Schülerversuche TESS beginner Wärme Schülerversuche TESS beginner Wärme Phywe Schriftenreihe Schülerversuche TESS beginner Wärme 4. Auflage Alle Rechte, auch die der Übersetzung, des auszugsweisen Nachdrucks und der fotomechanischen Wiedergabe, vorbehalten. © Phywe Systeme GmbH & Co. KG 2 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 170550 Inhaltsverzeichnis 1. Temperaturempfinden der Haut Warm oder kalt? 2. Wärmeausdehnung von Luft und Wasser Wie ändert sich das Volumen von Luft und Wasser beim Erwärmen? 3. Wärmeausdehnung von Wasser und Spiritus Wie ändert sich das Volumen von Wasser und Spiritus beim Erwärmen? 4. Kalibrieren eines Thermometers Wie ist die Celsius-Temperaturskala festgelegt? 5. Temperaturmessung Wie misst man die Temperatur mit einem Thermometer richtig? 6. Mischungstemperatur Wie lässt sich heißes Wasser auf die richtige Badetemperatur bringen? 7. Wärmeisolierung durch Wolle Wolle hält uns warm! 8. Wärmeisolierung durch Luft (Federn) Wie schützt das Federkleid die Vögel vor Kälte? 9. Wärmedämmung Heizkosten sparen durch Wärmedämmung! 10. Verdunstungswärme von Wasser Warum schwitzen wir? 11. Verdunsten von Spiritus Gibt es Flüssigkeiten, die sich beim Verdunsten noch mehr abkühlen als Wasser? 12. Erniedrigen des Schmelzpunktes durch Salz Kann Wasser auch unter 0°C noch flüssig sein? 13. Eis schwimmt Welche Temperatur hat das Wasser unter dem Eis? www.phywe.com 170550 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 3 TESS beginner Applied Sciences Set Wärme 15235-88 Geräte und Aufbewahrungsübersicht (1) (1) (2) (3) (3) (4) (5) (6) (7) (7) (8) (8) (8) (9) 4 Bezeichnung Laborthermometer, -10… +100°C Rührthermometer, ungraduiert Gummiringe, 50 St. Tesa-Handabroller Tesafilm 19mm, matt Becher, 100 ml Trichter, Kunststoff, d = 50 mm Schaum-Isolierung für Schraubglas Filzplatten, 100x100, d = 2 mm TESS beginner DVD Schraubglas Dichtung für Schraubglas Kappen für Schraubglas, rot Kapillarrohr, d i =1,7mm, l = 250 mm Best.-Nr. 38056-00 38003-00 03920-00 170454 170455 36011-01 36890-00 04410-00 04404-20 331585 170462 162405 162407 36709-00 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved Anzahl 2 1 1 1 1 1 1 1 3 1 2 2 2 2 170550 2 1 9 3 8 5 7 6 4 www.phywe.com 170550 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 5 1 2 9 8 3 7 6 6 5 4 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 170550 Temperaturempfinden der Haut S1 Warm oder kalt? Aufgabe Untersuche das Temperaturempfinden deiner Haut durch Berühren unterschiedlich warmer Wasserbehälter. Material 2 Schraubgläser 1 Becher 1 Trichter Abbildung 1 www.phywe.com 170550 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 7 S1 Temperaturempfinden der Haut Aufbau und Durchführung • Heißes Wasser und Eiswasser stehen auf dem Lehrertisch bereit. • Fülle mit Hilfe des Trichters ein Glas mit heißem Wasser und ein Glas mit Eiswasser. • Fülle den Becher mit kaltem Leitungswasser (20°C). • Nimm das Glas mit Eiswasser in die linke Hand und das heiße Glas in die rechte Hand. (Abb. 1) • Warte etwa eine Minute. • Halte dann einen Finger der linken Hand und einen der rechten Hand gleichzeitig in den Becher mit Leitungswasser und bewege beide Finger. (Abb. 2) Abbildung 2 8 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 170550 Temperaturempfinden der Haut S1 Beobachtung Was fühlen die Finger: ist das Wasser im Becher warm oder kalt? ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ Auswertung Kannst du warm und kalt mit den Fingern unterscheiden? ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ Nenne weitere Beispiele dafür, dass du etwas warm oder kalt empfindest. ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ www.phywe.com 170550 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 9 S1 10 Temperaturempfinden der Haut PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 170550 Wärmeausdehnung von Luft und Wasser S2 Wie ändert sich das Volumen von Luft und Wasser beim Erwärmen? Aufgabe Vergleiche ein mit Wasser und ein mit Luft gefülltes Glas beim Erwärmen. Material 2 Schraubgläser 2 Kappen 2 Dichtungen 2 Kapillarrohre 1 Becher 1 Trichter Zusätzlich wird benötigt Destilliertes Wasser Saugfähiges Papier Lineal Abbildung 1 www.phywe.com 170550 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 11 S2 Wärmeausdehnung von Luft und Wasser Aufbau und Durchführung • Destilliertes Wasser steht auf dem Lehrertisch bereit. • Fülle mit Hilfe von Becher und Trichter ein Glas ca. 2 cm hoch mit Wasser. • Fülle das zweite Glas fast vollständig mit Wasser. • Schiebe auf beide Kapillarrohre eine Dichtung, so dass das Rohr auf einer Seite ca. 4 cm herausragt, und eine Kappe. (Abb. 2) • Setze diese Rohre auf die Gläser und schraube sie mit der Kappe fest. Achtung: In dem Glas, das mit Wasser voll gefüllt ist, steigt das Wasser sofort hoch. Es kann überlaufen oder spritzen! • In dem Glas, das mit Luft gefüllt ist, schiebst du das Rohr so weit nach unten, bis es ins Wasser taucht. Das Wasser steigt dann im Rohr nach oben. • Zum Start der Messung musst du beide Rohre so weit verschieben, bis die Flüssigkeit ca. 1 cm über der Kappe steht. (Abb. 1) • Drehe die Kappen noch einmal fest. • Erwärme die Gläser mit den Händen und beobachte die Wasserstände in beiden Rohren. Dabei darfst du nicht an den Kappen oder Rohren wackeln. (Abb. 3) • Miss die Steighöhen im Glas mit Luft und im Glas mit Wasser Abbildung 2 12 Abbildung 3 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 170550 Wärmeausdehnung von Luft und Wasser S2 Beobachtung ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ Auswertung Beschreibe das Verhalten der Wasserstände bei Luft und Wasser? ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ Vergleiche die Steighöhen von Luft und Wasser ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ Ergänzung Du kannst die Gläser auch in ein Wasserbad von etwa 30 °C (Kochtopf beim Lehrertisch) stellen. Warte etwa 30 s und lies dann die Steighöhen ab. ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ www.phywe.com 170550 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 13 S2 14 Wärmeausdehnung von Luft und Wasser PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 170550 Wärmeausdehnung von Wasser und Spiritus S3 Wie ändert sich das Volumen von Wasser und Spiritus beim Erwärmen? Aufgabe Fülle ein Glas mit Wasser und ein zweites Glas mit Spiritus, setze in beide Gläser Kapillarrohre, und beobachte die Gläser beim Erwärmen. Material 2 Schraubgläser 2 Kappen 2 Dichtungen 2 Kapillarrohre 1 Becher 1 Trichter Zusätzlich wird benötigt Brennspiritus, destilliertes Wasser Lebensmittelfarbe, Lineal Saugfähiges Papier Abbildung 1 www.phywe.com 1705550 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 15 S3 Wärmeausdehnung von Wasser und Spiritus Aufbau und Durchführung • Spiritus und gefärbtes destilliertes Wasser stehen auf dem Lehrertisch bereit. • Hole im Becher ca. 40 ml gefärbtes Wasser und fülle mit Hilfe des Trichters ein Schraubglas bis zum Gewinderand. • Hole im Becher ca. 40 ml Spiritus und fülle mit Hilfe des Trichters das andere Glas entsprechend mit Spiritus. • Schiebe auf beide Kapillarrohre eine Dichtung, so dass das Rohr auf einer Seite ca. 4 cm herausragt, und eine Kappe. (Abb. 2) • Setze die Rohre vorsichtig auf die Gläser, damit keine Flüssigkeit ausläuft und schraube sie mit der Kappe fest. Die Flüssigkeit steigt dabei im Rohr hoch. • Zum Start der Messung musst du die Rohre so weit verschieben, bis die Flüssigkeit ca. 1 cm über der Kappe steht. • Erwärme die Gläser mit den Händen und beobachte den Wasserstand in beiden Rohren. Dabei darfst du nicht an den Kappen oder Rohren wackeln. • Miss die Steighöhen von Wasser und Spiritus. Abbildung 2 16 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 170550 Wärmeausdehnung von Wasser und Spiritus S3 Beobachtung Wie ändert sich der Wasserstand? ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ Messwerte: Wasser .................................. Spiritus .................................. Auswertung Vergleiche das Verhalten von Wasser und Spiritus. ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ Welche Flüssigkeit würdest du für ein selbst gebautes Thermometer wählen, wenn du auch kleine Temperaturänderungen beobachten willst? ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ www.phywe.com 1705550 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 17 S3 Wärmeausdehnung von Wasser und Spiritus Ergänzung Du kannst die Gläser auch in ein Wasserbad von etwa 30°C (Kochtopf beim Lehrertisch) stellen. Warte etwa 30 s und lies dann die Steighöhen ab. ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ Sicherheitshinweis Brennspiritus Brennspiritus ist eine leicht entzündliche Flüssigkeit. Beim Umgang damit alle offenen Flammen in der Nähe löschen und auch alle anderen Zündquellen (z. B. Feuerzeug etc.) fernhalten. Die Flüssigkeit nicht verschlucken (nicht trinken)! Hautkontakt möglichst vermeiden. Die Dämpfe nicht einatmen. Schutzbrille aufsetzen. Den Brennspiritus nach Beenden des Versuches dem Lehrer zur weiteren Entsorgung übergeben. 18 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 170550 Kalibrieren eines Thermometers S4 Wie ist die Celsius-Temperaturskala festgelegt? Aufgabe Beschrifte ein Thermometer mit einer Skala, auf der Temperaturwerte in Grad Celsius abgelesen werden können. Material 1 Becher 1 Thermometer ohne Skala 1 Tesafilm Zusätzlich wird benötigt Lineal Weicher Bleistift Eisstücke Abbildung 1 www.phywe.com 1705550 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 19 S4 Kalibrieren eines Thermometers Aufbau und Durchführung • Auf dem Lehrertisch steht auf einer Heizplatte kochendes Wasser bereit. • Trenne von dem Tesafilm ein etwa 20 cm langes Stück ab. • Klebe es sorgfältig auf der ganzen Länge über das Thermometer. (Abb. 2) • Trenne noch ein zweites gleich langes Stück ab und klebe es auf die Rückseite. • Fülle den Becher mit Eisstücken voll und gib bis zur Marke 50 ml kaltes Wasser dazu. • Rühre das Eiswasser sorgfältig um und beobachte das Eiswasser und das Thermometer. • Warte, bis die Anzeige sich nicht mehr verändert. • Markiere das Ende der roten Flüssigkeit mit einem Bleistift. (Abb. 1) • Gehe mit deinem Thermometer zum Kochtopf mit dem siedendem Wasser. Vorsicht: der Wasserdampf ist heiß! Halte deine Hände nur an den Rand des Topfes, nicht in die Mitte dicht über den Topf! • Lege dein Thermometer schräg hinein und beobachte es. • Markiere die Stelle, bis zu der die Flüssigkeit im Thermometer steigt. Abbildung 2 20 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 170550 Kalibrieren eines Thermometers S4 Beobachtung Thermometer im Eiswasser ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ Thermometer im Kochtopf ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ Auswertung Schreibe folgende Werte an die von dir markierten Stellen 0°C für den Gefrierpunkt von Wasser und 100°C für die Siedetemperatur von Wasser. Teile diesen Bereich durch Striche in 10 gleiche Abschnitte. Beschrifte die Striche. Zeichne dann zwischen zwei Striche 10 weitere kleine Striche. (Abb. 3) Abbildung 3 www.phywe.com 1705550 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 21 S4 Kalibrieren eines Thermometers Miss mit deinem Thermometer verschiedene Temperaturen, z. B.: Leitungswasser, heißes Wasser, Raumtemperatur, Finger ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ Vergleiche deine Messwerte mit den Werten, die von den Thermometern anderer Arbeitsgruppen angezeigt werden. 22 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 170550 Temperaturmessung S5 Wie misst man die Temperatur mit einem Thermometer richtig? Aufgabe Untersuche, wovon der auf einem Thermometer abgelesene Wert abhängt. (Abb. 1) Material 2 Thermometer 1 Becher 1 Schraubglas 1 Trichter Zusätzlich wird benötigt Trockenes Tuch Uhr Abbildung 1 www.phywe.com 170550 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 23 S5 Temperaturmessung Aufbau und Durchführung • Heißes Wasser steht auf dem Lehrertisch bereit. • Fülle den Becher mit kaltem Wasser und rühre mit einem Thermometer sorgfältig um. • Halte