Kreidenschäume - Kinderträume · von offenen Flammen und Wärmequellen fernhalten, Flaschen immer...

Dr. Alice Pietsch: Kreidenschäume - Kinderträume Teil 2, Mail: [email protected]

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Kreidenschäume - Kinderträume

Integrierte naturwissenschaftliche Frühförderung

Teil 2

Dr. Alice Pietsch


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Inhaltsverzeichnis: 1. Gefahrensymbole ……………………………………………………………………… 3

2. Was man beim Experimentieren beachten soll ………………………………………. 4

3. Integration naturwissenschaftlicher Themen in den Sachkundeunterricht ……………. 5

4. Naturwissenschaftliches Basiswissen - Thema Luft ………………………………….. 6

5. Experimente zum Thema Luft ………………………………………………………… 9

1. Luft ist nicht nichts (1) ………………………………………………………………. 9 2. Luft ist nicht nichts (2) ………………………………………………………………. 10 3. Luft ist nicht nichts (3) ………………………………………………………………. 11 4. Luft ist nicht nichts (4) ………………………………………………………………. 12 5. Tischtennisballspiel ………………………………………………………………….. 13 6. Luftdruck ……………………………………………………………………………. 14 7. Luftströmung 1 ………………………………………………………………………. 15 8. Luftströmung 2 - Schwebende Tanzbälle …………………………………………….. 16 9. Tanzend Schlange …………………………………………………………………...... 17 10. Die zerdrückte Kunststoffflasche …………………………………………………….. 18 11. Kerze im Windschatten ………………………………………………………………. 19 12. Die Teefee - für jedes Problem gibt es eine Lösung …………………………………… 20

6. Naturwissenschaftliches Basiswissen - Thema Farbstoffe …………………………… 21

1. Reise eines Farbtropfens ……………………………………………………………….. 22 2. Zuckerbilder …………………………………………………………………………… 23 3. Backpulvervulkan …………………………………………………………………… 24 4. Aus schwarz wird bunt ………………………………………………………………. 25 5. Farbenspiel mir Schokolinsen ………………………………………………………… 26 6. Farbkreisel ……………………………………………………………………………. 27


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1. Gefahrensymbole Mit folgenden Gefahrensymbolen

1 sind sie auch im Alltag konfrontiert: Bitte achten Sie bei Klebstoffver-packungen, Waschmitteln, Reinigungsmitteln usw. auf die angebrachten Gefahrensymbolen. Sie sollen sie vor unsachgemäßer Handhabung schützen!

Symbol Bezeichnung Wirkunge n Vorsichtsmaßnahmen

sehr giftig: T + giftig: T

führen in geringen Mengen zu schweren gesundheitlichen Schäden oder zum Tode

nicht einatmen, berühren, verschlucken, bei Vergif- tungen Arzt aufsuchen

gesundheitsschädlich: Xn

führen in größeren Mengen zu gesundheitlichen Schäden oder zum Tode

wie oben, Erbrechen ver- ursachen, Gegengift, Magen auspumpen

reizend: Xi

führen bei Berührung mit Haut oder Augen zu Entzündungen und reizen die Atemwege

nicht einatmen, nicht berühren, Kontakt mit den Augen vermeiden

ätzend: C

zerstören Haut- und Körper- gewebe, irreparable Augen- schäden sind möglich

Berührung mit Haut und Augen meiden, Schutz- brille und Handschuhe

hochentzündlich: F + leichtentzündlich: F

brennen und bilden mit Luft explosionsfähige Gemische

von offenen Flammen und Wärmequellen fernhalten, Flaschen immer schließen

brandfördernd: O

bei Mischung mit brennbaren Stoffen entstehen explosions- gefährliche Gemische

nicht mit brennbaren Stof- fen mischen, Reibung meiden, sauber aufbewahren

explosionsgefährlich: E

explodieren durch Schlag, Reibung, Funkenbildung, Feuer oder durch Hitzeentwicklung

anmeldepflichtig, nicht reiben, stoßen, Feuer-, Wärmeentwicklung meiden

umweltgefährlich: N

sind für Wasser- oder Boden- organismen giftig und können Ökosysteme schädigen

nur im Sondermüll ent- sorgen, keinesfalls in die Umwelt gelangen lassen

1 Quelle: www.seilnacht.com


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2. Was man beim Experimentieren beachten soll Diese vier Regeln soll man in der naturwissenschaftlichen Frühförderung unbedingt einhalten2: 1. Lange Haare zusammenbinden und auf den Rücken legen.

