Physik – Wärmelehre – Wasser schütteln

Wasser schütteln

Versuchsvideo (ohne Ton)

Übungen

Übung 1

Übung 2

Für Lehrkräfte

Unterrichtsthema	Energieumwandlungen, Thermische Energie
Klassenstufen	7 bis 9
Wer experimentiert?	Schülerinnen und Schüler im Unterricht in Gruppenarbeit
Ziele und Kompetenzen	Die Schülerinnen und Schüler können: die Umwandlung von mechanischer in thermische Energie für unterschiedliche Stoffe beschreiben und erklären ein Temperatur-Zeit-Diagramm auswerten

Vorausgesetzte Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler sind mit den physikalischen Größen Temperatur und Energie (Bedeutung, Formelzeichen, Einheit) vertraut.

Materialliste

je Versuchsgruppe:

• Go Direct® Temperatursensor (GDX-TMP)
• isolierter Mehrweg-Kaffeebecher mit Deckel
• Wasser
• Aquariensand
• Arbeitshandschuhe
• Tablet
• 2 Bechergläser
• Klebepads und Bindfaden zur Abdichtung

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Hinweise zur Vorbereitung

Alle Materialien (Geräte, Arbeitsblätter, Hilfeblätter, Protokollvorlagen) müssen für jede Versuchsgruppe bereitgestellt werden, zum Beispiel in Körben, auf Tabletts oder in Schalen.

Das Messen mit Sensor in Verbindung per Bluetooth zum Tablet ist für diesen Versuch optimal, da so das Schütteln nicht behindert wird.

In den Deckel des Trinkbechers sollte vorab eine Öffnung für den Temperatursensor gebohrt werden. Die Öffnung und das Schraubgewinde des Deckels müssen beispielsweise mit Klebepads und Bindfaden gut abgedichtet werden (siehe Video).

Statt Aquariensand können andere Feststoffe geschüttelt werden: Linsen, Bügelperlen, Eisenschrot …

Hinweise zur Durchführung im Unterricht

Um eine möglichst große Temperaturänderung zu erzielen, sollte möglichst lange geschüttelt werden. Hier bietet sich eine Challenge an. Den Versuch führen 2 Gruppen parallel oder nacheinander aus. Um alle Schülerinnen und Schüler einzubeziehen, wechseln sie sich nach jeweils 1 Minute beim Schütteln ab. Beim Schütteln sollten Handschuhe getragen werden.

Hinweise zur Auswertung

Die Ergebnissicherung erfolgt mit der Bearbeitung der Protokollseite und der weiteren editierbaren Zusatzseiten zu diesem Versuch. Das Videos „Wasser schütteln“ kann ebenfalls der Auswertung bzw. Zusammenfassung dienen. Passend zum Versuch kann problemorientiert die Frage „Kann Wasser nur durch Schütteln zum Sieden gebrachte werden?“ (siehe Weiteres) bearbeitet werden.

Im Video wurden 365 g Wasser bzw. 560 g Aquariensand geschüttelt. Sofern die spezifische Wärmekapazität als physikalische Größe eingeführt ist, kann überschlagsweise die Energie berechnet werden, die mindestens bei 2 Minuten Schütteln zugeführt wird.

\[ E_{Wasser}=\ c \cdot m \cdot ΔT = 4,19 \frac {kJ}{kg \cdot K} \cdot 0,365\,kg \cdot 0,34\,K = 0,52\,kJ \]

\[ E_{Sand}=\ c \cdot m \cdot ΔT = 0,84 \frac {kJ}{kg \cdot K} \cdot 0,560\,kg \cdot 1,01\,K = 0,48\,kJ \]

Downloads

(jeweils editierbare Worddateien)

Weiteres

„Kann Wasser nur durch Schütteln zum Sieden gebracht werden?“ Die Schülerinnen und Schüler formulieren Hypothesen und begründen sie. Zur Verifizierung bietet sich eine Challenge für die Schülerinnen und Schüler natürlich nicht an, weil es theoretisch zwar funktioniert, aber praktisch viele Stunden bis Tage dauern kann. Allerdings finden sich im Internet viele Videos zu diesem Thema, die zur Beantwortung der Fragstellung angeschaut und ausgewertet werden können.

Autor: Dr. Dietmar Karau