- Nehmt beide Hände. - Zählt mal (die Blasen). - Wenn 10 Blasen aufgestiegen sind, könnt ihr den Kolben mit zwei Fingern am Hals anfassen.

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1 Kommentiertes Wortprotokoll einer Unterrichtsstunde Wärmeausdehnung der Luft Nach der Begrüßung der Klasse erzählt der Lehrer kurz von seinem gestrigen Tischtennisspiel, und zeigt zwei verbeulte Bälle vor, die auf der Strecke geblieben sind. Die Schüler sind interessiert und versuchen das Ausbeulen mit den Fingern, dabei bekommt der eine Ball einen Riss, die Beulen bleiben. Ein Schüler weiß, dass man die Bälle in heißem Wasser ausbeulen kann. Dies wird erfolgreich versucht, der Ball mit dem Riss behält jedoch seine Beule. S: Der eine sieht jetzt wieder aus wie ein ganz Normaler. SS: melden sich L: Ich weiß, dass ihr das jetzt erklären wollt, aber wir sollten uns erst überlegen und festhalten, was wir erklären wollen. Petra? S: Das sich das bei Wärme ausdehnt. L: Es geht um eine Frage, Petra! Christian? S: Wieso dehnt sich der Ball in heißem Wasser aus? L: Der Ball dehnt sich aus hast Du gesagt... Was ist denn eigentlich passiert? S: Die Beule kommt wieder raus. L: Klaus? S: Warum beult sich der Ball wieder aus? L: Ja! (Schreibt den Satz an die Tafel, SS schreiben ab) (Kurze Pause) L: Thomas? S: Durch den Innendruck im Ball ist ja auch Luft und durch die Erhitzung, da dehnt sich die Luft aus, weil sie heißer wird. In kochendem Wasser, da wird die Luft ja heißer, weil sie sich ja der Umgebung anpasst. L: Mh Susanne? S: Die Luft in dem Ball will auch wieder aufsteigen als Dampf. S: Die Luft will entweichen. S: Wenn s kocht, da kommen ja auch Luftblasen hoch, wenn die heiß werden die Luft in dem Ball, die will dann auch hoch und deshalb beult sich das wieder aus. L: Ja, Matthias? S: Luft ist ja leichter als Wasser und dann noch das heiße Wasser dazu dann lässt sich der Ball ganz schwer runterdrücken. Dadurch ist dann auch so eine gewisse Kraft. L: (schreibt an die Tafel) 2. Vermutungen: Luft ist leichter als Wasser. L: Ich versuche jetzt mal in Kurzfassung aufzunehmen, was ihr sagt. Dies war die Vermutung von Matthias. Es waren natürlich schon andere Annahmen da, über die die meisten eben gesprochen haben. Wer kann das eben noch mal kurz zusammenfassen, was viele vermutet haben? Klaus? S: Die Luft im Ball wird heiß und dehnt sich aus. L: Ja (schreibt an die Tafel). So. Habt ihr noch andere Vermutungen? Ich glaube, was Sabine gesagt hatte, war vielleicht noch etwas anderes. Petra? S: Da entsteht durch die Hitze Dampf in dem Ball. Vielleicht wird die Luft so heiß, dass sie so langsam Feuchtigkeit annimmt und dadurch Dampf wird. L: (schreibt an die Tafel) Aber wenn ich das so richtig verstanden habe vermuten die meisten von euch, dass hierin die Erklärung steckt: (unterstreicht an der Tafel: Die Luft wird heiß und dehnt sich aus.) Klaus? S: Das sind nur Vermutungen, das müssen wir erst einmal feststellen. L: Oder anders ausgedrückt, wir müssten untersuchen, ob das tatsächlich so ist, dass sich Luft ausdehnt, wenn sie warm wird. Ihr solltet euch jetzt mal mit eurem Nachbarn zusammen überlegen, wie wir das untersuchen können, ob sich Luft ausdehnt oder was da in dem Ball passiert. Bitte dafür habt ihr jetzt erst einmal einen Moment Zeit. SS: Überlegen und besprechen sich. (ca. 2 Minuten) L: Wer möchte sich dazu äußern oder wer hat einen Vorschlag? Heiko? S: Wir haben uns gedacht, dass wir jetzt einen Becher nehmen mit heißem Wasser und da ein Gefäß drübertun, so dass an den Seiten noch Wasser herumsteht, und wenn dann Heißluft drin ist, dass das dann anfängt zu brodeln.

