Arbeitsblatt: Das Eisbärenfell
Material-Details
Bionikarbeit Natur und Technik (Theorie und Aufträge)
Biologie
Gemischte Themen
8. Schuljahr
25 Seiten
Statistik
90480
1715
11
01.12.2011
Autor/in
Corinne Schneider
Land: Schweiz
Registriert vor 2006
Textauszüge aus dem Inhalt:
Thermoregulation: Das Eisbärenfell Bionikarbeit NT 220 Nadine Amherd Andrea Stieger Corinne Schneider Wärmeleitung verhindern Wärmestrahlung aufnehmen tarnen Dozenten: H.P. Pfirter, C. Gut 7. Dezember 2010 Bionik: Thermoregulation Das Eisbärenfell Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis .1 Elementare Grundideen zur Thermoregulation .2 Der Eisbär 2 1. Biologie .2 2. Physik 3 2.1 Wärmeleitung4 2.1.1 Fourier Gesetz 5 2.1.2 Beispiele von Wärmeleitfähigkeiten .5 2.2 Wärmestrahlung 6 2.2 Absorption 7 3. Technik .8 3.1 Das Eisbärenfell – Wärmetechnik.8 3.1.1 Totalreflexion .8 3.1.2 Luft als Isolator 9 3.2 Ideen 10 3.2.1 Transparente Fassadendämmung Solare Wandheizung . 10 3.2.2 Wärmedämmende Textilien 11 3.2.3 Thermoskanne 11 4. Unterrichtsreihe für eine ausgewählte Klasse . 12 4.1 Rahmenbedingungen 12 4.2 Schülerperspektive 12 4.2.1Vorstellungen und Einstellungen . 12 4.2.2 Interessen . 12 4.3 Ziele der Unterrichtsreihe . 12 4.3.1 Fachliche Lernziele 12 4.3.2 Personale Lernziele (überfachlich) . 13 4.4 Grobplanung für 12 Lektionen 13 4.5 Offene Experimentieranleitungen . 15 4.5.1 Offene Experimentieraufgabe zu Wärmeleitung für eine A-Klasse 15 4.5.2 Offene Experimentieraufgabe zu Wärmestrahlung für eine A-Klasse 19 4.5.3 Ergänzung der offenen Experimentieranordnung für eine C-Klasse 22 5. Literaturverzeichnis . 23 Phy: . 23 Bio: 23 Technik: 23 Unterrichtsreihe:. 23 6. Anhang . 25 6.1 Im Reich des Eisbären (Unterrichtsmaterialien F. Tanner, Sek Dietikon) 25 NT 220 Stieger Andrea, Schneider Corinne, Amherd Nadine 1 Bionik: Thermoregulation Das Eisbärenfell Elementare Grundideen zur Thermoregulation Der Eisbär Den Eisbär wählten wir als exemplarisches Beispiel um die Thermoregulation zu erläutern. Sein Fell soll drei zentrale Aufgaben gleichzeitig erfüllen, die auf den ersten Blick eher widersprüchlich wirken. Diese ausgewählten fachlichen Grundlagen werden in den folgenden Abschnitten nach Fachbereich genauer ausgeführt. 1. Biologie „Die Eisbären haben sich während des Pleistozäns (Zeitperiode von vor etwa 1,8 Millionen bis 11000 Jahren) von den Braunbären abgespalten und im Treibeis des Nordpolarmeeres und den umgebenden arktischen Landstrichen ihren neuen Lebensraum erobert. Eisbären besitzen einen sehr kurzen Schwanz, einen schmalen Kopf und kleine, abgerundete Ohren. Ihre Fusssohlen sind dicht behaart, um gegen Kälte geschützt zu sein. Eisbären können auch sehr schnell (bis zu 40 km/h) laufen und hervorragend schwimmen. Ihre Hauptnahrungsquellen sind Robben, Fische und Seevögel. Die Eisbären(Ursus maritimus) auch Polarbär genannt, sind also tagaktive Jäger, die mit ihrer beachtlichen Grösse eine gute Taktik benötigen um ihre Beute unbemerkt überlisten zu können. Ihr gelblich-weisses Fell ist dafür eine ideale Tarnung in der Eis- und Schneelandschaft. Er verschmilzt geradezu mit der Landschaft. NT 220 Stieger Andrea, Schneider Corinne, Amherd Nadine 2 Bionik: Thermoregulation Das Eisbärenfell 2. Physik „Die Eisbären sind Warmblüter. Die innere Körpertemperatur liegt bei 38 C, an der Hautoberfläche