das Thermometer schräg, sieh senkrecht auf die Skala und lies dann die Temperatur ab. • Halte das Thermometer senkrecht, sieh von schräg oben auf das Thermometer, so dass du die Skala gerade noch erkennst, und lies noch einmal die Temperatur ab. • Halte ein zweites Thermometer in den Becher, rühre mit beiden Thermometern sorgfältig um, warte einen Moment, blicke senkrecht auf die Skala und lies dann die Temperaturen ab. (Abb. 2) • Fülle das Glas mit kaltem Wasser und den Becher mit heißem Wasser. • Halte beide Thermometer zuerst in das heiße Wasser, rühre vorsichtig um, lies die Temperatur ab und trage sie bei der Zeit = 0 s in die Tabelle ein. • Wische die Wassertropfen von den Thermometern, stelle dann ein Thermometer in das Glas mit kaltem Wasser und lege das andere auf den Tisch. (Abb. 3) • Lies in Abständen von 30 s die Temperaturen ab und trage sie in die Tabelle ein. Abbildung 2 24 Abbildung 3 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 170550 Temperaturmessung S5 Beobachtung ein Thermometer, Blickrichtung: 1. senkrecht zur Skala.................. 2. von oben................................... zwei Thermometer ablesen: 1. erstes.................................. 2. zweites................................ Temperaturverlauf (Raumtemperatur:........................) Zeit in s Thermometer in Wasser in Luft Temp. in °C Temp. in °C 0 30 60 90 120 150 180 www.phywe.com 170550 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 25 S5 Temperaturmessung Auswertung Aus welcher Richtung muss man auf eine Skala blicken? ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ Wie genau lässt sich eine Skala ablesen? ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ Wie bekommt man den „richtigen“ Temperaturwert, wenn zwei Thermometer unterschiedliche Werte anzeigen oder mehrere Personen unterschiedliche Werte messen? ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ Wenn die Thermometer warm waren, dauert es eine Weile, bis sie die Temperatur des kalten Wassers bzw. der kalten Luft richtig anzeigen. Was bedeutet diese Beobachtung für das Ablesen von Thermometern? ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ 26 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 170550 Mischungstemperatur S6 Wie lässt sich heißes Wasser auf die richtige Badetemperatur bringen? Aufgabe Untersuche welche Temperatur durch Mischen von heißem und kaltem Wasser erreicht wird. Material 2 Schraubgläser 2 Thermometer 1 Becher 1 Trichter Abbildung 1 www.phywe.com 170550 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 27 S6 Mischungstemperatur Aufbau und Durchführung Heißes Wasser steht auf dem Lehrertisch bereit. 1. Versuch • Fülle ein Schraubglas voll mit kaltem Wasser. • Fülle 40 ml heißes Wasser in den Becher. • Miss jeweils die Wassertemperaturen des kalten und des heißen Wassers. (Abb. 1) • Gieße das kalte Wasser vom Glas in den Becher. (Abb. 2) • Rühre mit dem Thermometer sorgfältig um und miss die Temperatur im Becher (Mischungstemperatur). In den folgenden Versuchen werden jeweils die Mengen von kaltem und heißem Wasser verändert. Dann wird jedes Mal die jeweilige Mischungstemperatur gemessen. Abbildung 2 28 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 170550 Mischungstemperatur S6 2. Versuch • Spüle den Becher kalt aus und trockne ihn. • Fülle mit Hilfe von Becher und Trichter insgesamt 60 ml kaltes Wasser in die beiden Gläser. • Fülle 40 ml heißes Wasser in den Becher. • Miss jeweils die Wassertemperaturen des kalten und des heißen Wassers. • Gieße das kalte Wasser aus beiden Gläsern in den Becher. • Rühre mit dem Thermometer sorgfältig um und miss die Mischungstemperatur. 3. Versuch • In diesem Versuch werden folgende Wassermengen verwendet: 80 ml kaltes Wasser (2 volle Schraubgläser) 20 ml heißes Wasser 4. Versuch • In diesem Versuch werden folgende Wassermengen verwendet: 40 ml kaltes Wasser (1 volles Schraubglas) 60 ml heißes Wasser Beobachtung 1. Versuch kaltes Wasser heißes Wasser Volumen 40 ml 40 ml Temperatur ................. ................. MischungsTemperatur ................. Volumen 40 ml 60 ml Temperatur ................. ................. MischungsTemperatur ................. Volumen 20 ml 80 ml Temperatur ................. ................. MischungsTemperatur ................. 