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Einheit 3: Sonne - Vorbereitungen

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Vorbereitungen

Für die nachfolgend beschriebenen Versuche ist ein Einstichthermometer (besser zwei) und ein Strahlungsthermometer (für Versuch d) sehr nützlich.

Die folgenden Experimente sind zur Demonstration der unterschiedlichen Erwärmung durch Sonnenstrahlung bzw. Wärmestrahlung gut geeignet.

a) Erwärmung von Luft in Tetra Paks


Abb. 3.1: Versuch zur unterschiedlichen Absorption von Strahlung. Die aus den Packungen herausragenden oberen Teile der Thermometer sollten zum Schutz mit einem Stück weißen Papier abgedeckt werden. Oder die Thermometer werden nach der ersten Messung herausgenommen und dann zur zweiten Messung wieder eingesteckt.

Zwei gleichartige leere Milchpackungen, von denen eine auf einer Seite mit einem Eddingstift geschwärzt ist, die andere eine möglichst helle Oberfläche hat, werden nebeneinander in die pralle Sonne gelegt, am besten auf ein Stück Styropor, damit die Unterseite gegen Abkühlung isoliert ist.

Will man unabhängig von der Sonne den Versuch im Klassenraum durchführen, strahlt man die Packungen mit einer Wärmelampe oder einer 500 – 1000-W-Lampe an. Mit (Einstich-)Thermometern kann dann nach wenigen Minuten der Temperaturanstieg festgestellt werden. Es ergibt sich, dass sich die Luft in der schwarzen Packung stärker erwärmt als in der hellen Packung. In der Sonne dauert es – je nach Intensität - etwas länger.

Mit dünnem schwarzen und weißen Papier, sorgfältig auf die Packungen geklebt, ist der Effekt noch etwas deutlicher. Aber es sollten keine Luftblasen zwischen Papier und Packung entstehen.

Bei schlechtem Wetter oder wenn man den Versuch kontrolliert im Klassenraum durchführen will, nimmt man eine Wärmelampe (s. Bild 3.2) als Ersatz für die Sonne.

Abb. 3.2: Erwärmung der Tetra Paks durch eine Wärmelampe

 

b) Erwärmung von Luft in Blechdosen (AB 3.3)

Alternativ zu dem Versuch in a) werden Blechdosen verwendet. Zwei gleich große Blechdosen werden mit gleichstarkem schwarzem bzw. weißem Tonpapier beklebt. Falls sie keinen Plastikdeckel haben, werden Pappdeckel auf die Dosen geklebt. Die Dosen werden an geeigneter Stelle in die Sonne gestellt (oder mit Lampen bestrahlt). Nach etwa einer Schulstunde werden die Lufttemperaturen gemessen.

Abb. 3.3: Zwei-Dosen-Versuch

c) Erwärmen von Wasser und Luft

Füllt man eine der Packungen aus Versuch a) mit Wasser und lässt beide Packungen über Nacht am gleichen Ort stehen, sind Wasser- und Lufttemperatur annähernd gleich (durch Messung beide Temperaturen feststellen und notieren). Beide Packungen werden mit gleichdunkler oder gleich heller Seite in die Sonne gestellt und nach einer Stunde die Temperaturzuwächse festgestellt.

Nimmt man anstelle der großen Dosen zwei kleinere, flache Dosen, kann analog wie bei Luft die Erwärmung von Wasser gezeigt werden. Es dauert allerding deutlich länger als bei Luft, bis sich ein überzeugender Temperaturunterschied einstellt.

 

d) Unterschiedliche Erwärmung verschiedener Böden

Flache Schüsselchen werden 2-3 cm hoch mit verschiedenen Materialien gefüllt: trockener Sand, nasser Sand, Erde (schwarz), Steinchen, Erde mit Kresse (oder Gras) und Wasser. Sie werden an geeigneter Stelle in intensives Sonnenlicht gestellt. Nach etwa einer Schulstunde werden die Temperaturen überprüft: die Steinchen und der trockene Sand haben sich am stärksten erwärmt, Wasser und nasser Sand und der mit Pflanzen bedeckte Boden am wenigsten.

Zur Temperaturmessung bei den festen Böden ist ein berührungslos funktionierendes Strahlungsthermometer sinnvoll, für das Wasser benutzt man ein Eintauchthermometer.

Abb. 3.4: Erwärmung unterschiedlicher Böden

Stellt man zusätzlich drei größere Schüsseln mit Steinchen, Sand und Wasser auf, können die Kinder allein durch Berühren der Oberflächen mit den Händen den Unterschied deutlich spüren.

 

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