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Experimente zum Thema Energie

Autor/inn/en:
Publikation: 15.3.2007
Lernstufe: 3
Übersicht: Wind, Sonne, fallende Gegenstände: Die denken sich Experimente aus, bei denen verschiedene Energiequellen eingesetzt werden.
Angestrebte Kenntnisse: Materie und Energie: einfache Beispiele für Energiequellen und Energieerzeugung
Dauer: ca. 10 Unterrichtsstunden
Material: Für die gesamte Unterrichtseinheit, jeweils pro Vierergruppe:
Kaufen:
  • 1 Solarzelle
  • 4 elektrische Kabel mit Krokodilklemmen
  • 1 Leuchtdiode (LED)
  • 1 6V-Motor
  • 1 Generator (Dynamo)
  • 1 Holzstab oder Plastikstab mit einem Loch (Länge = 10 cm, Durchmesser = 10 mm)
  • 10 kleine Plastiklöffel
Von zu Hause mitbringen oder in der Schule vorhanden:
  • 1 Korken
  • 1 langes Lineal
  • Knete
  • Schnur (ca. 10 m)
  • 2 Büroklammern
  • 1 Plastikflasche
Bauen:
  • 1 Windrad mit Holzstab (das evtl. auch schon vor dieser Unterrichtseinheit, bei einer anderen Gelegenheit gebastelt wurde)
Herkunft: La main à la pâte, Paris
Bewertung:
(noch keine Bewertung)

Dieses Modul wurde von der École des Mines in Nantes und Grundschul­lehrern ausgearbeitet.

Inhalt der Unterrichtseinheit

  1. Was ist Energie? Erste Vorstellungen und Literaturrecherche
  2. Wind ist eine Energiequelle
  3. Fallende Gegenstände als Energiequellen
  4. Von der Sonnenenergie zur elektrischen Energie

1. Was ist Energie? Erste Vorstellungen und Literaturrecherche

Dauer: 2 oder 3 kurze Unterrichtsstunden

Zunächst werden die Anfangsvorstellungen der Kinder zum Begriff Energie gesammelt. Man kann das Gespräch durch Fragen folgender Art in Gang bringen: Was ist Energie? Wozu dient Energie? Kennt ihr Energiequellen? Man kann auch eine Zeichnung mit verschiedenen einfachen Gegenständen (ein Segelschiff, eine Lampe, ein Fahrrad usw.) verteilen und die Kinder auffordern, die Energiequelle zu identifizieren.

Kommentar von La main à la pâte

Am Anfang kann man mit der gesamten Klasse arbeiten. Die erste Vorstellung, auf die die Kinder kommen sollten, ist Folgende: Energie dient dazu etwas zu machen. Die verschiedenen von den Schülern genannten Energiequellen kön­nen in einer zweispaltigen Tabelle zusammengefasst werden: Energiequelle, Verwendung. Die Literaturrecherche geschieht dann in kleinen Gruppen, wobei jede Gruppe eine Energiequelle untersucht. Jede Gruppe berichtet anschlie­ßend über die Ergebnisse ihrer Recherche und stellt der Klasse die gefundenen Nachschlagewerke/Sachbücher und Informationen zur Verfügung.

2. Wind ist eine Energiequelle

Dauer: 3 oder 4 Unterrichtsstunden

Die Kinder bauen eine Vorrichtung, bei der Windenergie dazu genutzt wird, einen Gegenstand hochzuheben.

Der Lehrer regt die Diskussion an, indem er die Schüler fragt, was der Wind draußen bewirkt (die Bäume bewegen sich, die Blätter fliegen). Dann bittet er sie, einige Gegenstände zu nennen, die deutlich machen, dass Wind eine Ener­giequelle ist (eine Windmühle, ein Segelschiff usw.).

Anschließend stellt er ihnen folgende Aufgabe: Wie kann man einen Gegen­stand mit Hilfe von Windenergie anheben? Jede Gruppe bekommt genug Zeit, um über die Aufgabe zu diskutieren und eine Vorrichtung zu entwerfen; an­schließend holt sich jede Gruppe ihr Material.

Nach folgendem Schema wird hier "Energie" mit "eine Bewegung verursachen" assoziiert:

Luftbewegung → Apparatur → Bewegung eines Gegenstands

Zur Verfügung gestelltes Material

Alles, was man braucht, um ein Windrad herzustellen: z. B ein quadratisches Stück Papier (20 cm x 20 cm), ein Holzstab, eine Musterklammer, Klebeband.
Man kann den Kindern auch ein Bild oder eine Bastelanleitung für ein Windrad zur Verfügung stellen.

Ein Windrad herstellen

  1. Ein quadratisches Blatt Papier (20 cm x 20 cm) nehmen und es entlang der gestrichelten Linien einschneiden.
  2. Die Mitte mit einer Musterklammer durchstechen.
  3. Die mit einem Punkt markierten Ecken zur Mitte umschlagen und mit Klebeband am Kopf der Musterklammer festkleben, anschließend die "Flügel" der Musterklammer am Holzstab befestigen.
Schema eines quadratischen Blatt Papiers mit gestrichelten Linien

Abb. 1: Quadratisches Blatt Papier (20 cm x 20 cm) mit gestrichelten Linien

Was man noch braucht

Draht (z. B. 2 Büroklammern), Schnur, die untere Hälfte einer leeren Plastik­flasche, einen kleinen Gegenstand, der hochgehoben werden soll (z. B. ein Geldstück, eine Schraube, ein Ring).