2. Versuch kaltes Wasser heißes Wasser 3. Versuch kaltes Wasser heißes Wasser www.phywe.com 170550 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 29 S6 Mischungstemperatur 4. Versuch kaltes Wasser heißes Wasser Volumen 60 ml 40 ml Temperatur ................. ................. MischungsTemperatur ................. Auswertung Wie groß ist die Mischungstemperatur, wenn die Wassermengen von kaltem und heißem Wasser gleich groß sind? ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ Wie verändert sich die Mischungstemperatur, wenn mehr heißes als kaltes Wasser im Becher ist? ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ Welche Temperatur stellt sich ein, wenn die Mengen von heißem und kaltem Wasser genau vertauscht werden? ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ 30 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 170550 Wärmeisolierung durch Wolle S7 Wolle hält uns warm! Aufgabe Beobachte die Abkühlung von heißem Wasser in zwei Gläsern, von denen das eine mit mehreren Filzplatten isoliert ist. (Abb.1) Material 2 Gläser 2 Kappen 2 Dichtungen 2 Thermometer 1 Becher 1 Trichter 3 Filzplatten, Gummiringe Zusätzlich wird benötigt Uhr Abbildung 1 www.phywe.com 170550 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 31 S7 Wärmeisolierung durch Wolle Aufbau und Durchführung • Stelle mit Hilfe von Filzplatten und Gummiringen einen „Mantel“ aus Filzplatten für ein Glas her. Er muss zwei Eigenschaften haben (Abb. 2): a. Er soll das Glas besonders gut isolieren. b. Das Glas muss man wieder herausnehmen und hineinsetzen können, um heißes Wasser in das Glas einzufüllen. • Nimm das Glas aus dem Mantel heraus und fülle heißes Wasser ein. • Stelle ein zweites Glas, das nicht isoliert wird, daneben auf den Tisch. • Lass dir etwa 80 ml heißes Wasser (ca. 60°C) in den Becher gießen. • Fülle mit Hilfe des Trichters beide Gläser mit heißem Wasser. • Schiebe auf beide Thermometer eine Dichtung bis zum Strich 0°C und eine Kappe. (Abb. 3) • Setze die Thermometer auf die Gläser und schraube sie mit der Kappe fest. • Setze ein Glas wieder in den Filzmantel. • Miss die Anfangstemperatur (Zeit = 0 min) in beiden Gläsern. • Beobachte den Temperaturverlauf. • Miss die Temperaturen 30 Minuten lang. Abbildung 2 32 Abbildung 3 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 170550 Wärmeisolierung durch Wolle S7 Beobachtung ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ Glas ohne Filz Zeit in min Temperatur in °C Glas mit Filzmantel Temperatur in °C 0 5 10 15 20 25 30 Auswertung Vergleiche die Temperaturen in den Gläsern mit und ohne Filzmantel ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ www.phywe.com 170550 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 33 S7 Wärmeisolierung durch Wolle Wann schert man das Fell von Schafen? ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ Wie kann man sich gegen Kälte schützen? ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ 34 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 170550 Wärmeisolierung durch Luft (Federn) S8 Wie schützt das Federkleid die Vögel vor Kälte? Aufgabe Isoliere ein Glas mit einer Luftschicht mit Papierschnitzeln (Federn). Beobachte die Abkühlung von heißem Wasser in diesem Glas und vergleiche sie mit der Abkühlung in einem nicht isolierten Glas. (Abb. 1) Material 2 Gläser 2 Kappen 2 Dichtungen 2 Thermometer 1 Becher 1 Trichter 1 Tesafilm Zusätzlich wird benötigt Papier Uhr Abbildung 1 www.phywe.com 170550 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 35 S8 Wärmeisolierung durch Luft (Federn) Aufbau und Durchführung • Ein Glas soll mit einer „Lufthülle mit Federn“ umgeben werden (Abb. 2): Stelle für den Zwischenraum zwischen Glas und Becherwand zerknitterte Papierstreifen her und schneide zusätzlich