2. Beim Experimentieren soll man keine Kleider mit langen weiten Ärmeln tragen.

3. Ohne Erlaubnis soll man nichts Essen und Trinken.

4. Mit Gasgeräten und heißem Wasser soll man sehr sorgsam umgehen.

2 Quelle: http://www.chemie-im-alltag.de/articles/0065/Chemie_im_Kindergarten.pdf (Stand 25.07.2009)


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3. Integration naturwissenschaftlicher Themen in den Sachkundeunterricht

Durch die Integration von einfachen Experimenten in die Bearbeitung von Themen im Sachkunde-unterricht kann einfaches naturwissenschaftliches Grundlagenwissen vermittelt werden. Folgende Experimente können zur Vermittlung von Wissen über Luft, Säuren, Lösung und Farben eingesetzt werden:

Experimentname

Naturwissenschaftliches Thema:

Luft/Luftströmung

Luftdruck/ Unterdruck

Säuren, Basen

Lösungen

Farben, Farben -

Stofftrennung Luft ist nicht nichts 1,2,3,4 (vier Versuche)

X

Tischtennisballspiel X

Luftdruck- X Luftströmung, Schwebende Tanzbälle

X

Tanzende Schlange X Die zerdrückte Kunsttofflasche

X

Kerze im Windschatten X Die Teefee X

Die Reise eines Farbtropfens

X

Zuckerbilder – (auch Ergänzung zum Thema Zucker)

X X

Aus schwarz wird bunt, Trennen von Farbgemischen X Chromatographie mit Schokolinsen X Farbkreisel X Backpulvervulkan (Variante zum Kreidenschaumversuch) X


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4. Naturwissenschaftliches Basiswissen

I. Thema Luft

Die Zusammensetzung der Luft

Als Luft bezeichnet man das Gasgemisch der Erdatmosphäre. Trockene Luft besteht hauptsächlich aus den zwei Gasen Stickstoff (rd. 78 %) und Sauerstoff (rd. 21 %). Daneben gibt es noch die Komponenten Argon (Edelgas, 0,9 %), Kohlenstoffdioxid (0,04 %), Wasserstoff und andere Gase in Spuren. Wasserdampf ist in wechselnden Mengen (im Mittel 0,4 %) enthalten, aber in den obigen Werten nicht mitgerechnet. Im natürlichen Zustand ist die Luft geruch- und geschmacklos.

Quelle: http://www.uni-duesseldorf.de/MathNat/Biologie/Didaktik/Atmung/start/voraus/bildvor/kreiluft.jpg (Stand 23.07.2009)

Stickstoff Das Gas Stickstoff ist äußerst reaktionsträges farbloses und geruchloses Gas. Im Stickstoffkreislauf kann er in für Lebewesen nutzbare Verbindungen überführt werden und zum Aufbau ihrer Aminosäuren benötigen. Sauerstoff Der Sauerstoff der Luft ist über die Photosynthese entstanden. In der Atmosphäre wird der Sauerstoff für die biologische Atmung und die chemischen Verbrennungsvorgänge benötigt. Der in der Luft enthaltene Sauerstoff ist für alle aeroben Landlebewesen überlebensnotwendig, die ihn zur Atmung benötigen.

Argon Argon ist ein Edelgas und sehr reaktionsträge. Dank seiner Reaktionsträgheit wird Argon beim Schweißen als Schutzgas eingesetzt oder auch wegen seiner im Vergleich zur Luft kleineren Wärmeleitfähigkeit als Dämmung für Fensterscheiben. In Glühlampen kommt Argon wegen dieser beiden Eigenschaften ebenfalls zum Einsatz. Wasserdampf Wasserdampf ist leichter als Luft (62,5 % des Luftgewichtes) und steigt daher nach oben, kondensiert aber zu Wassertröpfchen (Wolken), sobald er entsprechend kalte Luftschichten erreicht. Oberhalb davon ist der Wasserdampfgehalt deshalb sehr gering, sodass er gemittelt über die gesamte Atmosphäre nur 0,4 % beträgt.


