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Homepage > Aktivitäten > Meteorologie > Klima > Das Klima, mein Planet und ich! > 3: Was sind die Ursachen des Klimawandels? > Alternatives CO2-Experiment

Unterrichtsstunde 6a: Alternatives Experiment zur Demonstration, dass CO2 ein Treibhausgas ist

Autor/inn/en:
Publikation: 12.1.2012
Lernstufe: 3
Ziele:
  • Zeigen, dass Kohlendioxid ein Treibhausgas ist.
Material: Für die ganze Klasse:
  • zwei identische große Marmeladen- oder Gurkengläser
  • ein kleineres Marmeladenglas für die Herstellung des CO2's
  • zwei identische und genaue Thermometer
  • eine starke Lampe (500 W)
  • ein kleines Stück Schlauch (∅ ca. 8 mm, möglichst durchsichtig)
  • Knete zum Abdichten oder besser: Durchführungsringe aus dem Elektronikhandel
  • mehrere Päckchen Backpulver
  • ein Stück Tonkarton (ca. 20 cm × 30 cm)
Herkunft: Sonnentaler, Berlin

Beschreibung des Experiments

Bei diesem Experiment wird der Temperaturverlauf in zwei großen Marmeladengläsern ver­glichen, die von einer starken Lampe (500 W) beschienen werden. In dem einen Marmela­denglas befindet sich einfach Luft, in dem zweiten wird die Luft teilweise durch CO2 ersetzt.

Dazu wird das CO2 kurz vor der Messung extern produziert, indem Backpulver in ein klei­nes, halbvoll mit Wasser gefülltes Marmeladenglas gegeben wird. Das entstandene CO2 wird über einen kleinen Schlauch in das zweite Marmeladenglas geleitet. Die Lampe ist in einem Abstand von ca. 20 cm vor den Gläsern angebracht, so dass beide Gläser gleich stark beschienen werden. Um Letzteres zu gewährleisten, muss vor der eigentlichen Messung unbedingt eine Kontrollmessung erfolgen.

Foto: Aufbau des CO2-Experiments

Abb. 1: Aufbau des CO2-Experiments

Ziel des Experiments ist auch hier wieder zu zeigen, dass die Temperatur in dem mit CO2 gefüllten Glas schneller ansteigt als in dem mit Luft gefüllten.

Der Vorteil dieser "trockenen" Variante des CO2-Experiments ist, dass man das Problem mit den an den Gefäßwänden kondensierenden Flüssigkeitströpfchen nicht hat. Dafür ist der Modellcharakter des Experiments schwerer zu durchschauen. Beide Gläser sehen gleich aus; man "sieht" nicht, dass sich in dem einen CO2 befindet (höchstens wenn man nach der Messung das Glas öffnet und ein Streichholz hineinhält – das Streichholz erlischt sofort). Bei der dunklen kohlensäurehaltigen Flüssigkeit kann man dagegen sehen, wie die Bläschen aus der Flüssigkeit entweichen.

Vorbereitung des Experiments und Kontrollmessung

Auch dieses Experiment funktioniert nur dann, wenn es sehr genau durchgeführt wird. Die/der Lehrende sollte es unbedingt ein paar Tage vorher einmal ausprobiert haben.

In die Deckel der Marmeladengläser müssen Löcher gestanzt werden (mit Hilfe eines Henkellocheisens, einer Lochzange oder eines Metallbohrers). Jeder Deckel sollte ein Loch in der Mitte haben, bei den großen Gläsern zum Einführen der Thermometer, bei dem kleinen Glas zum Einführen des Schlauches. Da in das eine Marmeladenglas das CO2 geleitet wird, muss neben dem mittigen Loch für das Thermometer etwas seitlich noch ein weiteres Loch gestanzt werden, um das andere Ende des Schlauches einführen zu können. Nach Einführen von Thermometer oder Schlauch sollte das Loch abgedichtet werden, zum Beispiel mit etwas Knete oder, wie auf dem Foto in Abb. 2, mit einem Durchführungsring aus dem Elektronikhandel.