eine glatte Abdeckung (z.B. aus rundem Filterpapier) aus. • Setze das Glas in den Becher, probiere aus wie viel Papier benötigt wird und wie das isolierte Gefäß aufzubauen ist, damit das Glas gut im Becher steht. • Zum Einfüllen von heißem Wasser in das Glas sollte das isolierte Gefäß noch einmal auseinander genommen werden, damit das Papier nicht nass wird: Glas herausnehmen, Papier auf den Tisch schütten. • Lass dir aus dem 1-Liter-Messbecher mit Hilfe des Trichters beide Gläser fast voll mit heißem Wasser (ca. 60°C) füllen. Abbildung 2 36 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 170550 Wärmeisolierung durch Luft (Federn) S8 • Schiebe auf beide Thermometer eine Dichtung bis zum Strich 0°C und eine Kappe. (Abb. 3) • Setze die Thermometer auf die Gläser und schraube sie mit der Kappe fest. • Setze ein Glas wieder in den Becher und isoliere es mit Papier. Klebe Tesafilm oben über das Papier, damit alles fest bleibt. • Miss die Anfangstemperatur (Zeit = 0 min) in beiden Gläsern • Beobachte den Temperaturverlauf. • Miss die Temperaturen 30 Minuten lang. Abbildung 3 www.phywe.com 170550 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 37 S8 Wärmeisolierung durch Luft (Federn) Beobachtung ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ einfaches Glas Zeit in min Temperatur in °C Glas im Becher Temperatur in °C 0 5 10 15 20 25 30 Auswertung Vergleiche die Temperaturen in den beiden Gläsern. ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ Wie verhalten sich Vögel, um sich gegen Kälte zu schützen? ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ Kennst du andere Beispiele, bei denen Luft zur Wärmedämmung genutzt wird? ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ 38 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 170550 Wärmedämmung S9 Heizkosten sparen durch Wärmedämmung Aufgabe Beobachte die Abkühlung von heißem Wasser in zwei Gläsern, von denen das eine in einem Schaumstoffblock steht. (Abb.1) Material 2 Gläser 2 Kappen 2 Dichtungen 2 Thermometer 1 Becher 1 Trichter 1 Schaumstoff-Isolierung Zusätzlich wird benötigt Uhr Abbildung 1 www.phywe.com 170550 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 39 S9 Wärmedämmung Aufbau und Durchführung • Lass dir etwa 80 ml heißes Wasser (ca. 60°C) in den Becher gießen. • Fülle mit Hilfe des Trichters heißes Wasser in die Gläser. • Schiebe auf beide Thermometer eine Dichtung bis zum Strich 0°C und eine Kappe. (Abb. 2) • Setze die Thermometer auf die Gläser und schraube sie mit der Kappe fest. • Setze ein Glas in den Schaumstoffblock (Abb. 1) und stelle das andere Glas daneben. • Miss die Anfangstemperatur (Zeit = 0 min) in beiden Gläsern. • Beobachte und beschreibe den Temperaturverlauf. • Miss die Temperaturen 30 Minuten lang. Abbildung 2 40 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 170550 Wärmedämmung S9 Beobachtung ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ Glas ohne Isolierung Zeit in min Temperatur in °C Glas mit Isolierung Temperatur in °C 0 5 10 15 20 30 Auswertung Vergleiche die Temperaturen in den Gläsern. ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ Kennst du anderes Material, das wärmedämmend ist? ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ www.phywe.com 170550 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 41 S9 42 Wärmedämmung PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 170550 Verdunstungswärme von Wasser S10 Warum schwitzen wir? Aufgabe Untersuche die Temperatur eines feuchten Thermometers, wenn es in der Luft bewegt wird. Material 2 Thermometer 1 Becher Gummiring Zusätzlich wird benötigt Saugfähiges Papier Uhr Abbildung 1 www.phywe.com 170550 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 43 S10 Verdunstungswärme von Wasser Aufbau und Durchführung • Fülle ca. 40 ml kaltes Wasser in den Becher. • Halte ein Thermometer hinein, rühre um und lies die Temperatur ab. • Nimm das Thermometer aus dem Wasser, bewege es langsam hin und her und beobachte die Temperatur. • Schreibe deine Beobachtungen