2 L: Frank? S: Ein Gefäß nehmen, oben einen Korken durchstecken und erhitzen. Dann sehen wir ja was passiert. Entweder zerspringt das Glas oder die Luft hat so viel Druck, dass der Korken rausfliegt, oder es passiert gar nichts. L: (holt Rundkolben und Korken von der Seite) Du meinst also, so ein Gefäß (zeigt Rundkolben eventuell mit Korken obendrauf, der geschlossen ist, ein Stopfen ohne Bohrung) und was kommt hinein? S: - Heißes Wasser nichts nichts. L: Nichts ist da drin? S: Luft ist da drin. L: Klar, und was jetzt machen? S: Gasflamme drunterhalten. L: Aha, also der Grundgedanke war schon ganz gut Heike? S: Es ginge auch, wenn man auf die Öffnung nur ein Blatt (Papier) drauflegt, und wenn jetzt die Hitze drinnen aufsteigt, dass sich das Blatt abhebt. L: Wir wollen aber gern sehen, ob da Luft rauskommt. Susanne. S: Auch da ein Steigrohr reinmachen, mit noch Flüssigkeit oder Wasser darin. Die Luft darf an den Seiten nicht entweichen. Wenn die Luft sich wirklich ausbreitet, müsste die Flüssigkeit doch darin aufsteigen. L: (Holt ein Glasrohr von der Seite und hält es hoch) So ähnlich, wie unser selbstgebautes Thermometer? S: Oder oben einen Luftballon drauf. L: Richtig. Man könnte hier oben auch einen Luftballon drauftun. Man kann die Luft aber noch anders sichtbar machen, die da rauskommen soll. Denkt mal an das Reifenflicken beim Fahrrad! S: Beim Fahrrad macht man doch einfach den Reifen ab und dann nimmt man das unter Wasser, und wenn da Luftblasen hochkommen, dann ist da ein Loch drin. L: Das müssten wir jetzt umsetzen hier für unsere Sache. Klaus? S: Wir legen stellen das Ding ins Wasser, verkehrt herum. L: Und...? S: Und erhitzen es. S: Das geht doch gar nicht. Die Luft will doch immer nach oben. L: Stop, Petra? S: Wenn das Ding verkehrt herum steht, dann kann die Luft überhaupt nicht raus. Wenn dann zu viel Luft reinkommt, dann muss die Luft an den Seiten heraus. Dann sehen wir doch, ob da zu viel Luft drin ist. L: Mhm Thomas? S: Da ist so viel Druck drauf, dann geht die Luft auch nach unten weg. L: Aha Detlef? S: Wenn die sich wirklich ausdehnt, dann geht die auch nach unten weg. L: Gut, das wollen wir sehen! Ich hab euch das mal aufgezeichnet. Ohne Text. (Arbeitsblätter werden verteilt, vgl. S. 191) Seht euch die ersten drei Bilder an. Darin steckt eine Versuchsanleitung. Wer kann bitte sagen, was zu tun ist? Anja? S: Also, man muss den Kolben mit dem Steigrohr schräg in das Glas rein halten mit der Hand an den Kolben... Dann merkt man vielleicht was, wenn der Kolben heiß wird. L: Bild 3 ist ganz wichtig Matthias? S: Wir haben ja auch eine gewisse Körperwärme, dann würden wir die Luft ja auch erwärmen. L: Und wie erwärmen wir die?