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Kohlenstoffdioxid Die biologische Hauptbedeutung des Kohlenstoffdioxids (umgangssprachlich oft auch als Kohlendioxid bezeichnet) liegt in seiner Rolle als Kohlenstofflieferant für die Photosynthese. Pflanzen nutzen das in der Luft enthaltene Kohlenstoffdioxid zur Photosynthese. Für fast alle Pflanzen ist dies die einzige Kohlenstoffquelle. Durch den lichtabhängigen Stoffwechselzyklus der Pflanzen, also der Wechselbeziehung zwischen Atmung und Photosynthese, können die bodennahen CO2-Konzentrationen im Tagesgang schwanken.

Weiters ist das Kohlenstoffdioxid verantwortlich für den natürlichen und künstlichen Treibhauseffekt:

Natürlicher Treibhauseffekt

Die Atmosphäre als Wärmespeicher der Erde.

Die Sonnenenergie wird von der Erde zum Teil absorbiert, zum Teil wieder abgestrahlt. Diese Balance zwischen

Ein- und Abstrahlung entscheidet über das Klima. Der natürliche Treibhauseffekt beruht auf der Tatsache, dass

die Erdatmosphäre für kurzwellige Strahlung durchlässiger ist als für langwellige.

Der Teil der Sonneneinstrahlung mit kleinerer Wellenlänge durchquert die Atmosphäre und führt der Oberfläche

Energie zu. Dadurch erwärmt sich die Erdoberfläche. Die Erde selbst strahlt wiederum Energie in Form von

Wärmestrahlung mit höherer Wellenlänge ab. Ein Teil davon wird von den natürlichen Treibhausgasen

(Kohlendioxid, Spurengase) in der Atmosphäre absorbiert und wieder zur Erde zurückgestrahlt.

Durch diesen natürlichen Effekt wird die Erde um 33 °C wärmer und damit bewohnbar. Die durchschnittliche

Temperatur an der Erdoberfläche beträgt +15° C, ohne den natürlichen Treibhauseffekt läge sie bei -18° C.

Der Mensch verändert die Atmosphäre.

Künstlicher Treibhauseffekt

Als Folge menschlicher Aktivitäten, vor allem durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe, steigt die

Konzentration des wichtigsten Treibhausgases CO2 in der Atmosphäre an. Insbesondere die Konzentration von Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4) wurde vom Menschen drastisch erhöht.

Der CO2-Gehalt steigt aber auch aufgrund der zunehmenden Entwaldung der Erde, da die Bäume fehlen, die

durch Photosynthese CO2 in Sauerstoff umwandeln und dadurch eine große Senkung der für

Kohlendioxidkonzentration bilden.

Quelle: http://www.hvv-mobility.com/upload/redaktion/05_G_Triebhaus.jpg (Stand 25.07.2009)

Kohlenstoffmonoxid Kohlenstoffmonoxid (umgangssprachlich oft auch als Kohlenmonoxid bezeichnet) ist ein unsichtbares brennbares giftiges Gas, das bei Verbrennungen mit Sauerstoffmangel entsteht. Es blockiert den


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Sauerstofftransport im Blut und kann schon in geringen Dosen zum Tod führen. Auch schädigt es die Photosynthese der Pflanzen. Es wird u. a. in Automotoren erzeugt, die Hauptquelle für Kohlenstoffmonoxid sind jedoch mit ca. 60 % Emissionen aufgrund von Bränden der Vegetation. Ozon Ozon (von griechisch ozein „riechen“) ist ein aus drei Sauerstoffatomen aufgebaut. Spuren von Ozon-Gas in der Luft zerfallen unter Normalbedingungen innerhalb einiger Tage zu Sauerstoff. Einerseits verursacht Ozon bei Menschen und Tieren Reizungen der Atemwege und andererseits schützt das Gas die Lebewesen vor der Schädigung durch energiereiche ultraviolette Strahlung der Sonne.

