Versuche zur Kälte
Intention
Die SuS übertragen ihre Erkenntnisse auf das Phänomen „Kälte“, überprüfen erneut ihre Vermutungen in Versuchen, in denen sie mit kaltem Wasser gefüllte Gläser mit verschiedenen Materialien isolieren und das Temperaturverhalten nachmessen. Sie erfahren, dass Isolierwirkung in allen Temperaturbereichen greift.
Lernausgangslage
an diesen und ähnlichen Erfahrungsbezügen der Kinder können Sie anknüpfen:
- Die Mütze hält warm;
- im Sommer wird mir unter der Mütze noch wärmer.
- Im Sommer schwitzt man in Wintersachen.
- Eine Thermoskanne hält kalte Sachen kalt.
- Im Sommer bleibt es im Haus kalt, wenn wir die Türen und Fenster schließen.
- …
Mögliche Vorgehensweisen
Einstieg
Einstieg über Rekapitulation der Ergebnisse der Isolations-Versuche (vgl. 3. Sequenz)
Frage: Können wir auch Kälte festhalten?
Erarbeitung
Demonstration des Versuchsaufbaus zur Demonstration des umgekehrten Isolationsversuches.
Die SuS stellen Analogien her:
- Das Glas mit dem Eis-Wasser entspricht dem Körper im Sommer, dem Haus im Sommer, dem Inhalt der Thermoskanne
- Das warme Wasser entspricht der „Wärme“, d.h. der Umgebungstemperatur im Sommer
Anschließend werden in Gruppen mit verschiedenen Materialien analoge Versuche zur Isolationswirkung durchgeführt. Ein Referenzversuch ohne Isolierung wird von der Lehrkraft durchgeführt.
Die SuS halten Vermutungen und Messergebnisse auf zwei Arbeitsblättern fest.
Hinweis zum Video
Genau genommen sinkt die Temperatur des Wassers im Becherglas zunächst ab: Das Wasser kommt mit einer Temperatur zwischen 10°C und 20°C aus dem Wasserhahn und wird durch die Eiskugeln stark abgekühlt.
Von dieser Ausgangstemperatur aus steigt dann durch den Wärmetransport aus dem umgebenden heißen Wasser die Temperatur im nicht isolierten Becherglas schnell und deutlich an, während der Anstieg im isolierten Glas sehr viel langsamer erfolgt.
Tipp: Warten Sie zwei bis drei Minuten, bis das Wasser in den beiden Bechergläsern sich abgekühlt hat, lassen Sie die Kinder eine erste Messung der Ausgangstemperatur durchführen und geben Sie erst dann das heiße Wasser in die umgebende Plastikschale.
Hinweise zur Versuchsdurchführung
Die Versuche lassen sich gut in Kleingruppen durchführen.
Jede Gruppe wählt ein Isoliermaterial (Handschuh, Schal, Stück Fell, Wollstoff etc.) aus und erhält eine Wanne, ein Becherglas, ein Thermometer, einen Plastikbeutel, einen Gummiring sowie eine einheitliche Anzahl an Eiswürfeln.
- Tipp: Gut handhaben und vorbereiten lassen sich Eiswürfelbeutel, von denen jeweils drei oder vier Zellen abgeschnitten werden.
Das Becherglas wird in das Isoliermaterial eingehüllt, die Plastikbeutel wird darüber gezogen und mit dem Gummiring fixiert. Die Eiswürfel werden zusammen mit einer einheitlichen Menge kalten Wassers in das Becherglas gegeben. Mit dem Thermometer wird die Ausgangstemperatur im Becherglas abgelesen.
- Wichtig: Die Lehrkraft setzt denselben Versuch als Referenzversuch, also ohne Isolierung um das Becherglas) an.
Nun befüllt die Lehrkraft die Wannen mit einer einheitlichen Menge (ca. 300 ml) heißen Wassers, die SuS stellen das umhüllte Becherglas hinein. In gleichbleibenden Zeitabständen (z.B. 5 min.) wird das Thermometer erneut abgelesen und das Messergebnis in Tabellenform notiert.
Abschluss
Die Ergebnisse werden an der Tafel in einer Tabelle gesammelt und verglichen - insbesondere auch mit dem Referenzergebnis aus dem Lehrerversuch.
Anmerkungen zum Tafelbild
In der Tabelle werden untereinander die Messergebnisse der Lehrkraft, die den Referenzversuch ohne Isoliermaterial durchgeführt hat, sowie der SuS-Gruppen aufgelistet.
Von links nach rechts:
Gruppe
Ausgangstemperatur (ist bei allen gleich)
Endtemperatur (hängt vorwiegend vom jeweils verwendeten Isoliermaterial ab. Die Bechergröße und die verstrichene Zeit spielen auch eine Rolle, beides sollte deshalb gleich gehalten werden!)
errechnete Temperaturdifferenz (kann als Maß der Isolierwirkung des jeweils verwendeten Materials angesehen werden)
Angestrebtes Unterrichtsergebnis
Erkenntnis: Isolierwirkung greift in allen Temperaturbereichen. Unterschiedliche Temperaturen haben stets das Bestreben, sich anzugleichen.
