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Homepage > Aktivitäten > Ökologie > Bauen und Wohnen > Mein Haus, mein Planet und ich! > 3: Wohnen und Energie > Mit Sonnenenergie Wasser erwärmen

Unterrichtsstunde 3.5: Wie kann man mit Sonnenenergie Wasser erwärmen?

Autor/inn/en:
Publikation: 12.4.2011
Lernstufe: 3
Ziele:
  • Verstehen, wie die Sonne Wasser erwärmen kann.
  • Erkennen, dass eine dunkle Fläche sich stärker erwärmt als eine helle.
  • Erkunden, wie ein Gewächshaus funktioniert.
Angestrebte Kenntnisse:
  • Handwerkliche und technische Fähigkeiten entwickeln.
  • Ein Versuchsprotokoll ausarbeiten können.
Schwerpunkt: Naturwissenschaften und Technologie
Wortschatz: Sonnenenergie, Sonnenkollektoren, Wasserboiler
Dauer: 1 Stunde 30 Minuten (mit einer einstündigen Pause in der Mitte)
Material:

Für die Klasse (für die 3 folgenden Unterrichtsstunden):

  • Tesafilm
  • Plexiglasscheiben (notfalls Klarsichtfolie)
  • Spiegel oder Alufolie
  • Wasserflaschen
  • Wasser
  • Thermometer
  • Dämmstoffe: Wolle, Kork, Styropor, ...
  • Wäscheklammern
  • Farbe in verschiedenen Farbtönen
  • Lupen
  • Behälter aus unterschiedlichem Material und mit unterschiedlichen Abmessungen (Schachteln, Plastikdosen, Kochtöpfe, Aluminiumschalen, Plastikschalen [von Gemüse z. B.], ...)
  • Schläuche
  • Schnell trocknender Alleskleber (oder noch besser: Neoprenkleber) zum Abdichten
  • Werkzeug wie Scheren, Cutter, ...
Herkunft: La main à la pâte, Paris

Pädagogische Anmerkung

Das Thema "erneuerbare Energien" in Haus und Wohnung ist sehr vielfältig. Es bieten sich zahlreiche Untersuchungsgegenstände für den Unterricht an: das Licht der Sonne (Erzeugung von Elektrizität mit Solarzellen [Fotovoltaik]), die wärmende Wirkung der Sonne (Sonnen­kollektoren, Wasserboiler, Solarkocher), Windkraft, Biogas usw. Im vorliegenden Projekt wird die Thematik nur teilweise behandelt: In den drei folgenden Unterrichtsstunden geht es ledig­lich um die wärmende Wirkung der Sonne. Die Erkundung eines mit Sonnenenergie betrie­benen Wasserboilers hat folgende Vorzüge:

Einstiegsfrage

Der/die Lehrer/in fragt die Kinder (bzw. fragt sie noch einmal, falls die Frage früher schon gestellt wurde), ob man Wasser mit Sonnenenergie erwärmen kann. Die meisten antworten mit Ja. Die Aufmerksamkeit richtet sich dann auf das "Wie". "Wie lässt sich Wasser mit Sonnenenergie erwärmen?"

Untersuchung

Die Schüler/innen bilden Gruppen und bekommen folgenden Arbeitsauftrag: "Denkt euch eine Anordnung aus, mit der man zeigen kann, wie Wasser von der Sonne erwärmt wird."

Kinderzeichnung: Wie man mit Sonnenenergie Wasser erwärmen kann

Abb. 1: Kinderzeichnung 1 – Wie kann man Wasser mit Sonnenenergie erwärmen?
(5. Klasse von Emmanuelle Wilgenbus, Antony, Frankreich)

Kinderzeichnung: Wie man mit Sonnenenergie Wasser erwärmen kann

Abb. 2: Kinderzeichnung 2 – Wie kann man Wasser mit Sonnenenergie erwärmen?
(2./3. Klasse von Isabelle Salier und Muriel Levresse, Straßburg, Frankreich)