beträgt sie bei ruhigem Wetter 30-36 C und geht bei Wind bis auf 27 C zurück. Wegen des kalten Lebensraums sollen die Eisbären möglichst wenig Wärme abgeben. Der Winterschlaf (mehr als 4 Monate) findet in selbst gegrabenen Eishöhlen statt. Dabei reduziert der Eisbär seinen Energieumsatz ganz erheblich und lebt von den angefressenen Fettpolstern. Eisbären sollen also möglichst wenig Körperwärme abgeben – nun wissen wir aber, dass sie am Nordpol leben und dort im kalten Wasser schwimmen, direkt auf dem Eis liegen, kalter Luft und eisigen Winden ausgesetzt sind. Wie soll der Körper dabei nicht auskühlen? Die Eisbären haben dafür zwei verschiedene Schutzmechanismen: Einerseits verfügen sie über ein multifunktionales Fell, das unter anderem die Strahlung der Sonne auf die Haut leitet und anderseits eine dicke Fettschicht direkt unterhalb der Haut in welcher die Wärme dieser Strahlung gespeichert wird. (Die Funktionen des Fells werden unter 3. Technik genau ausgeführt.) Physikalisch kann man sagen, dass der Eisbär eine Wärmeleitung verhindern möchte und dazu eine gute Wärmeisolierung braucht, da er sonst auskühlt. Dies macht er mit seinem Fell (siehe 3. Technik). Trotzdem möchte er aber Wärmestrahlung aufnehmen (Absorption), dies gelingt ihm durch seine schwarzen Haut und speichert die Wärmeenergie in der Fettschicht. Wie gut es einem Eisbären gelingt seinen Körper zu isolieren zeigt diese Aufnahme einer Wärmebildkamera (Infrarot). Sogar mit einer solchen ist er kaum sichtbar, da er tatsächlich kaum Wärmestrahlung abgibt. NT 220 Stieger Andrea, Schneider Corinne, Amherd Nadine 3 Bionik: Thermoregulation Das Eisbärenfell 2.1 Wärmeleitung Je höher die Temperatur des Körpers, desto grösser die mittlere kinetische Energie der Atome. Die thermische, ungeordnete Bewegung der Atome sieht für die drei Aggregatzustände unterschiedlich aus: Atome in Festkörper bewegen sich an Ort hin und her, da sich ständig mit den benachbarten Atomen kollidieren. Atome in Flüssigkeiten bewegen sich an Ort hin und her, da sie ständig mit den benachbarten Atomen kollidieren. Bei besonders heftigen Kollisionen werden sie aber von ihrem Platz weggestossen. Atome in Gasen bewegen sich geradlinig durch den Raum, bis sie mit einem anderen Atom oder der Gefässwand kollidieren. An jeder Stelle des Körpers gilt: Die Atome auf der heisseren Seite haben eine grössere mittlere kinetische Energie als die Atome auf der kühleren Seite. Bei jedem Stoss zwischen zwei Atomen des Körpers wird kinetische Energie vom energiereicheren auf das energieärmere Atom übertragen. Durch viele Stösse wird so kinetische Energie sukzessive von der heisseren zur kühleren Seite transportiert. Die Wärmeleitung ist in jedem Material und jedem Aggregatzustand möglich. Es wird Energie transportiert, ohne dass dadurch Material transportiert wird. Es gilt der 2. Hauptsatz der Thermodynamik: „Die Wärme fliesst selbständig nur von einem Körper höherer Temperatur zu einem Körper niederer Temperatur. NT 220 Stieger Andrea, Schneider Corinne, Amherd Nadine 4 Bionik: Thermoregulation Das Eisbärenfell 2.1.1 Fourier Gesetz Die durch Wärmeleitung übertragene Wärmeleistung wird durch das Fouriersche Gesetz (nach Jean Baptiste Joseph Fourier) beschrieben, das für den vereinfachten Fall eines festen Körpers mit zwei parallelen Wandflächen lautet: Hierbei stehen die einzelnen Formelzeichen für folgende Grössen: die Temperatur der wärmeren Wandoberfläche die Temperatur der kälteren Wandoberfläche die Fläche, durch die die Wärme strömt, der Wärmeleitkoeffizient, eine meist temperaturabhängige Stoffgröße, und die Dicke der Wand 2.1.2 Beispiele von Wärmeleitfähigkeiten Im Vergleich zu Kupfer leitet z.B. Wasser die Wärme 600mal schlechter. Styropor 10‘000mal schlechter und Luft sogar 150‘000mal! Oder anders ausgedrückt: Kupfer leitet die Wärme 150‘000mal besser als Luft!! Die Luft ist (neben einigen anderen Gasen) der schlechteste Wärmeleiter, den wir kennen. NT 220 Stieger Andrea, Schneider Corinne, Amherd Nadine 5 Bionik: Thermoregulation Das Eisbärenfell 2.2 Wärmestrahlung Die Sonne schickt nicht nur sichtbares Licht auf die Erde, die Strahlung enthält unter anderem auch einen für unser Auge nicht sichtbaren Anteil, der die Erde erwärmt: die Infrarotstrahlung. Sie gehört gemeinsam mit der UV-Strahlung und dem sichtbaren Licht zur Wärmestrahlung. Der Wärmestrahlung wird im Spektrum der elektromagnetischen Strahlung der Längenbereich zwischen ca. 0,1 – 100 m zugeschrieben. Jeder Körper sendet Wärmestrahlung aus. Die Wärmestrahlung hängt von der Temperatur des strahlenden Körpers ab. Wenn ein Körper Strahlung aussendet (emittiert), nimmt seine innere Energie ab und er wird kälter. Nimmt ein Körper hingegen Strahlung auf (absorbiert), nimmt die innere Energie zu er wird wärmer. Bei der Wärmestrahlung wird thermische Energie von einem Ort zum anderen transportiert – hat also nichts mit einem Transport von Teilchen zu tun, sondern mit der Ausbreitung von elektromagnetischen Wellen. So sind es die Atome des Körpers, die Strahlung aufnehmen oder abgeben wenn er Strahlung absorbiert oder emittiert. Alle erwähnten Strahlungstypen können emittiert und absorbiert werden – dabei spricht man von Wärmetransport. „Speziell an der Absorption von der infraroter Strahlung ist: Wenn Atome oder Moleküle infrarote Strahlung absorbieren, so werden sie dadurch sofort schneller. Die kinetische Energie der Atome wird durch die Absorption von infraroter Strahlung sofort grösser. (.), nimmt auch die Temperatur des Körpers sofort zu. (.) Infrarote Strahlung wird deshalb auch Wärmestrahlung genannt. (Hansruedi Schild und Thomas Dumm: Physik 2. Compedio. 2003) NT 220 Stieger Andrea, Schneider Corinne, Amherd Nadine 6 Bionik: Thermoregulation Das Eisbärenfell Als Beispiel für dieses Phänomen kann unsere Haut genannt werden. „Der Wärmetransport hängt also von der Art der ausgesendeten Strahlung ab. Welche Strahlung von einem Körper emittiert wird, hängt wiederum von der Temperatur des Körpers ab. Ein Körper, der ein paar hundert Grad heiss ist, sendet z.B. hauptsächlich infrarote Strahlung aus. (Hansruedi Schild und Thomas Dumm: Physik 2. Compedio. 2003) Tabelle: Welche Strahlung von Körpern, der Temperatur T, emittiert werden: K Strahlungstyp Energie 106 – 108 Röntgenstrahlung Energiereiche Strahlung 104 106 UV-Strahlung 103 104 Sichtbare Strahlung 10 103 Infrarote Strahlung 10 Radiostrahlung Energiearme Strahlung Die Sonne als natürliche Wärmequelle: Wärmetransport der Energie auf die Erde! 2.2 Absorption Die Absorption ist also bestimmend dafür ob ein Körper durch Strahlung wärmer wird oder nicht. Ob und wie viel Strahlung ein Körper absorbiert