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Einheit 5: Wind - Vorbereitungen

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Vorbereitungen

Didaktische Überlegungen

Viele Kinder haben im Fernsehen oder aus anderer Quelle erfahren, dass Hoch- und Tiefdruckgebiete für das Wetter von großer Bedeutung sind. Dies und dass horizontale Luftströmungen durch Druckunterschiede angetrieben werden, spricht eigentlich für einen didaktischen Weg über Luftdruck, das Entstehen von Luftdruckunterschieden und Ausgleichströmungen, die als Wind wahrgenommen werden. Aber dieser Weg ist sehr anspruchsvoll, wie die Beschreibung der Entstehung von Land- und Seewind in der Sachinformation als ein an sich relativ einfaches  Beispiel für diese Erklärung zeigt. Bisher fehlen für diesen Zugang überzeugend ausgearbeitete und hinsichtlich ihrer Wirkung gut überprüfte Unterrichtsvorschläge. Deshalb wird hier das „Konvektionsmodell“ herangezogen, das auf die Argumentation über horizontale Druckdifferenzen verzichtet. Im Konvektionsmodell wird gezeigt, dass über einer heißen Fläche Luft aufsteigt und diese ersetzt wird durch seitlich zufließende Luft. Weiterhin wird gezeigt, dass kalte Luft, die von wärmerer Luft umgeben ist, absinkt und dass Luft bei Ausdehnung abkühlt. Damit wird ein Luftkreislauf mit Wind in Bodennähe plausibel. Es bleiben allerdings eine Reihe kritischer, nur schwer auflösbarer Fragen offen, weshalb die Diskussion nicht allzu vertiefend geführt werden sollte.

Vorbereitung der Demonstrationsversuch

a) Aufsteigende warme Luft über einer Heizplatte (Exp.-Anleitung EA 5.1)

Material:

  • Transportable Heizplatte
  • Fädchen von Daunenfeder, Samen von Pusteblumen o. Ä. (unbedingt vorher ausprobieren, ob sie von der aufsteigenden Luft über der Herdplatte hochgetragen werden)

 

b) Die Temperatur von expandierender Luft sinkt

In eine größere Plastikspritze wird eine Öffnung gebohrt, so dass ein Einstichthermometer straff luftdicht abschließend in das Loch gesteckt werden kann.

Der Kolben wird am Anfang so weit verschoben, dass noch etwa 1/3 Luft in der Spritze vorhanden ist. Dann wird mit dem Daumen die Öffnung für die Spritzennadel zugehalten und der Kolben soweit wie auf dem Bild zu sehen rasch ein Stück herausgezogen. Nach kurzer Zeit kann der Temperaturabfall am Thermometer abgelesen werden.

Abb. 5.1: Temperaturabfall bei Volumenvergrößerung

 

Abb. 5.2: Die kalte Luft im kalten Metallrohr sinkt nach unten, angezeigt durch den Rauch eines Räucherstäbchens

c) Absinkende kalte Luft (Exp.-Anleitung EA 5.2.)

Material:

  • Stabiles Metallrohr
  • Räucherstäbchen
  • Möglichkeit zum Abkühlen des Metallrohrs (Kältemischung aus Eis und Salz; Kühlakkus; o. Ä.)

Das Metallrohr wird gut abgekühlt; das Räucherstäbchen angezündet: der Rauch steigt nach oben. Das Räucherstäbchen nun in die obere Öffnung des Metallrohrs halten, nach kurzer Zeit kommt der Rauch unten aus dem Rohr heraus (s. Bild 5.2).

 

 

 

d) Zuströmung von Luft von der Seite, wenn warme Luft aufsteigt (Exp.-Anleitung EA 5.3)

Neben die Heizplatte wird eine Kerze aufgestellt, die Kerzenflamme neigt sich etwas zur Heizplatte hin. D.h., es gibt eine Luftströmung von der Seite zur heißen Platte hin, über der die erwärmte Luft nach oben steigt. Der Effekt wird erheblich verstärkt (s. Abb. 5.3b), wenn durch einen Ring aus Pappe die seitliche Zuströmung der Luft auf einen engen Bereich konzentriert wird.

 

 

Abb. 5.3: Versuchsanordnung und Versuch zur Demonstration der Zuströmung von Luft von der Seite bei einer heißen Herdplatte 

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