auf. • Nimm ein zweites Thermometer, wickle das untere Ende in Filterpapier und befestige das Papier mit einem Gummiring. (Abb. 2) • Halte beide Thermometer in den Becher mit Wasser und rühre um, bis sie die gleiche Temperatur anzeigen. (Abb. 1) • Trage diese Temperatur bei t = 0 min in die Tabelle ein. • Nimm die Thermometer aus dem Wasser und bewege sie langsam hin und her. • Lies jede Minute einen Wert auf den beiden Thermometern ab. • Berühre die Thermometer zwischendurch, sind sie nass oder trocken? • Vervollständige die Tabelle. Abbildung 2 44 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 170550 Verdunstungswärme von Wasser S10 Beobachtung Versuch mit einem Thermometer: ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ Versuch mit zwei Thermometern: Zeit in min Thermometer ohne Papier Temperatur in °C mit Papier Temperatur in °C 0 1 2 3 4 5 6 Sind die Thermometer während der Messung noch nass oder schon trocken? ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ www.phywe.com 170550 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 45 S10 Verdunstungswärme von Wasser Auswertung Vergleiche die Messungen der beiden Thermometer mit und ohne Filterpapier. ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ Du hast außerdem geprüft, ob die Thermometer nass oder trocken waren, findest du einen Zusammenhang zwischen den Messwerten und der Feuchtigkeit der Thermometer? ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ Warum schwitzen wir? ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ 46 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 170550 Verdunsten von Spiritus S11 Gibt es Flüssigkeiten, die sich beim Verdunsten noch mehr abkühlen als Wasser? Aufgabe Wickle um zwei Thermometer saugfähiges Papier und tränke eines mit Spiritus das andere mit Wasser und beobachte den Temperaturverlauf. Material 2 Schraubgläser 2 Thermometer 1 Becher 1 Trichter Gummiringe Zusätzlich wird benötigt Filterpapier, Spiritus Abbildung 1 www.phywe.com 170550 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 47 S11 Verdunsten von Spiritus Aufbau und Durchführung • Fülle ca. 20 ml Wasser in ein Schraubglas. • Lass dir ca. 20 ml Spiritus in den Becher gießen. • Fülle mit Hilfe des Trichters Spiritus in das zweite Glas. (Abb. 2) • Miss die Raumtemperatur und die Anfangstemperaturen von Wasser und Spiritus. Alle Temperaturen sollten möglichst gleich groß sein! • Wickle um das untere Ende der beiden Thermometer ein Stück saugfähiges Papier (Filterpapier). Es wird mit einem Gummiring befestigt. (Abb. 3) • Tauche in jedes Glas ein Thermometer, warte etwa 30 Sekunden, bis sie wieder die Anfangstemperaturen anzeigen und trage sie bei der Zeit von 0 min in die Tabelle ein. • Nimm die Thermometer aus den Gläsern, bewege sie langsam hin und her und beobachte die Temperaturen. • Lies jede Minute einen Wert auf beiden Thermometern ab. • Vervollständige die Tabelle. Abbildung 2 48 Abbildung 3 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 170550 Verdunsten von Spiritus S11 Beobachtung Wasser Zeit in min Temp. in °C Spiritus Temp. in °C 0 1 2 3 4 5 6 Auswertung Vergleiche die Messungen von Wasser und Spiritus. ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ Kennst du Anwendungen, bei denen eine schnelle Abkühlung erforderlich ist? ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ www.phywe.com 170550 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 49 S11 Verdunsten von Spiritus Sicherheitshinweis Brennspiritus Brennspiritus ist eine leichtentzündliche Flüssigkeit. Beim Umgang damit alle offenen Flammen in der Nähe löschen und auch alle anderen Zündquellen (z.B. Feuerzeug etc.) fernhalten. Die Flüssigkeit nicht verschlucken (nicht trinken)! Hautkontakt möglichst vermeiden. Die Dämpfe nicht einatmen. Schutzbrille aufsetzen. Den Brennspiritus nach Beenden des Versuches dem Lehrer zur weiteren Entsorgung übergeben. 