Als Ozonloch wird eine ungewöhnlich starke, geographisch abgegrenzte Abnahme der Ozonschicht bezeichnet, die auf chemischen Abbauprozessen beruht. Das Ozonloch wurde Ende der 1970er Jahre zunächst nur über der Südpolarregion, später (1992) auch über der Nordpolarregion beobachtet.

Der Abbau des Ozons wird durch gasförmige Halogenverbindungen verursacht. Es gibt zwar auch natürliche Quellen, doch wird das gegenwärtige Ozonloch nach heutigem Wissensstand durch die vom Menschen zusätzlich in die Atmosphäre gebrachten Fluorchlorkohlen-wasserstoffe (FCKW) verursacht. Der Abbau der Ozonschicht hat negative Folgen für Mensch und Umwelt, da UV-Strahlung nicht mehr im natürlichen Umfang absorbiert wird.

Abb.: (Größte Ausdehnung des antarktischen Ozonlochs am 24. September 2006. Quelle: Wikipädia)


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5. Experimente zum Thema Luft

1. Luft ist nicht nichts (1)

Lernziel: Erkennen von Stoffeigenschaften Didaktischer Zugang: In deinem Zimmer hast du schon länger nicht mehr aufgeräumt und es ist recht staubig geworden. Diesen Zustand kennst du sicher! Aber was macht man, wenn gerade dann das Haustelefon läutet und die so pingelige und wissbegierige Tante Berta unangemeldet zu Besuch kommt? Du rast in dein Zimmer und überlegst wie du so schnell als möglich den Staub entfernen kannst. Hast du schon eine Idee? Kannst du daraus vielleicht noch ein Experiment machen, mit dem du Tante Berta beeindrucken kannst? Was brauche ich?

• 1 Strohhalm • Unterschiedliche leichtere (Federn, Papierstückchen) und schwerere

Dinge (Kugelschreiber)

Was muss ich tun? Blase die einzelnen Gegenstände mit dem Strohhalm solange an, bis sie sich bewegen. Was kann ich sehen? Die Gegenstände werden je nach Masse vom Luftstrom leichter oder schwerer bewegt. Was habe ich gelernt? Ich kann die Luft spüren, wenn ich die Luft anblase. Der Luftstrom kann Gegenstände bewegen. Sind die Gegenstände leicht, genügt schon schwaches Blasen und die Dinge bewegen sich. Haben Gegenstände eine größere Masse, sind sie träger und man muss durch festeres Blasen einen stärkeren Luftstrom erzeugen, um sie bewegen zu können.


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2. Luft ist nicht nichts (2) Lernziel: Erkennen von Stoffeigenschaften Didaktischer Zugang: Überlege, wie du Luft „angreifen und fühlen“ könntest? Was brauche ich?

• 1 Luftballon • 1 Stück Schnur zum Zubinden

Was muss ich tun? Blase den Luftballon auf und binde ihn zu. Bitte eine andere Person, dass sie dir Beim Zubinden hilft. Greife den Luftballon nun an und drücke in ein wenig.

Was kann ich spüren? Im Luftballon befindet sich Luft, die du nun spüren und bewegen kannst. Was habe ich gelernt? Ist die Luft nicht im Luftballon „eingesperrt“, entweicht sie als Gas zwischen den Fingern und du kannst sie nicht angreifen.


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3. Luft ist nicht nichts (3) Lernziel: Erkennen von Stoffeigenschaften Didaktischer Zugang: Du wirst nicht gerne nass und überlegst dir, wie du beim Untertauchen in Wasser trocken bleiben könntest. Vielleicht hast du Lust, dies zu probieren? Als kleiner Tipp, Luft spielt eine wesentliche Rolle. Welche Rolle sie spielt, sollst du selbst herausfinden. Was brauche ich?

• 1 große durchsichtige Salatschüssel, zur Hälfte mit Wasser gefüllt • 1 Glas mit Wasser gefüllt • 1 Glas leer • 2 Gummibärchen • 1 Alubecher eines Teelichts • Etwas Watte

Was muss ich tun und was kann ich dabei sehen?