kommt auf seine Oberfläche an: ist sie schwarz, erreicht die Absorption ein Maximum ist sie weiss oder ein Spiegel, ist nur eine minimale Absorption möglich. - die meiste Strahlung wird hier reflektiert. (Optik) NT 220 Stieger Andrea, Schneider Corinne, Amherd Nadine 7 Bionik: Thermoregulation Das Eisbärenfell 3. Technik In diesem Abschnitt wird die Funktion des Eisbärenfells kurz erläutert und danach auf einige Beispiele verwiesen, für welche es als Idee in der Bionik unter dem Thema Thermoregulation weiter verwendet wurde. 3.1 Das Eisbärenfell – Wärmetechnik Folgende zwei verschiedene Grundprinzipien zur Wärmung, Lichtreflexion und -absorption sowie Luftspeicher des Eisbärenfells, ermöglichen dem Eisbären bei eisigen Temperaturen seine Körpertemperatur aufrecht zu erhalten. 3.1.1 Totalreflexion Jedes einzelne Haar des Eisbärenfells ist hohl und fast durchsichtig. Zusammen erscheinen die Haare aber weiss, da sie einen Teil des Sonnenlichts zurückwerfen. Den restlichen Teil des Lichts wird durch die farblosen Haare aufgefangen und dem hohlen Haarkern entlang bis auf die schwarze Haut totalreflektiert. Dort wird die Wärmestrahlung in Wärmeenergie umgewandelt. NT 220 Stieger Andrea, Schneider Corinne, Amherd Nadine 8 Bionik: Thermoregulation Das Eisbärenfell 3.1.2 Luft als Isolator Die Haare des Fells bilden ein riesiges Luftkissen, das als Isolierschicht dient und den Eisbären warm hält. Es kommt durch verschiedene Bauteile zustande: 1. Die Fellhaare sind gekräuselt und bilden so einen grösseren Luftspeicher. 2. Das Innere der Haare ist hohl. In diesem Luftkanal wird ebenfalls Wärme gespeichert. NT 220 Stieger Andrea, Schneider Corinne, Amherd Nadine 9 Bionik: Thermoregulation Das Eisbärenfell 3.2 Ideen In Forschungs- und Entwicklungsstätten war man stets auf der Suche nach Textilien mit besonderen Eigenschaften. Es sollte nun ein Stoff sein, der lichtdurchlässig ist und gleichzeitig den Wärmeverlust minimiert. Ein Mitglied einer Institution des Bionik-Kompetenz-Netzes BIOKON, einer Forschungsgemeinschaft, die in der Natur nach Lösungsvorbildern für technische Probleme sucht, forschte nach, welche biologischen Ideen er nutzen könnte. Dabei stiess er auf die isolierenden Eigenschaften des Eisbärenfells und entwickelte diesen Gedanken weiter. Nach diesen Mustern entstehen solche Ideen und schliesslich Umsetzungen, wie die Folgenden: 3.2.1 Transparente Fassadendämmung Solare Wandheizung „Das Eisbärenfell war der Ideengeber für die transparente Wärmedämmung: Die wärmenden Sonnenstrahlen werden auf die Haut geleitet. Die gefangene Wärme wird von dem Luftpolster im Fell festgehalten. In der Technik verwendet man eine Schicht aus dünnen Glasröhrchen, welche das Sonnenlicht auf die dunkel gestrichene Hauswand leiten. Die dunkle Farbe absorbiert die Strahlen und gibt die Wärme an die innen liegenden Räume ab. Im Sommer vermindert die Dämmschicht den Wärmeeintrag von aussen durch die sonnenstandsabhängige Wirkung. Fällt das Licht mit kleinem Einfallswinkel auf die Fassade, wird nur wenig reflektiert und es liegt eine hohe Absorptionsrate vor. Bei hohem Lichteinfallswinkel wird hingegen nur wenig Wärme in das Gebäude geleitet. Dadurch erzielt man, dass die Räume im Winter effektiv aufgewärmt und im Sommer entsprechen weniger stark aufgeheizt werden. NT 220 Stieger Andrea, Schneider