Wir testen unsere Isolierung
Intention
Die SuS testen die Wirksamkeit ihrer Dämmung, indem sie die Temperaturerhaltung in den gedämmten Kartons mit einem ungedämmten vergleichen. In der Zwischenzeit überprüfen sie ihre Vorstellung bezüglich der Wärmewirkung einiger Materialien wie z.B. einer Mütze.
Lernausgangslage
An dieses Vorwissen/Vorerfahrungen können Sie anknüpfen:
Die SuS haben eine Vorstellung, welche Wirkung eine Dämmschicht haben kann.
Bestenfalls haben sie auch eine Idee, dass niedrige wie auch hohe Temperaturen gegenüber stark abweichenden Umgebungstemperaturen damit erhalten bleiben können (siehe Haus im Hochsommer und Winter).
Einige SuS werden vermutlich noch Fehlkonzepte zur Wirkweise von Dämmschichten in sich tragen. Sie erwarten beispielsweise, dass die Temperatur im gedämmten Karton ansteigt.
Mögliche Vorgehensweisen
Einstieg
1. Die Ideen der Vorstunde für einen möglichen Versuchsaufbau werden aufgegriffen und ein Möglichkeit und ihre Umsetzung konkret vorgestellt.
2. Um an mögliche Fehlkonzepte einzelner SuS heranzukommen, wird zusätzlich ein Thermometer in
- einen gedämmten Schuhkarton
- einen ungedämmten Schuhkarton
- eine Mütze
- eine Thermoskanne gelegt.
Die aktuelle Raumtemperatur wird mit einem daneben liegenden Thermometer überprüft.
Erarbeitung
1. Die Schuhkartons (alle gedämmten sowie ein ungedämmter als Vergleichswert) werden, wie zuvor besprochen, mit einer Aluschale und dem Eisblock bestückt und an einem einheitlichen Ort aufgestellt.
2. Anschließend notieren die SuS für den Lernbriefkasten ihre Erwartungen, wie sich die Temperatur bei den einzelnen Thermometern entwickeln wird und erklären ihre Erwartungen.
Abschluss
1. Im Reflexionskreis werden nacheinander die verschiedenen Materialien mit den Thermometern in den Mittelpunkt gestellt. Einzelne SuS dürfen ihre Erwartung äußern und begründen. Anschließend wird das Thermometer heraus genommen und mit den Erwartungen verglichen. Immer wieder einen Austausch unter den SuS anzuregen ist wichtig, da einige von den gleichbleibenden Temperaturen überrascht sind. Eventuell hilft es zur Verankerung, am Ende einen gemeinsamen Merksatz zu formulieren.
2. Die SuS und die Lehrperson öffnen möglichst zeitgleich ihre Kartons und schütten das geschmolzene Wasser in ein Behältnis (z.B. einen Messbecher). Die Wassermengen werden verglichen.
Tipps und Stolpersteine aus der Erprobung
Es gibt 2 denkbare Versuchsaufbauten, mit denen man die Wirksamkeit der Kartondämmung überprüfen kann.
1. Man stellt Plastikbehälter mit ca 70ºC warmem Wasser in die Schuhkartons. In jeden Behälter steckt man außerdem ein Thermometer, um die Temperaturentwicklung zu beobachten.
NACHTEILE:
- 70ºC Wassertemperatur ist schon sehr hoch, um Kinder damit hantieren zu lassen. Allerdings bringen niedrigere Temperaturen keine sichtbare Veränderung.
- Es ist nicht ganz einfach, zu Beginn eine bei allen identische Temperatur des Wassers zu erreichen. Die Kinder sind da aber sehr akribisch, sehen schon in kleinsten Temperaturabweichungen ein Problem.
- Im geschlossenen Karton verdunstet laufend etwas Wasser, so dass die Pappe und eventuell die Dämmung aufgeweicht wird.
2. Man stellt einen aufgeschnittenen Milchkarton mit einem Eisblock in die Schuhkartons. Diesen kann man sehr leicht in größerer Stückzahl herstellen, indem man zuvor 750 ml Wasser in den Milchkartons eingefroren hat. Diese muss man anschließend halb aufschneiden wie auf dem Foto zu sehen. Am besten stellt man das Ganze in eine selbst gefaltete Schale aus Alu, um das eventuell überlaufende Schmelzwasser aufzufangen.
Nach einer längeren Zeit (günstig ist es, länger als eine Doppelstunde verstreichen zu lassen, weil dann das Ergebnis eindrücklicher ist) schüttet man das entstandene Schmelzwasser in ein Behältnis, gerne einen Messbecher, und vergleicht die Mengen. Allerdings sollte man nicht bis zum nächsten Tag mit dem Ausleeren warten.
Bei dieser Versuchsanordnung erfolgt allerdings der Wärmefluss gegenüber dem beheizten Haus im Winter in umgekehrter Richtung (von außen nach innen) - das entspricht in der Realität eher der Wohnsituation in einer heißen Umgebung (heißer Sommer, südliche Gegenden), in der der Innenraum kühl gehalten werden soll. Diesen Sachverhalt sollte man mit den SuS thematisieren. Eine aus dem Alltag bekannte Analogie sind Kühltaschen oder -boxen, in denen z.B. Gefriergut transportiert wird.
Angestrebtes Unterrichtsergebnis
Die SuS erfahren unmittelbar 2 wichtige Wirkweisen von gedämmten Materialien:
1. Dämmung bewirkt, dass sich eine Temperatur nicht so schnell der Umgebungstemperatur außen herum angleicht. Dadurch wird der Schmelzprozess des Eises sichtbar verlangsamt.
2. Dämmung alleine bewirkt keinen Temperaturanstieg, so lange es keine zusätzliche Wärmequelle gibt. Sie hilft lediglich dabei, eine bestimmte Temperatur in einem Gefäß/Gebäude bei stark abweichender Außentemperatur zu erhalten.