Fülle ein Glas mit Wasser und das andere bleibt „leer“. Drehe nun das „leere“ Glas um und tauche es vorsichtig in die mit Wasser gefüllte Schüssel und nimm es anschließend wieder vorsichtig heraus. Es ist trocken geblieben. Wenn du das Glas erneut in das Wasser tauchst und beim Herausziehen etwas schräg haltest, kannst du die Luftblasen sehen, die entweichen. Nun werden die beiden Gummibärchen in den mit Watte ausgelegte Aluminiumbecher gelegt und auf das Wasser in der Schüssel gesetzt. Im Anschluss daran, stülpt man das mit Luft gefüllte Glas über die Gummibärchen und drückt das Glas vorsichtig nach unten.

Was habe ich gelernt? Taucht man das „leere“ Glas unter, bleibt es trocken, da ja nicht nichts, sondern Luft in dem Glas ist. Die Gummibärchen und die Watte bleiben auch trocken, da ja Luft in dem Glas ist, wie man durch die durchsichtige Salatschüssel gut beobachten kann. Du hast gesehen, dass ein leeres Glas nicht leer ist, sondern Luft beinhaltet. Sie entweicht, wenn du das Glas mit Wasser füllst. Wenn die Luft jedoch nicht aus dem Glas entweichen kann, kann auch kein Wasser in das Glas eindringen. Das hast du gemerkt als du das leere Glas ins Wasser getaucht hast. Dort, wo ein Gegenstand ist, kann gleichzeitig kein zweiter sein.

Quelle: Lück, G.: Leichte Experimente für Eltern und Kinder, Herder-Verlag, Freiburg 2005.


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4. Luft ist nicht nichts (4) Lernziel: Erkennen von Stoffeigenschaften Zugang: Wenn du Freude an Geschicklichkeitsübungen hast, kannst du eine Menge über Luft herausfinden. Probiere folgendes Experiment aus! Was brauche ich?

• 1 große durchsichtige Salatschüssel, zur Hälfte mit Wasser gefüllt • 2 Gläser

Was muss ich tun und was kann ich sehen? Bitte einen Erwachsenen, dass er dir das Experiment einmal vorzeigt. Wenn du alles gut beobachtet hast, kannst du bei diesem Versuch auch deine Geschicklichkeit trainieren. Bitte, das Folgendes gemacht wird: Ein Glas muss mit Wasser gefüllt werden und wird mit einer Hand mit der Öffnung nach unten in die Wasserschüssel getaucht, ohne dass der Wasserspiegel sinkt. Mit der anderen hand drückt man ein leeres Glas an den Boden der Schüssel. Die beiden Gläser werden dicht nebeneinander gehalten. Durch schräg halten des Glases, das mit Luft gefüllt ist, kann die Luft das Wasser in dem anderen Glas verdrängen. Was habe ich gelernt Luft ist leichter als Wasser und entweicht nach oben. Man kann daher Luft nur „unter“ Wasser umfüllen. Bläst man Luft mit einem Trinkhalm in ein Glas mit Wasser, verdrängt die Luft zunächst das Wasser und stiegt dann auf, da Sie leichter als Wasser ist. Quelle: Lück, G.: Leichte Experimente für Eltern und Kinder, Herder-Verlag; Freiburg 2005.


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5. Tischtennisballspiel Lernziel: Erkennen von Stoffeigenschaften Zugang: Hast du Lust mit deinen Freunden/innen ein Spiel zu spielen und gleichzeitig etwas zu lernen? Wenn ja, dann probiert das Tischtennisspiel aus? Was braucht ihr?

• zwei Eimer zu je 2/3 mit Wasser gefüllt • mehrere Tischtennisbälle • Dicke Strohhalme

Was müsst ihr tun?