Corinne, Amherd Nadine 10 Bionik: Thermoregulation Das Eisbärenfell 3.2.2 Wärmedämmende Textilien „Nach dem Prinzip der transparenten hohlen Haare hat man bereits künstliche Fasern entwickelt, die zu einem Gewebe verarbeitet werden können. Die Vliesstoffe werden zum Teil bereits in Bettdecken, Mänteln und für Schlafsäcke, die speziell für Übernachtungen bei tiefen Temperaturen hergestellt sind, verarbeitet. Ein weiteres Einsatzgebiet für solche flexiblen Textilien sind beispielsweise halbkugelförmige Sonnenkollektoren. Sie könnten die klassischen transparenten Dämmmaterialien, die starr und schwer sind, ablösen. Auch zur Isolation von zum Beispiel Warmwasserrohren sind diese Textilien als Isolationsmaterial geeignet. 3.2.3 Thermoskanne Eine Thermoskanne ist ein Gefäß, das seinen Inhalt durch das Abgrenzen von Inhalte und Umgebung mit Hilfe eines luftleeren Raumes heiss oder kalt hält. Das Vakuum wird daher für die Wärmedämmung benutzt. Das Essen oder Getränk kommt natürlich nicht in den luftleeren Raum, sondern wird in das Innere der Flasche gegeben. Eine typische Thermosflasche besteht aus Plastik, Glas oder Metall. Man kann sie sich vorstellen als zwei Flaschen, die ganz dünne Wände besitzen, welche man ineinander gestellt hat. Die Luft im schmalen Zwischenraum zwischen den beiden Wänden ist entfernt worden und die Köpfe von beiden Flaschen sind zusammengeschmolzen worden zu einem. Das so geschaffene Vakuum (vgl. Luftkissen im Fell des Eisbären) minimiert die Wärmeübertragung. Durch die Verwendung eines reflektierenden Überzuges kann ausserdem die verloren gehende Wärmestrahlung nach Aussen minimiert werden. Sir James Dewar, der Erfinder dieser praktischen Flasche, benutzte damals Silber. NT 220 Stieger Andrea, Schneider Corinne, Amherd Nadine 11 Bionik: Thermoregulation Das Eisbärenfell 4. Unterrichtsreihe für eine ausgewählte Klasse 4.1 Rahmenbedingungen Die Schülerinnen und Schüler sind in der 3. Sek. Folgende Themen wurden bereits im Unterricht behandelt: Teilchenmodell, Aggregatzustände 4.2 Schülerperspektive 4.2.1 Vorstellungen und Einstellungen Eine Jacke, Decke etc. erzeugt Wärme. (analog dazu: Das Fell des Eisbären erzeugt Wärme.) Kälteausgleich statt Wärmeausgleich: Im Winter kommt die Kälte ins Haus hinein. Ein Stück Metall, das im gleichen Raum ist, wie ein Stück Holz, ist kälter. (Da es sich kälter anfühlt) 4.2.2 Interessen Warum bleibt ein Getränk in einer Thermoskanne so lange warm? Warum fühlt sich Metall immer kälter an als z.B. Holz? 4.3 Ziele der Unterrichtsreihe 4.3.1 Fachliche Lernziele Die SuS können 3 gute Wärmeleiter und 3 schlechte Wärmeleiter nennen. Die SuS wissen, dass schwarze Körper sicher stärker erhitzen als weisse und können dies mit der Absorption begründen. Die SuS können das Prinzip der hohlen Haarkernen des Eisbären mit der Wärmedämmung erklären. Die SuS können die schwarze Haut des Eisbären mit der Absorption erklären. Die SuS kennen den Lebensraum des Eisbären und können den Grund für seine Fellfarbe nennen. SuS lernen den wichtigsten Vertreter der Tierwelt in der Arktis näher kennen und können Gründe dafür nennen, warum der Eisbär stark gefährdet ist. SuS können die Bedrohung des Eisbären mit der Klimaerwärmung in Verbindung bringen. NT 220 Stieger Andrea, Schneider Corinne, Amherd Nadine 12 Bionik: Thermoregulation Das Eisbärenfell 4.3.2 Personale Lernziele (überfachlich) Die SuS erstellen selbstständig eine Versuchsanordnung und führen ihr Experiment anhand ihrer Anordnung durch. Die SuS dokumentieren ihre Ergebnisse. Die SuS ordnen, vergleichen und werten ihre Ergebnisse sachlich richtig aus. Die SuS präsentieren ihre Ergebnisse im Plenum. 