Hier einige Beispiele von Vorrichtungen zum Anheben eines Gegenstands:

Schema: Vorrichtung zum Anheben eines Gegenstands

Abb. 2: Eine Vorrichtung zum Anheben eines Gegenstands

Man kann auch das Prinzip eines Fahrstuhls verwenden:

Schema: Eine weitere Vorrichtung zum Anheben eines Gegenstands

Abb. 3: Eine zweite Vorrichtung zum Anheben eines Gegenstands

Kommentar von La main à la pâte

Schüler der Lernstufe 3 (4. bis 6. Klasse) wissen im Allgemeinen, dass Wind bewegte Luft ist. Hier geht es jetzt darum, diese Bewegung auf einen Gegenstand zu übertragen, um eine gewisse Arbeit zu verrichten. Um eine funktionierende Vorrichtung zu haben (wie die oben vorgeschlagenen), muss man mehr als eine Unterrichtsstunde einplanen.

Vorschlag:

3. Fallende Gegenstände als Energiequellen

Material pro Vierergruppe

Ziel: Zeigen, dass ein Gegenstand, der an Höhe verliert (also ein fallender Gegenstand), auch eine Energiequelle ist; dadurch kann zum Beispiel ein anderer Gegenstand verschoben werden.

Die erste Unterrichtsstunde beginnt mit einer Diskussion. Der Lehrer verkündet den Schülern anschließend das Ziel dieser Stunde: Es soll gezeigt werden, dass ein fallender Gegenstand eine Energiequelle ist. Er stellt den Kindern folgende Aufgabe: Sie sollen sich einen Versuch ausdenken, bei dem durch einen fallenden Gegenstand ein anderer bewegt werden kann. Man lässt jeder Gruppe Zeit, über die Aufgabe zu diskutieren und eine Vorrichtung zu entwer­fen; anschließend holt sich jede Gruppe ihr Material.

Kommentar von La main à la pâte

Indem der Lehrer den Schülern Fragen zu ihren ersten Projektentwürfen stellt, führt er sie zu funktionierenden Aufbauten. Auf diese Weise sind die Schüler an der Entwicklung und der Umsetzung der Versuche beteiligt. Hier einige Vorschläge für Versuchsaufbauten:

Das Hebelprinzip:

Schema des Hebelprinzips

Abb. 4: Schema des Hebelprinzips

Die Verwendung eines Gegengewichts:

Schema: Die Verwendung eines Gegengewichts

Abb. 5: Verwendung eines Gegengewichts

Man könnte eine schiefe Ebene hinzufügen, um den Gegenstand nach oben zu bewegen; man kann auch eine Rolle verwenden, um die Reibung zu vermin­dern. Die Kinder können auch darüber nachdenken, ob man einen Gegenstand bewegen kann, ohne eine Energiequelle zu benutzen? Was macht zum Beispiel ein kleines Auto, das man oben auf eine Schräge stellt?

4. Von der Sonnenenergie zur elektrischen Energie

Ziel: Sonnenenergie ausnutzen, um einen Motor zum Laufen oder eine Leucht­diode zum Leuchten zu bringen. Die Schüler sollten bereits einige Kenntnisse über Stromkreise haben.

Material pro Vierergruppe:

Die Kinder verwenden mehrere kleine Solarzellen, die einen Motor oder eine Leuchtdiode mit Strom versorgen. Die Unterrichtsstunde beginnt mit einer Diskussion: Die Kinder werden gefragt, ob sie wissen, wo Sonnenenergie eingesetzt wird? Der Lehrer zeigt ihnen einen Solartaschenrechner und fragt sie, mit was für Energie er funktioniert.

An jede Gruppe werden eine Solarzelle, ein Motor und Kabel verteilt. Es wird folgende Aufgabe gestellt: Wie kann man einen Motor unter Nutzung von Sonnenenergie zum Laufen bringen? Anschließend kann man die Schüler auf­fordern, mit Sonnenenergie eine Leuchtdiode zum Leuchten zu bringen. Mit einer einzigen Solarzelle funktioniert das nicht. Wenn sich die Schüler gut an das Modul über Elektrizität erinnern, kommen sie vielleicht auf die Idee, meh­rere Zellen in Reihe zu schalten.

Bei der Verwendung von Leuchtdioden, sollte auf die Polarität der Klemmen geachtet werden.

Schema: Ein Motor wird mit Solarenergie betrieben

Abb. 6: Ein Motor wird mit Solarenergie betrieben.

Kommentar von La main à la pâte

Es wird geraten, mehr als eine Unterrichtsstunde einzuplanen, damit genügend Zeit da ist, um die Kenntnisse über Elektrizität aufzufrischen. So ist gewähr­leistet, dass die Kinder sich aktiv an dem Aufbau der Experimente beteiligen.

Solarzellen funktionieren auch mit künstlichem Licht (z. B. die Solartaschen­rechner) und es mag verlockend sein, an einem bewölkten Tag, die Solarzellen in künstliches Licht zu halten ... was dazu führt, dass man elektrischen Strom mit elektrischem Strom produziert!

Letzte Aktualisierung: 6.4.2015

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