3 S: Zeig mal richtig, wie du das meinst. (S. zeigt es am Gefäß) L: Richtig voll mit den Händen herum, ja? Das ist unsere Wärmequelle, da brauchen wir keinen Gasbrenner und nichts weiter, so, dann beobachten wir. Was vermutet ihr, was passiert? Heiko? S: Dass da aus dem Steigrohr Luft herausweicht, die ins Wasser reingeht und dann als Blasen aufsteigt. L: Wollen mal sehen. Ihr zeichnet eure Beobachtungen noch bei Bild 3 hinein. Der Versuch geht aber noch weiter. Seht euch jetzt Bild 4 und 5 an. Das Rohr muss also im Wasser bleiben. Wir werden sehen, was dann weiter passiert. So, Gerät austeilen, je 2 bekommen einen Glaskolben, ein Becherglas... Ich habe das schon zusammengesteckt, weil man sich sehr leicht an den Glaskolben schneiden kann (Gerät wird ausgeteilt, L. verteilt Wasser. Während des Versuchs gibt L. kleine Tipps: - Nehmt beide Hände. - Zählt mal (die Blasen). - Wenn 10 Blasen aufgestiegen sind, könnt ihr den Kolben mit zwei Fingern am Hals anfassen. - Beobachtet jetzt weiter. - Bei Bild 3 kann man ganz einfach einzeichnen, was ihr beobachtet habt. - Jetzt haltet noch mal mit zwei Fingern den Kolben fest, - so, dass das Glasrohr noch 1 bis 2 Zentimeter ins Wasser eintaucht. - Beschreibt eure Beobachtungen! Jan?

4 S: Da ist jetzt Wasser drin im Steigrohr, das hat sich angesogen. L: Wie hoch ist es ungefähr gestiegen? S: Dreiviertel voll. L: Kannst du es in Zentimetern sagen? S: 4 bis 5 Zentimeter. S: Bei uns 2 Zentimeter. L: Ist es bei einer Gruppe nicht hochgestiegen? (Keine Meldung) Dann lasst den Kolben jetzt stehen und zeichnet eure Beobachtungen in Bild 4 und 5 ein. (SS zeichnen) L: Wer sagt jetzt bitte einmal, was in Bild 4 gezeichnet wird? Uwe? S: Gar nichts L: Richtig. Da waren keine Blasen und da stieg auch kein Wasser! und in 5, was zeichnet ihr da ein? S: Das gestiegene Wasser im Rohr. L: Gut. SS: zeichnen L: Stefan wollte jetzt erklären. S: Wenn die Luft raus ist, die... sich dann wieder abkühlt, dann entsteht ein Unterdruck und dadurch wird dann das Wasser eingesaugt. L: Petra? S: Wenn man da anfasst, dann wird die Luft innendrin wärmer und dehnt sich natürlich aus. Und kommt raus, weil sie sich ausdehnt. Jetzt nimmt man die Hände wieder weg, und die Luft innendrin wird natürlich wieder kälter. Jetzt kann sich die Luft innendrin, die Luft, die herausgekommen ist, nicht wieder reinholen und... L: Stop. Das letztere war ganz wichtig. Anke? S: Deshalb zieht es das Wasser rein, weil es ja weniger Luft hat. Es schrumpft sozusagen und dann zieht es das Wasser in dem Rohr hoch. L: Petra? S: Es zieht das Wasser hoch, damit keine leere Stelle Es kann keine leere Stelle entstehen. Die Luft kann es nicht zurückholen, also muss es Wasser nehmen. Weil im Wasser keine Luft ist, nimmt es Wasser ganz klar! L: Wer möchte dazu noch etwas sagen? Was können wir also als Ereignis aufschreiben? Anke hatte eben einen schönen Ausdruck. Die Luft... S:... die raus ist, kann überhaupt nicht mehr zurück. L: Nein, die, die drin geblieben ist. S: Die schrumpft. L: Wie können wir das noch anders sagen? S: Zieht sich zusammen. L: Ja! Können wir das jetzt im Ergebnis festhalten, was wir auch auf unser Blatt schreiben? Wer hat einen Vorschlag? In Kurzfassung all das, was Petra, Stefan und andere eben erklärt haben. Luft... S: Luft zieht sich zusammen. L: Den ersten Teil darfst du nicht vergessen, Stefan. S: Bei Wärme dehnt sich Luft aus und zieht sich beim Abkühlen wieder zusammen. L: (schreibt den Satz an die Tafel: 4. Ergebnis: Wärme...) So, und jetzt haben wir auch gleich die Überschrift für unseren Bogen und für unsere Tafel. Wer hat einen Vorschlag? Klaus? S: Ausziehen und Zusammenziehen von Wärme-Ausdehnung. L: Von wem? S: Von Luft. L: Susanne. S: Ausdehnen und Zusammenziehen von erwärmter Luft. L: Macht das Zusammenziehen auch die erwärmte Luft? SS: Von erwärmter und abgekühlter Luft. L: Ja, so wollen wir es hinschreiben. (L. schreibt an die Tafel, Schüler in ihre Blätter). L: Jetzt kommen wir noch einmal zurück auf unseren Anfang. Wir hatten doch noch einen Ball und mit diesem Ball hat das Ausbeulen nicht geklappt. Kannst du sagen, warum das nicht funktioniert hat? Uwe?