4.4 Grobplanung für 12 Lektionen 1. Doppellektion Experimentieranleitung erstellen: In 4 Gruppen zu Wärmeleitung oder Siehe Feinplanung Siehe Feinplanung Siehe Feinplanung Wärmestrahlung eine Experimentieranordnung erstellen (siehe Feinplanung) 2. Doppellektion 3. Doppellektion Besprechung der Anleitung mit LP Durchführen: Experimente durchführen Protokollieren mit Worten und Fotos Auswerten: Auswertung der Experimente in den jeweiligen Gruppen Präsentation der Ergebnisse vor der Klasse (3-4min) 4. Doppellektion Wärmestrahlung/Wärmeleitung und Eisbär: NT 220 Theorieeintrag Wärmestrahlung und Stieger Andrea, Schneider Corinne, Amherd Nadine PHYSIK für die Sekundarstufe (1989), S.181, 185 (Wärmestrahlung) 13 Bionik: Thermoregulation Wärmeleitung ins Heft Das Eisbärenfell S. 174, 185 (Wärmeleitung) Siehe Theorieteil Der weisse König (Filmmaterial, 28 min) Schulfernsehen DRS, (1996) Der Eisbär und das Klima, WWF Info Schule (2/2002) Im Reich des Eisbären (2009) Unterrichtsmaterial F. Tanner (siehe Anhang) Eisbär als „Nutzer dieser physikalischen Eigenschaften vorstellen 5. Doppellektion Lebensraum des Eisbären: Film „Der weisse König Lebensraum und Lebensgewohnheiten des Eisbären thematisieren – Gruppenpuzzle (Feinde/Nahrungskette, Jahreszyklus, Vergangenheit/Zukunft, Arktis) 6. Doppellektion Probleme der Arktis: Mensch als Feind des ewigen Eises: Der Klimawandel als Folge des Lernwerkstatt Klimawandel (2002), Kapitel III, S.29-41 Anthropogenen Treibhauseffekts NT 220 Stieger Andrea, Schneider Corinne, Amherd Nadine 14 Bionik: Thermoregulation Das Eisbärenfell 4.5 Offene Experimentieranleitungen Wir teilen die Klasse in 4 Gruppen, 2 Gruppen beschäftigen sich mit der offenen Experimentieraufgabe zur Wärmeleitung und die anderen beiden Gruppen erhalten die offene Experimentieraufgabe zur Wärmestrahlung. 4.5.1 Offene Experimentieraufgabe zu Wärmeleitung für eine A-Klasse Offene Experimentieraufgabe zu Wärmeleitung Liebe Forscherinnen, liebe Forscher Hier wird euch eine offene Experimentieraufgabe zum Thema Wärmeleitung gestellt. Lest die folgenden Punkte und die Arbeitsschritte genau durch und wendet euch bei Fragen an die Lehrperson. Fragestellung: Eingepackt in welchem Material bleibt heisses Wasser am längsten heiss? Eure Aufgabe: Heisses Wasser in einer 0.5 Liter Petflasche kühlt ab. Packt die Petflasche so in Material ein, dass das Wasser möglichst lange warm bleibt. Material: Aluminiumdose Tuperware Plastiksack Papiersack Kartonschachtel Volumenflies NT 220 Stieger Andrea, Schneider Corinne, Amherd Nadine 15 Bionik: Thermoregulation Das Eisbärenfell Luftkissen (Verpackungsmaterial) Synthetischer Stoff Wollstoff Zeitungspapier Karton Lebensretterfolie Klebstreifen Thermometer NT 220 Stieger Andrea, Schneider Corinne, Amherd Nadine 16 Bionik: Thermoregulation Das Eisbärenfell Arbeitsschritte Übersicht der Arbeitsschritte Detaillierte Erläuterung der Arbeitsschritte Das heisse Wasser in der 0.5 Liter Petflasche hat 1. Vorwissen aktivieren eine viel höhere Temperatur