Physik – Wärmelehre – Wird eine Eisenkugel durch Erhitzen größer?

Demoversuch: Wird eine Eisenkugel durch Erhitzen größer?

Versuchsvideo (mit Ton)

Übungen

Übung 1

Übung 2

Für Lehrkräfte

Unterrichtsthema	Thermische Ausdehnung
Klassenstufen	5 bis 8
Wer experimentiert?	Lehrkräfte zur Demonstration
Ziele und Kompetenzen	Die Schülerinnen und Schüler können: das Verhalten von Festkörpern bei Erwärmung und Abkühlung beschreiben. ein einfaches Teilchenmodell zur Erklärung der Wärmeausdehnung nutzen.

Vorausgesetzte Kompetenzen

keine

Materialliste

je Versuchsgruppe:

• Becherglas mit kaltem Wasser
• Schutzbrille
• feuerfeste Unterlage
• Feuerzeug
• Gasbrenner
• Schutzhandschuhe
• Eisenkugel und Ring

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Hinweise zur Vorbereitung

Legen Sie alle Materialien auf dem Lehrerarbeitsplatz für die LD bereit.

Falls im Fachraum kein Gasanschluss vorhanden sein sollte, können Sie auch mit einem Kartuschenbrenner die Eisenkugel erwärmen (sofern der Einsatz von Kartuschenbrennern an Ihrer Schule in Frage kommt). Prinzipiell funktioniert der Versuch auch mit einer Kerzenflamme, aber dann verrußt die Kugel stark. Die Schülerinnen und Schüler könnten dadurch eine Vergrößerung des Volumens vermuten. Bei diesem Versuch sind unbedingt eine Schutzbrille und Schutzhandschuhe zu tragen.

Hinweise zur Durchführung im Unterricht

Das Experiment beginnt mit dem Entzünden des Gasbrenners. Beachten Sie genau die vorgeschriebene Vorgehensweise für die Inbetriebnahme des Gasbrenner bzw. des Kartuschenbrenners. Für den Kartuschenbrenner finden Sie die Betriebsanleitung direkt auf der Kartusche. Nach dem Erwärmen der Eisenkugel folgt die Abkühlung im zischenden Wasser. Alternativ können Sie auch die Eisenkugel in der Öffnung stecken lassen und mit kaltem Wasser übergießen. Dazu sollte der Ring in einer Auffangwanne platziert sein. Es ist sehr eindrucksvoll, wenn auch hier das Wasser zischend verdampft und die Kugel durch die Öffnung plumpst. Der Versuch sollte aus Sicherheitsgründen hinter der Schutzscheibe im Fachraum durchgeführt werden.

Hinweise zur Auswertung

Die Ergebnissicherung erfolgt mit der Bearbeitung der Protokollseite. Die Beschreibung und Erklärung des Versuchs erfolgt mit dem Teilchenmodell, daher sind auch Ausführungen zu Modell und Original (Wirklichkeit) erforderlich (siehe Projektidee 1 unten). Die Veranschaulichung erfolgt mit dem Zeichnen von Teilchen vor und nach dem Erwärmen (siehe Arbeitsblatt zu diesem Versuch). Passend zum Versuch können Sie auf Anwendungen zu diesem Phänomen eingehen (siehe Projektidee 2 unten).

Downloads

(jeweils editierbare Worddateien)

Weiteres

Projektidee 1 „Modelle in unserer Umwelt“: Schülerinnen und Schüler untersuchen Paare (Original und Modell) hinsichtlich übereinstimmender und abweichender Merkmale unter Beachtung des jeweiligen Zwecks des Modells. Hierzu sind auch Modelle aus dem Biologie- (z. B. Blütenmodell) und Chemieunterricht (z. B. Molekülmodelle) einsetzbar.

Projektidee 2 „Aufschrumpfen des Nabenrings“: Beim Eingeben der Begriffe in eine Suchmaschine finden Sie viele eindrucksvolle Videos zum Aufschrumpfen von Eisenteilen. Früher war das bei Wagenrädern üblich und wird noch heute bei Eisenbahnrädern zur Verbindung von Radreifen und Radkörper genutzt.  

Autor: Dr. Dietmar Karau