zusammenziehen können, muss man sie auf den beweglich befestigen. Früher zog der Wagner die eisernen Reifen warm auf die auf. Beim verkleinerte sich der Eisenring und fügte das Rad fest zusammen. Betonstrassen, Staumauern, Brücken, usw. haben . Ofenrohre werden miteinander verbunden. Je grösser die ist, die auf einen Körper wirkt, desto ist die Ausdehnung. Diese ist von Stoff zu Stoff Ein meterlanger Aluminiumstab, den man auf 100 Grad , dehnt sich um 2,4 mm aus, ein nur 1,15 mm. Füllwörter: Winter, Abkühlen, Wärme, Körper, Eisenstab, Schwellen, erwärmt, Eisenbahnschienen, breiter, verschieden, Wärme, grösser, Eisen, beweglich Räder, Ausdehnungsfugen Zusatzposten: Wie verhält sich das heisse Wasser Fülle das eine von zwei gleichgrossen Fläschchen mit heissem, gefärbtem und das andere mit kaltem, klarem Wasser. Halte anschliessend die Öffnungen, wie auf der Skizze dargestellt, aufeinander Vermutung: Feststellung: Folgerung: Ähnlich funktioniert das Heizungssystem Setze die Begriffe richtig ein! Abkühlung Rücklauf Heisses Wasser steigt auf Wärme (2x) Abkühlung (2x) Heizkessel Zum Ausdehnungsgefäss Heizkörper Entlüftungshahnen Heizkessel Wärmeschutz (Isolation) Öl oder Kohle Zusatzposten: Sprengwirkung des Eises Nachdem du die Hausaufgabe „Warum schwimmt das Eis gelöst hast, kannst du auch zu den folgenden Zeichnungen etwas aussagen. Betrachte die Skizzen genau und beschreibe kurz den Vorgang Lies den folgenden Text aufmerksam durch und notiere dir dazu für deine Mitschüler 5 Rätselfragen Kahle Felswände sind nicht nur in früheren Zeiten verwittert, sondern sie verwittern immer, auch heute noch. Wenn die Felsoberfläche in der Sonne erhitzt wird, dehnt sie sich etwas aus. Bei der Abkühlung zieht sie sich wieder etwas zusammen. Sie wird so gelockert und zerfällt langsam. Nachher wirkt sich der gleiche Vorgang in der darunter liegenden neuen Oberfläche aus. Vielleicht sickert auch Wasser in Felsritzen. Wenn es in der Kälte zu Eis gefriert, dehnt es sich aus und sprengt den Fels. Geschieht dies an einer steilen Felswand, fallen die abgesprengten Steinstücke hinunter. So entstehen in den Bergen Schutthalden, welche du sicher auf einer Wanderung schon überquert hast. Das Wasser kann auch direkt in das Gestein wie in einen Schwamm eindringen. Hier hat es auch eine zerstörende Wirkung. Schliesslich können dann die Wurzeln von Pflanzen in den Fels hineinwachsen und ihn zusätzlich lockern. Experimente mit Kälte und Wärme Lernkontrolle Name: 1a) Mit welchem Instrument wird die Temperatur gemessen? 1b) Welche Leute erfanden das Thermometer? 2a) Mit welcher Flüssigkeit ist das Thermometer gefüllt? 2b) Mit welcher Skala wird bei uns die Temperatur gemessen? 3) Welches sind die 4 Wärmequellen? Kreuze sie an! a) Reibung e) Sterne b) Vulkane f) Magnet c) Quelle g) Elektrizität d) Verbrennung h) Sonne 4) Welche Sätze sind richtig? Kreuze sie an! a) Kalte Luft dehnt sich aus b) Warme Luft dehnt sich aus c) Die Luftteilchen wirbeln durch die Erwärmung durcheinander d) Die Luftteilchen ziehen sich durch die Erwärmung zusammen 5) Kreuze die richtigen Sätze an! a) Metalle dehnen sich bei Wärme aus b) Aluminium dehnt sich mehr aus als Stahl c) Metalle ziehen sich bei Wärme zusammen. d) Stahl dehnt sich mehr aus als Silber. 6a) Welche Stoffe leiten die Wärme am besten? Nummeriere sie von 1-4! ) Gummi ) Silber ) Glas ) Stahl 6b) Welche Stoffe leiten die Wärme kaum? 7. Welche Sätze sind richtig? Kreuze sie an! a) Salzwasser ist schwerer als Salzwasser. b) Salzwasser ist leichter als Süsswasser. c) Ein Eisblock ragt weniger aus dem Salzwasser als aus dem Süsswasser. d) Ein Eisblock ragt mehr aus dem aus Salzwasser als aus dem Süsswasser. 8. Fülle folgenden Lückentext aus! dehnt Körper aus. Ausdehnen heisst länger,, und dicker werden. Kälte zieht zusammen. Betonstrassen, Staumauern und Brücken usw. haben . Je grösser die ist, die auf einen Körper wirkt, desto ist die Ausdehnung. Dies ist von Stoff zu Stoff. Ein meterlanger Aluminiumstab, den man auf erwärmt, dehnt sich um 2,4mm aus, ein nur auf 1,15mm. 9. Welche Sätze sind richtig? Kreuze sie an! a) Das heisse Wasser zieht sich zusammen. b) Das heisse Wasser dehnt sich aus. c) Das heisse Wasser ist leichter und steigt daher auf. d) Das heisse Wasser ist leichter und senkt sich daher ab. 10. Nenne die 3 Zustandsformen von Wasser! a) b) c) 11. Fülle die Lücken aus! a) Wasser braucht, wenn es, mehr Platz. b) Darum die Flasche oder tritt Eis aus der Flaschenöffnung. 12. Fülle die Lücken aus! a) Eisberge schauen nur um einen ihres Volumens aus dem Wasser. b) Der weit grössere, unregelmässig geformte Rest der Eisberge kann unvorsichtigen den Kiel aufreissen.