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Das Erwärmen mit dem Gasbrenner muss vorsichtig erfolgen, damit es im Glasgefäß keine Spannungsrisse gibt. Didaktische und schulartspezifische Hinweise Zu Beginn der Wärmelehre werden im Allgemeinen die verschiedenen Aggregatszustände der Materie besprochen, was die Definition einer Temperaturskala voraussetzt. Es bietet sich an, über die verschiedenen historischen Temperaturskalen zu sprechen, wobei allen Skalen der Prozess der Flüssigkeitsausdehnung zugrunde liegt. Die Einführung endet mit der Definition der Celsiusskala. In Realschulen und Gymnasien wird dem höheren Alter der Schüler entsprechend die Volumenänderungen von Gasen, Flüssigkeiten und Festkörpern vor dem Hintergrund des Teilchenmodells diskutiert, so dass neben den verschiedenen Aggregatszuständen und deren Übergänge auch die Volumenausdehnung von Flüssigkeiten und Gasen damit erklärt werden sollen. Die Erläuterung des Drucks in Flüssigkeiten und Gasen im Teilchenmodell schließt sich an, ebenso die kinetische Interpretation der Temperatur.
Material-Details Beschreibung Erstellen eines Hefteintrags zu zwei Versuchen. Statistik Autor/in Downloads Arbeitsblätter / Lösungen / Zusatzmaterial Die Download-Funktion steht nur registrierten, eingeloggten Benutzern/Benutzerinnen zur Verfügung. Textauszüge aus dem Inhalt: Inhalt Ausdehnung von Stoffen Du hast zwei Versuche gesehen, in denen gezeigt wird, dass sich Stoffe bei Erwärmung ausdehnen. 1. Beschreibe die Versuche (4. Klasse: Beschreibe einen der Versuche) und schreibe deine Beobachtungen möglichst genau auf. 2. Warum zeigen die Versuche, dass dieser Merksatz stimmt? Klebe den Merksatz in dein Heft und erkläre. Für alle Stoffe, ob fest, flüssig oder gasförmig gilt: Bei Erwärmung dehnen sie sich aus. 3. Findest du Beispiele aus deinem Alltag, bei denen du auch siehst, dass sich Stoffe beim Erwärmen ausdehnen? 4. Auch das Thermometer funktioniert mit der Ausdehnung von Flüssigkeiten. Erkläre, wie und warum ein Thermometer funktioniert?
Alle Gase dehnen sich beim Erwärmen um 1 Grad um 0, 0037 ihres Volumens aus. (Gesetz von Gay-Lussac). Somit hat die Zunahme bei allen Gasen genau den gleichen Wert. 4 Mit Hilfe der thermischen Ausdehnung von Stoffen lassen sich zahlreiche Phänomene oder Baumaßnahmen erklären. So sind viele Brücken beweglich auf Rollen installiert oder mit Dehnungsfugen versehen, um der sommerlichen Ausdehnung Rechnung zu tragen. Diese Fugen lassen sich auch in unseren Badezimmern zwischen den Fließen erkennen. Eine typische Anwendung der Ausdehnung von Flüssigkeiten ist das Flüssigthermometer, welches jedoch aufgrund der Anomalie nicht mit Wasser gefüllt werden darf. Das Prinzip der Gasausdehnung (kombiniert mit dem Aufsteigen warmer Luft) sorgt für den Auftrieb eines Heißluftballons. 5 Die Konzeption des forschend-entwickelnden Unterrichts basiert auf der naturwissenschaftlichen Erkenntnismethode des Experiments. Dieses induktive Verfahren ist durch einen Dreierschritt geprägt: Zunächst findet eine Problembegegnung (hritt) statt.
Inhalte: - Ausdehnung von Stoffen. 14 Die schulische Auseinandersetzung mit der thermischen Ausdehnung von Stoffen stellt für die Schüler keine erste Begegnung mit derselben dar. Vielmehr konnten sie im alltäglichen Leben Erfahrungen mit dem Phänomen sammeln und sich dadurch subjektive Theorien aneignen. Gerade bei warmen Temperaturen im Sommer oder in den letzten Wochen sind aufgeblähte Fahrradreifen zu beobachten, die gegebenenfalls sogar zum Platzen kommen können. Auch im Schwimmbad wird der mitgebrachte Wasserball in der Mittagssonne weitaus praller, als er nach dem Aufblasen war. Die umgekehrte Volumenausdehnung lässt sich im Winter beobachten. Aufgrund der niedrigen Temperaturen dellen sich bspw. PET-Flaschen ein, da das Gas weniger Raum benötigt. Im Unterricht gilt es diese möglichen Erfahrungen aufzugreifen, Vorstellungen zu verifizieren oder falsifizieren und gegebenenfalls Neue aufzubauen. [... ] 1 vgl. Dorn/Bader. Physik - Mittelstufe, S. 116-119. 2 Vgl. Dorn. Physik, S. 92, 93.