als die Umgebungsluft. Mit einer Isolation bleibt das Wasser länger warm, als wenn es direkt von der kälteren Luft umgeben ist. Kennt ihr das Wort Isolation? Wenn nicht, schlägt es nach. Was kennt ihr für Isolationsformen? Was wisst ihr über die vorhandenen Materialien und ihre Isolationswirkung? Tauscht euch über bekannte Isolationsformen und -wirkungen aus. Skizziert ein kleines Mindmap dazu. Überlegt euch, wie ihr testen könnt, welche 2. Entwickeln einer Experimentieranordnung vorhandenen Materialien das Wasser am längsten heiss behalten. Entwickelt eine Experimentieranordnung mit der ihr konkrete Werte/Resultate messt. Notiert die einzelnen Schritte stichwortartig, so dass ihr sie eurer Lehrperson zeigen könnt. Formuliert Vorannahmen zum Ausgang eures Experimentes. NT 220 Stieger Andrea, Schneider Corinne, Amherd Nadine 17 Bionik: Thermoregulation Das Eisbärenfell Stellt eurer Lehrperson eure 3. Experimentieranordnung Experimentieranordnung vor. Sie wird euch ein Ok mit Lehrperson geben oder Änderungsvorschläge machen. besprechen Eventuell müsst ihr eure Experimentieranordnung noch einmal überarbeiten. Führt euer Experiment durch. 4. Experiment durchführen Dokumentiert die einzelnen Schritte sinnvoll mit Worten und Fotos. Ihr habt euer Experiment durchgeführt und 5. Experiment auswerten Resultate erhalten. Wertet diese Resultate aus. Könnt ihr eine klare Feststellung machen bezüglich der Fragestellung? Alle stellen ihre Experimentieranordnung im Plenum 6. Präsentationsrunde in der Klasse NT 220 in 3 4 Minuten vor. Verteilt eure Experimentieranordnung den Mitschülern. Stieger Andrea, Schneider Corinne, Amherd Nadine 18 Bionik: Thermoregulation Das Eisbärenfell 4.5.2 Offene Experimentieraufgabe zu Wärmestrahlung für eine A-Klasse Offene Experimentieraufgabe zu Wärmestrahlung Liebe Forscherinnen, liebe Forscher Hier wird euch eine offene Experimentieraufgabe zum Thema Wärmestrahlung gestellt. Lest die folgenden Punkte und die Arbeitsschritte genau durch und wendet euch bei Fragen an die Lehrperson. Fragestellung: Wird Wasser in einem Gefäss an die Sonne gestellt, wärmt es sich auf. Beeinflusst die Farbe der Oberfläche des Gefässes die Stärke der Erwärmung? Eure Aufgabe: Entwickelt ein Experiment mit den vorhandenen Materialien, welches testet, mit welcher Oberflächenfarbe eines Gefässes sich Wasser am schnellsten aufwärmt. Material: 1 Liter Milchtetrapackung mit Verschluss Glasflasche 0.5 Liter Petflasche Papiere: schwarz, weiss, rot, grün, gelb Thermometer Spiegel Lampe NT 220 Stieger Andrea, Schneider Corinne, Amherd Nadine 19 Bionik: Thermoregulation Das Eisbärenfell Arbeitsschritte Übersicht der Arbeitsschritte Detaillierte Erläuterung der Arbeitsschritte Viele Oberflächen von Produkten sind der Sonne 1. Vorwissen aktivieren ausgesetzt, wie zum Beispiel das Auto oder Jacken. Diese Oberflächen können unterschiedlich eingefärbt sein. Nennt mindestens fünf weitere Objekte, die der Sonnenstrahlungen ausgesetzt sind. Werden die Oberflächen unterschiedlich warm? Überlegt euch, wie ihr mit den vorhandenen 2. Entwickeln einer Experimentieranordnung Materialien testen wollt, unter welcher Farbe der Oberfläche sich Wasser am schnellsten und stärksten aufwärmt. Entwickelt eine Experimentieranordnung mit der ihr konkrete Werte messen könnt. Notiert die einzelnen Schritte stichwortartig, so dass ihr sie eurer Lehrperson erklären könnt. Stellt eurer Lehrperson eure 3. Experimentieranordnung Experimentieranordnung vor. Sie wird euch ein Ok mit Lehrperson besprechen geben oder Änderungsvorschläge machen. Eventuell müsst ihr eure Experimentieranordnung noch einmal überarbeiten. NT 220 Stieger Andrea, Schneider Corinne, Amherd Nadine 20 Bionik: Thermoregulation Das Eisbärenfell Führt euer Experiment durch. 