Foto: Deckel mit gestanzten Löchern

Abb. 2: Anordnung der gestanzten Löcher in den Deckeln der Marmeladengläser. Ebenfalls sichtbar sind die weißen Papierstreifen vor den Thermometerspitzen.

Inwieweit die Schüler/innen in diese vorbereitenden Arbeiten einbezogen werden, hängt ein bisschen von ihrer Anzahl, ihrem handwerklichen Geschick und der zur Verfügung stehen­den Zeit ab. Auch bei der im Folgenden beschriebenen Kontrollmessung, sollte sich die/der Lehrende überlegen, ob die Zeit reicht, um die Schüler/innen mit einzubeziehen.

Kontrollmessung

Bevor man mit der eigentlichen Messung beginnt, ist es ganz wichtig, dass man eine Kontrollmessung macht. Die beiden Gläser und die Lampe müssen so positioniert werden, dass der Temperaturverlauf in beiden Gläsern gleich ist, wenn sich in beiden "nur" Luft befindet. Es reicht in der Regel nicht aus, die Lampe so aufzustellen, dass sie auf der "Mittellinie" (die genau zwischen beiden Gläsern durchgeht) steht. Dieses exakte Positio­nieren kann langwierig sein, weil man die Lampe immer wieder ausschalten muss und warten muss, bis die Temperatur wieder gesunken ist. Es ist deshalb eventuell sinnvoll, dass die/der Lehrende dieses Kalibrieren vorab macht.

Auch wenn die Schüler/innen bei der Kontrollmessung nicht anwesend waren, sollte man ihnen die Wichtigkeit eines solchen Verfahrens vermitteln. Wenn man auf solch eine Kontrollmessung verzichtet, ist das Messergebnis beliebig: Es kann das herauskommen, was man "erwartet", aber genauso gut das Gegenteil.

Worauf man achten sollte

Beispiel einer Messung

Für die didaktische Herangehensweise siehe die Datei "Wie kann man zeigen, dass CO2 ein Treibhausgas ist?" Auch hier soll wieder 10 Minuten lang jede Minute (besser ist jede halbe Minute) die Temperatur in beiden Gläsern abgelesen werden. Die Messwerte werden in eine Tabelle eingetragen und anschließend in einem Diagramm dargestellt. Das Dia­gramm in Abb. 3 zeigt ein Beispiel einer Kontrollmessung und Abb. 4 die nach der Kon­trollmessung durchgeführte eigentliche Messung, bei der in das zweite Glas CO2 einge­leitet wurde. Man sieht einen zwar kleinen aber deutlichen Unterschied zwischen beiden Kurven: Im Glas mit CO2 ist es nach 10 Minuten um ca. 2,5 Grad wärmer.

Diagramm mit den Messwerten der Kontrollmessung

Abb. 3: Kontrollmessung: In beiden Gläsern befindet sich Luft. In das Glas mit dem blauen Temperaturverlauf wird später CO2 eingeleitet.

Diagramm mit den Messwerten der eigentlichen Messung

Abb. 4: Eigentliche Messung: In dem einen Glas befindet sich "nur" Luft (rote Kurve), in das andere wurde CO2 eingeleitet (blaue Kurve).

Die Temperaturverläufe der Abbildungen 3 und 4 wurden mit Hilfe von zwei digitalen Thermometern aufgenommen, die an ein CASSY, ein Gerät zur automatischen Messwerterfassung, angeschlossen waren. Das ist natürlich eine sehr bequeme und genaue Messmethode, aber mit einem parallaxefreien Ablesen der Temperatur an zwei normalen Thermometern kommt man zu ähnlichen Ergebnissen.

Zurück zur Schlussfolgerung des CO2-Experiments.

Letzte Aktualisierung: 11.2.2014

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