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Einheit 6: Warum hält eine Styroporbox warm? Anwendung des Temperaturangleichs in Luft

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Unterrichtsverlauf

1. Schritt: Hinführung/Problemfrage
  • Impuls: Essen/Eis in einer Styroporbox
  • Schüleräußerungen, Alltagserfahrungen
2. Schritt: Wiederholung/Anknüpfung an die Unterrichtseinheit 4 – Luft als Partner für den Temperaturangleich: Gleicht Luft Temperaturen gut oder schlecht an?
  • Impuls/Frage: Ein Glas mit heißem Tee wird auf den Tisch gestellt. Der Tee kann getrunken werden, wenn er sich abgekühlt hat. Aber was hat sich erwärmt?
  • Demonstrationsversuch 1: "Temperaturangleich bei Festkörpern in unterschiedlich großen Luftmengen" aus Unterrichtseinheit 4, Versuch 4 (siehe dort)
  • Demonstrationsversuch 2: "Luft gleicht die Temperatur langsam an" (siehe Vorbereitungen)
  • Im anschließenden Unterrichtsgespräch wird als Folgerung festgestellt, dass Luft ein schlechter Wärmeleiter ist.
3. Schritt: Warum kühlt der heiße Tee ab, wenn die umgebende Luft Temperaturen schlecht angleicht?
  • Bedeutung der Konvektion
    Die Lehrkraft veranschaulicht (z.B. mit einer Papierspirale, die sich über einer Heizplatte oder einem Heizkörper dreht), dass warme Luft aufsteigt (siehe dazu auch in der Unterrichtseinheit 7 den Versuch 3).
  • Übertragung auf die Teetasse
    Luft in der direkten Umgebung des heißen Teeglases wird erwärmt und steigt auf. Dadurch kommt wieder kalte Luft an das Glas. Diese wird erwärmt und das Glas wird ein wenig abgekühlt. Die erwärmte Luft steigt wieder nach oben, usw.
4. Schritt: Anwendung: Warum halten Styropor, Wolle, Felle, Tiergefieder u.ä. gut kalt bzw. warm?
  • Die Lehrkraft informiert darüber, dass Styropor, Wolle, Felle, Tiergefieder und ähnliche Materialien viel Luft enthalten, aber gleichzeitig verhindern, dass die Luft wegströmen kann.
  • Ggf. können zum Vergleich zwei gleiche, mit heißem Wasser gefüllte Gläser aufgestellt werden, eines davon mit einem Wolltuch umwickelt. In Abständen von jeweils zwei Minuten werden die Temperaturen gemessen und verglichen.
  • Beantwortung der Problemfrage: Luft gleicht Temperaturen schlecht an; Styropor enthält viel Luft und verhindert außerdem, dass Luft wegströmt; dadurch verhindert Styropor den Temperaturangleich, so dass z.B. warme Speisen in einer Styroporbox warm bzw. Eis in einer Styroporbox kalt bleibt.
Ggf. Weiterführung:
5. Schritt: Anwendung: Weshalb ist zur Wärmedämmung ein Doppelglasfenster günstiger als ein Einfachfenster?

Zur Eräuterung einer weiteren Anwendung wird diese Frage besprochen und mit der eingeschlossenen Luft zwischen den beiden Scheiben begründet (auch wenn heute Isolierfenster anders konstruiert sind).

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