Unterrichtsstunde 5.2 (fakultativ): Kompaktheit und Wärmeverlust
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| Publikation: | 12.4.2011 |
| Lernstufe: | 3 |
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| Schwerpunkt: | Naturwissenschaften und Technologie |
| Wortschatz: | Kompaktheit, Bauweise |
| Dauer: | 1 Stunde |
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Für jede Gruppe:
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| Herkunft: | La main à la pâte, Paris |
Einstiegsfrage
Die vorherige Unterrichtsstunde hat gezeigt, dass Wohnanlagen zwar die gleiche Wohnfläche haben können, sich jedoch in der Größe der Außenflächen stark unterscheiden können. Der Lehrer baut mit ein paar Würfeln zwei Häuser, deren umbauter Raum gleich ist, wobei aber das eine sehr kompakt (zum Beispiel kubisch) gebaut ist und das andere sehr ausgedehnt. Er bringt den Schülern den Begriff der Kompaktheit näher, durch eine Definition wie diese: "Eine kompakte Bauweise hat eine kleine Oberfläche". Der Lehrer fragt anschließend: "Wenn man im Winter die Heizung ausschalten würde, welche Wohnungen würden dann schneller kalt werden?"
Die Schüler schreiben ihre Vermutungen auf und denken über ein Experiment nach, mit dem sie diese Frage beantworten könnten.
Pädagogische Anmerkungen
- Es geht hier um ein Modell: Wasser steht für die Luft im Inneren des Hauses (für die Luft, die warm gehalten werden soll);
- Die Kontaktfläche von Wasser und Luft stellt die Außenwände dar;
- Der Behälter hat keine besondere Funktion, er dient nur dazu, dem Wasser einmal eine ausgedehnte und einmal eine kompakte "Form" zu verleihen;
- Die beiden Behälter müssen aus dem gleichen Material und von gleicher Wandstärke sein. Man kann sie auch noch mit einer Wärmedämmung versehen, um das Entweichen von Wärme "auf den Seiten" zu minimieren. Uns interessiert ausschließlich der Übergang von Wärme zwischen Wasser und Luft.
Jede Gruppe führt mit den vorhandenen Materialien das Experiment durch.
Abb. 1: Zwei mit Wasser gefüllte Wannen, die eine kompakt, die andere flach
Abb. 2: Temperaturverlauf in den beiden unterschiedlichen Wannen
In dem abgebildeten Versuch hat die Klasse Plastikbehälter (aus der Küche) verwendet und ein Messbecher benutzt, um die gleiche Wassermenge in beide Behälter zu gießen. Im großen Behälter hat das Wasser eine bedeutend größere Kontaktfläche zur umgebenden Luft: Die Temperatur sinkt schneller ab als im kompakten Behälter.
Der Lehrer fragt die Schüler anschließend, was passiert wäre, wenn sie statt warmem Wasser sehr kaltes genommen hätten. Die Frage wird gemeinsam erörtert. Dann wird auch dieser Versuch zur Überprüfung der Vorhersagen durchgeführt.
Die Schüler stellen fest, dass in beiden Versuchen das Wasser mit der größeren (der Luft ausgesetzten) Oberfläche schneller "reagiert", sich also schneller erwärmt bzw. abkühlt.
Formative Evaluation
Diese kann gemeinsam an der Tafel erfolgen, mit den Bauten, die der Lehrer zu Anfang der Unterrichtsstunde dort angebracht hat (zwei Wohnanlagen, die eine kompakt, die andere ausgedehnt). Zwei Fragen sollen beantwortet werden:
- Welche der beiden Wohnanlagen lässt sich im Winter leichter warmhalten? Welche verbraucht weniger Energie?
- Welche der beiden Wohnanlagen ist im Sommer leichter zu klimatisieren? Welche verbraucht weniger Energie für die Klimaanlage?
In beiden Fällen ist die Antwort einfach: "Die kompaktere Bauweise ist günstiger, man spart Energie (im Winter fürs Heizen, im Sommer für die Klimaanlage)."
Zusammenfassung
Die gemeinsam erarbeitete Zusammenfassung wird in die Arbeitshefte und auf das Poster geschrieben. Zum Beispiel:
"Eine kompaktere Bauweise ist energiesparend. Im Sommer bleibt es länger kühl, im Winter länger warm. Daher ist das Wohnen in Bauten mit mehreren Wohneinheiten ökologischer als das Einfamilienhaus."
Mögliche Fortsetzungen
Man kann hier auf die traditionellen Bauweisen in den verschiedenen Ländern zurückkommen und feststellen, dass in kalten Gegenden sehr kompakt gebaut wird. Das beste Beispiel ist das Iglu, denn die Halbkugel ist die kompakteste Bauform überhaupt. So lassen sich Wärmeverluste so gering wie möglich halten.
Man kann diese Unterrichtsstunde durch graphische Darstellungen ergänzen (siehe die Fortsetzungen der Unterrichtsstunde 3.1 zu Dämmmaterialien).
Letzte Aktualisierung: 29.11.2023