Gemeinsame Erörterung

Die Vorschläge werden gemeinsam erörtert. Der/die Lehrer/in hebt die wichti­gen Parameter in den Vorschlägen der einzelnen Gruppen hervor. Manche den­ken zum Beispiel, dass man schwarze Farbe verwenden sollte, weil "Schwarz Wärme anzieht". Andere schlagen Lupen oder Spiegel vor, um "Sonnenstrahlen zu sammeln". Wieder andere sind der Meinung, dass ein Metallbehälter geeig­neter sei, weil er sich besser erwärmt als Plastik. Am Ende richtet sich die Aufmerksamkeit auf folgende Parameter:

Pädagogische Anmerkung

Es ist nicht schlimm, wenn den Schüler/inne/n nicht all diese Parameter klar sind. Sie werden sich in der folgenden Unterrichtsstunde noch einmal mit ihrer Bedeutung auseinandersetzen können, wenn es darum geht, die effizienteste Methode zu finden, um Wasser mit Sonnenenergie zu erwärmen.

Untersuchung mit Experiment

Die/der Lehrende sollte darauf achten, dass jedem/jeder Schüler/in die Schwie­rig­keit klar ist, die die Vielfalt der Parameter mit sich bringt. Ändert man mehrere Parameter gleichzeitig (indem man zum Beispiel einen silberfarbenen Metall­behälter mit einem durchsichtigen Plas­tikbehälter vergleicht), kommt man zu keinem Schluss (ist die Farbe oder das Material der Grund für ein anderes Ergebnis?). Also muss jeder Parameter einzeln geprüft werden.

Jede Gruppe nimmt sich einen – und nur einen – Parameter zur Prüfung vor. Sie erarbeitet ein Versuchsprotokoll und füllt einen "Bestellzettel" aus für die Materialien, die sie verwenden möchte. Wenn dann die/der Lehrende das Ganze gutgeheißen hat (der Protokollentwurf muss klar der Fragestellung entsprechen und der Bestellzettel muss sich auf die verfügbaren Mate­rialien beschränken), beginnen die Gruppen mit dem Versuch.

Das Wetter muss natürlich mitspielen, die Sonne muss scheinen! Die Dauer der "Bestrah­lung" hängt u. a. vom Ort, der Jahreszeit, dem Wetter und der Uhrzeit ab. Man sollte realisti­scherweise eine Stunde einplanen. Wichtig ist, dass alle Gruppen gleichzeitig mit dem Ver­such beginnen und ihn gleichzeitig beenden. In der Zwischenzeit kann sich die Klasse mit etwas anderem beschäftigen.

Fotos: Experimente zum Erwärmen von Wasser mit Sonnenenergie

Abb. 2: Wie hängt die Erwärmung von folgenden Faktoren ab?
- der Farbe des Gefäßes,
- ob das Gefäß offen oder geschlossen ist (Styropor),
- ob das Gefäß offen oder geschlossen ist (Metall),
- der Dicke der Wasserschicht,
- dem Material des Gefäßes,
- der Form des Gefäßes.

Gemeinsame Erörterung und Schlussfolgerung

Die Schüler/innen erkunden, wie groß der Einfluss der einzelnen Parameter ist. Die/der Leh­rende ordnet die Ergebnisse in Form einer Tabelle, etwa wie folgt:

Form des Behälters Offen oder geschlossen Wasser-
menge
Material Farbe Dämmung
großflächig: 24°C offen: 22°C 10 cl: 25°C Plastik: 22°c Schwarz: 25°C Nein: 24°C
kompakt: 22°C geschlossen (Deckel trans­pa­rent): 26°C 20 cl: 24°C Metall: 24°C Weiß: 21°C Ja (Wolle): 25°C
  geschlossen (Deckel nicht transparent): 23°C 30 cl: 23°C Glas: 24°C Silber­farben: 25°C  
        Transparent: 21°C  

Tab. 1: Ergebnisse der 5. Klasse (CM2) von Christine Blaisot, Le Mesnil-Esnard, Frankreich

Die Klasse zieht aus den Versuchen den Schluss, dass sich Wasser mit Sonnenstrahlen erwärmen lässt und erkennt auch, auf welche Parameter man achten sollte, damit die Son­nenenergie möglichst effizient genutzt wird.

Letzte Aktualisierung: 11.3.2015

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