Wärmeleitung zählt zu den curricular verankerten Inhaltsfeldern im Physikunterricht der Sekundarstufe I. Mit diesem Modul möchten wir Lernende in der Anlage, Durchführung und Auswertung von Experimenten zur Erkundung des Wärmetransports in unterschiedlichen Metallen unterstützen und ein labornahes, mit digitale Messwerterfassung unterstütztes Lernen ermöglichen.
Um die Wärmeleitfähigkeit unterschiedlicher Metalle zu bestimmen werden in diesem Modul die folgenden Materialien genutzt:
- Metallstäbe (Kupfer, Messing, Aluminium und Stahl, jeweils 5 mm Durchmesser)
- Wachsperlen (zur Befestigung der Münzen an den Stäben)
- fünf Münzen pro Metall
- Bunsenbrenner
- Stativmaterial (Stativfuß, Stativstange & Doppelmuffe)
Unterrichtsimpulse zur Datenerfassung, Aufbereitung und Auswertung mit den Videos:
Durch die Datenerfassung und -auswertung werden die instrumentellen und analytischen Fähigkeiten der Lernenden geschult. Die Lernenden arbeiten einzeln oder in Kleingruppen mit den Videos zu den verschiedenen Metallen. Hier wäre auch ein Gruppenpuzzle didaktisch zielführend und zeiteffektiv, indem die Lernenden in Expertengruppen die Daten zu einem Metall generieren. In den Stammgruppen werden die einzelnen Datensätze zusammengeführt und gemeinsam ausgewertet. In dieser Phase können die Videos mit den Wärmebildaufnahmen die Auswertung unterstützen. Im abschließenden Klassengespräch nach einer arbeitsteiligen Gruppenarbeit (ohne Stammgruppe) können die verschiedenen Ergebnisse ebenso zusammengetragen, verglichen und mit Hilfe der Wärmebildaufnahmen ausgewertet werden.
Zu Beginn der jeweiligen methodisch umgesetzten Datenerfassung sollte gemeinsam besprochen werden, welche Daten aus dem Video dokumentiert werden müssen (z. B. gewähltes Material, Zeit bis zum Fallen der n-ten Münze, Farbverlauf im IR-Bild).
Zur Bestimmung der Leitfähigkeit unterschiedlicher Metalle müssen die Lernenden die Zeiten ermitteln, nach denen die Münzen sich vom Metallstab lösen und zu Boden fallen. Durch die Darstellung der Messwerte in einer N-Zeit-Tabelle/Diagramm, wobei N der n-ten Münze entspricht, kann die Wärmeleitfähigkeit der verschiedenen Metalle qualitativ miteinander vergleichen werden. Neben den realen Aufnahmen der einzelnen Versuchsansätze, stehen jeweils ergänzende, mit der Wärmebildkamera aufgenommene Versionen zur Verfügung. Durch den Einsatz der Wärmebilder wird der Temperaturgradient innerhalb des jeweiligen Metallstabes farblich visualisiert.
Weiterführende Informationen zum Modul finden Sie in Stinken-Rösner, L. & Meier, M. (2023): Experimentiervideos – Mehr als ein Ersatz für Realexperimente. Plus Lucis, 3, 17-21.
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.
Bild Materialübersicht