9 In unmittelbarer Begegnung mit der unbelebten Natur führen die Schüler selbstständig Versuche durch und ermitteln Ergebnisse, die ausgewertet und zur Lösung der Problemstellung herangezogen werden. Dabei entwickeln sie Grundfertigkeiten der naturwissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung. 10 Diese ermöglichen eine "aktive Mitbestimmung und Mitgestaltung der naturwissenschaftlich und technisch geprägten Welt. " 11 Weiterführend erwerben die Schüler im Rahmen der selbstständigen Durchführung des Versuchs typische Arbeitsweisen wie Beobachten, Analysieren, Experimentieren, Untersuchen aber auch Bewerten und Dokumentieren der Ergebnisse. 12 Dabei steht die Beobachtung der wärmebedingten Volumenänderung eines Luftballons und dessen Interpretation im Vordergrund. Durch die praktisch handelnde Erfahrung mit der thermischen Luftausdehnung und spätere reflektierte Auseinandersetzung entwickeln sie ein bewusstes und differenziertes Verhältnis zu ihrer Umwelt. 13 Die Auseinandersetzung mit der Wärmeausdehnung von Gasen trägt zum Erwerb folgender Kompetenzen bei: Themenfeld: Wärme verändert Die Schülerinnen und Schüler können - den Einfluss der Temperatur auf die Eigenschaften von Stoffen und Werkstoffen untersuchen.
Anschließend lassen wir ihn der Luft erwärmen und markieren jede Minute den Flüssigkeitsstand. Merke: Wasser dehnt sich beim Gefrieren aus, zieht sich beim Erwärmen von 0°C bis 4°C jedoch wieder zusammen. Dieses ungewöhnliche Verhalten des Wassers nennt man Anomalie des Wassers. Anwendungen: Damit das Kühlwasser im Auto sich bei unter Null Grad nicht gefriert und sich ausdehnt, muss man Frostschutz hineingeben. Fische erfrieren unterm Eis nicht, weil das Eis leichter ist und oben schwimmt. Dadurch ermöglicht die Anomalie des Wassers das Leben. Gefrorenes Wass kann sogar Felsen spalten. Wenn das Wasser auf dem Feld gefriert, wird der Erboden in kleine Teile gebrochen. Dadurch ist der Frost ein Helfer der Landwirtschaft. Anderseits macht Frost macht Straßen kaputt und Eisberge gefährden die Schifffahrt. Ausdehnung fester Körper Schülerversuche: Wir erwärmen einen Eisendraht elektrisch. Dann beobachten wir, wie er länger wird. Ein Fahrdraht von elektrischen Bahnen dehnt sich bei Erwärmung aus und würde durchhängen.
Schülerversuch: Wir messen die Ausdehnung eines Eisenrohrs und anderer Materialien. Die Längenänderung eines Gegenstandes ist abhängig von der Temperaturänderung, von seiner Länge und vom Material. Bemerkung: In der Technik muss man die unterschiedliche Wärmeausdehnung der Materialien beachten, z. B. bei Stahl und Beton. Aluminium und Glas würden zerbrechen nicht, deshalb setzt man Gummidichtungen zum Ausgleich ein. Wie funktioniert Bimetall? Schülerversuch: Wir spannen einen Bimetallstreifen ein und erwärmen ihn mit einer Kerze. Anschließend machen wir das Gleiches mit einem umgedrehten Bimetallstreifen. Ein Bimetallstreifen besteht aus zwei Metallstreifen, die fest miteinander verbunden sind. Wenn man ihn erhitzt, dann biegt er sich. Wenn er sich abkühlt, streckt er sich wieder. Deshalb kann man einen Bimetallstreifen zur Temperaturmessung benutzen. Schülerversuch: Wir bauen einen Bimetallstreifen als Schaltelement in einem Stromkreis ein. Zuerst kann der Strom nicht fließen, da der Stromkreis unterbrochen ist.