Druck in Gasen und Flüssigkeiten zählt zu den curricular verankerten Inhaltsfeldern im Chemie- und Physikunterricht der Sekundarstufe I. Mit diesem Modul möchten wir Lernende in der Anlage, Durchführung und Auswertung von Experimenten zur Erkundung des Zusammenhangs zwischen Kraft, Fläche und resultierendem Gasdruck unterstützen und eine labornahe, durch digitale Messwerterfassung unterstützte Einführung des grundlegenden Druckbegriffes ermöglichen.
Um den Zusammenhang zwischen Kraft, Fläche und Druck zu bestimmen werden in diesem Modul die folgenden Materialien genutzt:
- drei Spritzen mit unterschiedlichen Kolbenflächen, bzw. Volumina
- drei unterschiedliche Massenstücke
- digitaler Gasdrucksensor
- digitales Endgerät
- Stativmaterial
Unterrichtsimpulse zur Datenerfassung, Aufbereitung und Auswertung mit den Videos:
Die Lernenden arbeiten einzeln oder in Kleingruppen mit den Videos. Zuvor sollte gemeinsam besprochen werden, welche Daten aus dem Video dokumentiert werden müssen (z.B. Kolbendurchmesser der Spritze, genutztes Massenstück, Druck im Inneren der unbelasteten Spritze, Druck im Inneren der mit dem Massenstück belasteten Spritze).
Bei der Arbeit in Kleingruppen bietet sich die Nutzung der Videoversionen 02, 03 und 04 an. Im anschließenden Klassengespräch können die verschiedenen Ergebnisse zusammengetragen und verglichen werden.
Durch die Datenaufbereitung und -auswertung werden die instrumentellen und analytischen Fähigkeiten der Lernenden geschult. Zur Bestimmung des Zusammenhangs aus Kraft, Fläche und Druck müssen die Lernenden zunächst aus dem Durchmesser der Spritzenkolben die zugehörige Fläche sowie die zu den Massenstücken zugehörige Gewichtskraft berechnen.
Durch das Darstellen der Messwerte in einem Kraft-Druck-Diagramm können die Lernenden den linearen Zusammenhang zwischen den beiden Größen erkennen. Der Schnittpunkt der Ausgleichsgerade mit der y-Achse entspricht ungefähr dem Druck im Inneren der unbelasteten Spritze, die Steigung annähernd dem Kehrwert der Kolbenfläche 1/A.
Tipp: Zu diesem Modul gibt es ein interaktives Lernvideo.
Weiterführende Informationen finden Sie zudem in Meier, M., Stinken-Rösner, L. & Zeller, D. (2022): Vom Rezipieren zum Interagieren – Interaktive Videoformate für den naturwissenschaftlichen Unterricht. Unterricht Biologie 475, 44–47.
Das (differenzierte) Videomaterial „Druck in Gasen“
Videoversion 01
Experiment (komplett)
Im Video wird der Gasdruck im Inneren von drei Spritzen mit unterschiedlichen Kolbenflächen durch das Platzieren verschiedener Massenstücke auf dem jeweiligen Kolben variiert. Es werden drei aufeinanderfolgende Durchführungen des Experimentes vorgenommen.
Videoversion 02
Experiment (einzelne Messreihen)
Es stehen drei Mess-Clips des Experimentes zur Verfügung. In jedem ist eine Messreihe enthalten.
Videoversion 03 Experiment (Spritzen)
Es stehen drei Mess-Clips zur Verfügung. In jedem wird eine der Spritzen nacheinander mit drei unterschiedlichen Massenstücken beschwert. Es werden drei aufeinanderfolgende Durchführungen der Messreihe vorgenommen.
Videoversion 04
Experiment (Massen)
Es stehen drei Mess-Clips zur Verfügung. In jedem werden alle drei Spritzen nacheinander mit dem gleichen Massenstück beschwert. Es werden drei aufeinanderfolgende Durchführungen der Messreihe vorgenommen.
Hier können Sie sich zusätzlich das Bild mit allen nötigen Materialien herunterladen. Es kann Ihren Schülerinnen und Schülern als Unterstützung und ersten Impuls für die Planung zum Experiment dienen.