50 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 170550 Erniedrigung des Schmelzpunktes durch Salz S12 Kann Wasser auch unter 0°C noch flüssig sein? Aufgabe Fülle einen Becher mit viel Eis und etwas Wasser und gib dann Salz dazu. Versuche, eine möglichst niedrige Temperatur zu erreichen. (Abb. 1) Material 1 Becher 1 Thermometer Zusätzlich wird benötigt 1 Teelöffel Eisstücke Kochsalz Abbildung 1 www.phywe.com 170550 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 51 S12 Erniedrigung des Schmelzpunktes durch Salz Aufbau und Durchführung • Kleine Eisstücke und Salz stehen auf dem Lehrertisch bereit. • Fülle den Becher voll mit Eisstücken. • Gib bis zur Marke 50 ml Wasser dazu, das möglichst kalt ist. • Rühre sorgfältig um und miss die Temperatur. • Beschreibe, wie viel Eis noch im Becher und wie hoch ungefähr der Wasserstand im Becher ist. • Fülle noch einmal Wasser bis zur Marke 100 ml auf. • Gib einen Teelöffel Salz (gehäuft, das sind ca. 7 g Salz) in den Becher. (Abb. 2) • Rühre sorgfältig um und beobachte das Eis. • Miss die Temperatur. • Gib einen weiteren Löffel Salz in den Becher. • Rühre um, beobachte das Eis und miss die Temperatur. Abbildung 2 52 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 170550 Erniedrigung des Schmelzpunktes durch Salz S12 Beobachtung Temperatur von Wasser mit Eis: ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ Was passiert durch Zugabe von einem Teelöffel Salz? ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ Was ändert sich, wenn noch mehr Salz dazu gegeben wird? ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ www.phywe.com 170550 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 53 S12 Erniedrigung des Schmelzpunktes durch Salz Auswertung Kennst du eine Anwendung von diesem Experiment? ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ Gibt es einen Zusammenhang zwischen der Salzmenge und der Temperatur? ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ 54 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 170550 Eis schwimmt S13 Welche Temperatur hat das Wasser unter dem Eis? Aufgabe Untersuche die Temperaturen in einem Becher mit Wasser, auf dem oben Eis schwimmt. Material 1 Becher 1 Schraubglas 2 Thermometer Zusätzlich wird benötigt Eisstücke Abbildung 1 www.phywe.com 170550 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 55 S13 Eis schwimmt Aufbau und Durchführung • Auf dem Lehrertisch stehen Eisstücke bereit. • Fülle den Becher zur Hälfte mit Eisstücken und gib etwa ein Schraubglas mit kaltem Wasser dazu. • Rühre das Wasser mit Eis etwa 1 Minute lang um und beobachte das Eis und das Thermometer. • Welche Temperatur hat das Eiswasser? • Wie viel Eis ist noch vorhanden? • Stelle das Thermometer auf den Boden des Bechers, warte ca. 5 min und lies die Temperatur ab. (Abb. 1) • Halte das zweite Thermometer oben in die Eisschicht und lies die Temperatur ab. (Abb. 2) Abbildung 2 56 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 170550 Eis schwimmt S13 Beobachtung Temperatur des Eiswassers: ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ Wie viel Eis? ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ Temperatur am Boden des Bechers: ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ Temperatur der Eisschicht: ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ Temperatur etwa 2 cm tiefer im Wasser ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ www.phywe.com 170550 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 57 S13 Eis schwimmt Auswertung Kennst du die im Versuch gemachte Beobachtung auch aus der Natur? ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ Welche Vorteile hat es in der Natur, dass unterhalb von Eis noch Wasser ist? ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ ............................................................................................................................ 58 PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved 170550 Phywe Systeme GmbH & Co. KG Robert-Bosch-Breite 10 D-37079 Göttingen Telefon: +49 (0) 551 604-0 Fax: +49 (0) 551 604-107 www.phywe.com www.phywe.com
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