4. Experiment durchführen Dokumentiert die einzelnen Schritte sinnvoll mit Worten und Fotos. Ihr habt euer Experiment durchgeführt und 5. Experiment auswerten Resultate erhalten. Wertet diese Resultate aus. Könnt ihr eine klare Feststellung machen bezüglich der Fragestellung? Alle stellen ihre Experimentieranordnung im Plenum 6. Präsentationsrunde in der Klasse NT 220 in 3 4 Minuten vor. Verteilt eure Experimentieranordnung den Mitschülern. Stieger Andrea, Schneider Corinne, Amherd Nadine 21 Bionik: Thermoregulation Das Eisbärenfell 4.5.3 Ergänzung der offenen Experimentieranordnung für eine C-Klasse Die Grundzüge der Experimentieranordnung, also die Schritte 1 bis 6, werden gleich beibehalten. Zu Beginn lässt die Lehrperson jedoch die Schüler nicht gerade in Gruppen selbstständig arbeiten, sondern schafft mit allen zusammen einen Überblick über die sechs Schritte und erklärt Punkt für Punkt. Einige Vorkenntnisse zu Wärmeleitung und Wärmeabsorption werden im Plenum aktiviert, um den Begriff Vorwissen zu erläutern. Was eine Experimentieranordnung ist und was es braucht, um eine zu entwickeln wird mit Hilfe eines vorgefertigten Rasters, den sie nachher auch verwenden dürfen angeschaut. Falls sie keine Experimentieranleitung zusammenstellen können, können Beispielexperimente abgegeben werden. Sie sollen als Anregung dienen. Experimentieranordnung Namen der Schülerinnen: Fragestellung: Material: Idee des Experiments: Vorannahme: Schritte des Experiments: Sicherheitsmassnahmen: Auswertung: NT 220 Stieger Andrea, Schneider Corinne, Amherd Nadine 22 Bionik: Thermoregulation Das Eisbärenfell 5. Literaturverzeichnis Phy: Hansruedi Schild und Thomas Dumm: Physik 2. Compedio. 2003 Bayer R., Bredthauer W., Bruns K.G., Klar G., Lichtfeldt M., Schmidt M., Wessels P.: Impulse Physik 2. Klett und Balmer Verlag Zug. 2004 (05.11.2010) (05.11.2010) (05.11.2010) (05.11.2010) Film: (05.11.2010) (05.11.2010)wdrmeddmmung_twd_4.html (05.11.2010) Bio: (02.11.2010) (05.11.2010) (02.11.2010) (02.11.2010) (05.11.2010) Technik: (05.11.2010) (05.11.2010 Unterrichtsreihe: Waiblinger Willy, (1989),PHYSIK für die Sekundarstufe (1989), Orell Füssli Verlag, Zürich NT 220 Stieger Andrea, Schneider Corinne, Amherd Nadine 23 Bionik: Thermoregulation Das Eisbärenfell Der weisse König (1996), Schulfernsehen DRS, Filmmaterial Der Eisbär und das Klima, WWF Info Schule (2/2002) Wertenbroch, Wolfgang (2002),Lernwerkstatt Klimawandel, Kapitel III, S.29-41, Kohlverlag, Kerpen NT 220 Im Reich des Eisbären (2009) Unterrichtsmaterialien F. Tanner (siehe Anhang) Stieger Andrea, Schneider Corinne, Amherd Nadine 24 Bionik: Thermoregulation Das Eisbärenfell 6. Anhang 6.1 Im Reich des Eisbären (Unterrichtsmaterialien F. Tanner, Sek Dietikon) NT 220 Stieger Andrea, Schneider Corinne, Amherd Nadine 25 Bionik: Thermoregulation NT 220 Stieger Andrea, Schneider Corinne, Amherd Nadine Das Eisbärenfell 26