5 L: (gibt Uwe den Ball) Guck ihn dir noch einmal an! S: Weil da ein Riss drin ist. L: Wenn man das ins Wasser legt, dann kommt die Luft aus dem Riss wieder raus. S: Wenn der Ball im Wasser liegt, dann kann sich die Luft da drin ja gar nicht ausdehnen. Die kommt dann durch den Riss wieder nach oben. L: Karsten S: Ausdehnen kann sie sich schon, aber da entsteht kein Druck. S: Der Ball ist geöffnet, dadurch geht der Druck schon aus dem Riss raus. L: Wer geht durch den Riss raus? S: Die Luft. L: Welche? S: Die in dem Ball die erwärmte Luft. L: Die erwärmte Luft die heiße Luft. So, jetzt wollen wir uns überlegen, wo das, was wir heute festgestellt haben, auch außerhalb der Schule eine Rolle spielt. S: Man braucht das auch zum Bollonfahren. L: Erkläre mal. S: Da hat man auch so einen Brenner als Wärmequelle und dann ist da ein riesiger Ballon, da ist über dem Brenner etwas drübergestülpt und die Heißluft steigt in den Ballon und dadurch hebt der Ballon ab. L: Ja, das ist aber noch ein bisschen komplizierter, da spielt auch noch etwas anderes eine Rolle. S: Die Luft im Ballon wird erwärmt, nicht die Wand von außen. L: Ja, das war wie beim Ball hier. S: Beim Luftballon, wenn wir ihn aufblasen, denn wir atmen ja warme Luft aus. L: Ja, es gibt aber noch ein paar andere Dinge, da kann man sich manchmal drüber ärgern. S: Ein Kochtopf, der kocht Wasser, das siedet. Der Deckel wackelt dann, wenn sich der Dampf ausdehnt. L: Mh, ihr kommt wohl nicht drauf. Es kann euch passieren, dass ihr in einem heißen Sommer in die Badeanstalt gegangen seid und habt euer Fahrrad abgestellt. Wenn ich an Rosdorf denke, da ist kein Schatten, da stellt man das Rad in die Sonne, und wenn ihr rauskommt, habt ihr ne Panne. Detlef? S: Da scheint die Sonne immer auf den Reifen, und da will sich die Luft ausdehnen und weil er ja heil ist dehnt sich die Luft aus, kann nicht raus und er platzt. L: Ja. S: Das kann man auch mit einem Fussball machen, mit einem Plastikball, wenn man ihn in die Sonne legt. Das ist mir passiert: Als ich wiederkam, war er kaputt Fetzten! S: Wenn mein Ball in der Sonne liegt, wird er ganz prall, ohne dass wir ihn aufpumpen. L: Ja, und warum wird er dann im Winter wieder ein bißchen schlaffer? S: Weil da ja keine warme Luft ist, weil es da ja kalt ist. L: Ja. Fallen euch noch andere Dinge ein, wo die Wärmeausdehnung der Luft eine Rolle spielt? Heiko? S: Zum Beispiel auf den Straßen. Wenn man da im Sommer guckt, flimmert das immer. Das nennt man Thermik. L: Hat das was mit der Wärmeausdehnung der Luft zu tun? S: Auf der Teerstraße ist die Luft besonders heiß. Da dehnt sich ja dann auch aus. L: Gut. Dann wollen wir abräumen. SS: (beginnen mit dem Abbau) L: Eure Hausaufgabe ist es, zu jedem Bild, außer zum ersten, einen Satz zu schreiben, der das beschreibt, was ihr beobachtet habt. Die Stunde ist beendet, die Klasse wird verabschiedet.