Ihr bereitet das Tischtennisball-Spiel vor: ein Eimer wird zu 2/3 mit Wasser gefüllt, dann schüttet man die Tischtennisbälle dazu. Ein weiterer Eimer mit Wasser wird daneben positioniert. Dicke Strohhalme werden bereitgestellt. Tischtennisball-Spiel: jeweils mehrere Gruppen treten gegeneinander an. Aufgabenstellung: mit Hilfe der Strohhalme müssen alle Tischtennisbälle aufgesaugt und in den zweiten Eimer transportiert werden. Diejenige Gruppe, die diese Aufgabe am schnellsten erledigt, hat gewonnen. Man kann die Wettkämpfe natürlich variieren, z.B. Bälle mit Strohhalmen herausfischen und über eine Entfernung von einem Meter transportieren etc. Was müssen wir tun, damit die Tischtennisbälle am Strohhalm haften bleiben? Was kann man lernen? Die Tischtennisbälle werden durch selbst erzeugten Unterdruck (Ansaugen mit dem Strohhalm) von einem Eimer zum nächsten transportiert. Unterdruck heißt das Zauberwort! Je stärker der Unterdruck, umso besser die Haftung! Bei zusätzlicher Anwendung mit Flüssigkeiten kann die Haftung erhöht werden. Du kannst das beispielhaft an zwei Glasscheiben veranschaulichen. Zunächst lege zwei kleine Glasscheiben übereinander, sie lassen sich wieder leicht voneinander trennen. Wenn man nun Wasser zwischen die beiden Glasscheiben gibt, so sind sie nur sehr schwer von einander trennbar. Die verstärkte Haftung ist auf die enorme Haftkraft zwischen den Flüssigkeitsmolekülen, den Wasserstoffbrückenbindungen, zurückzuführen. Quellen: Cerman Z., Barthlott W. & Nieder J. 2007. Erfindungen der Natur. Bionik - Was wir von Pflanzen und Tieren lernen können. Hill B. (Hrsg.) 2006. Bionik. Lernen von der Natur. Duden Paetec GmbH, Berlin, Frankfurt a.M. Nachtigall W.2007. Natur macht erfinderisch. Das große Ravensburger Buch der Bionik. Ravensburger Buchverlag Otto Maier GmbH, Ravensburg. Autorin/Kontakt: Astrid Wonisch Regionales Fachdidaktikzentrum Biologie und Umweltkunde Schubertstrasse 51a, 8010 Graz [email protected] http://biologie.didaktik-graz.at


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6. Luftdruck Lernziel: Erkennen von Stoffeigenschaften Fragestellung: Warum rinnt kein Wasser aus dem umgedrehten Glas aus? Hast du eine Idee? Probiere es aus und überlege!

Was brauche ich?

• 1 Glas • Wasser • Stück Karton oder eine Spielkarte

Was muss ich tun? Fülle das Glas randvoll mit Wasser. Lege ein Stück Karton auf das Glas, so dass das Glas vollständig abgedeckt wird. Drücke den Karton ganz fest gegen das Glas. Halte das Glas nun über eine Schüssel und drehe es um. Nimm vorsichtig deine Hand vom Karton weg. Was kann ich sehen? Aus dem umgedrehten Glas rinnt kein Wasser aus. Was habe ich gelernt? Wenn du das Glas herumdrehst, drückt das Wasser im Glas mit seinem Gewicht auf die Innenseite des Kartons. Aber auf die Außenseite des Kartons drückt der Luftdruck stärker. Er kommt durch das Gewicht der Luft, die uns umgibt, zustande. Da der Druck sich in der Luft in alle Richtungen gleichmäßig verteilt, drückt er von unten gegen den Karton. Achtung! Wenn zwischen dem Karton und dem Rand des Glases ein Spalt entsteht, fließt das Wasser aus!

Autorin/Kontakt: Dipl.Päd. Astrid Hammernik [email protected] 8151 HS Hitzendorf


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7. Luftströmung (1) Lernziel: Erkennen von Stoffeigenschaften Fragestellung: Warum schwebt ein Tischtennisball in einem Luftstrom?

Was brauche ich?

• Haarföhn • Tischtennisball

Was muss ich tun? Halte den Föhn mit der Öffnung nach oben und schalte ihn ein. Lege den Tischtennisball vorsichtig in den warmen Luftstrom.

Was kann ich sehen? Der Tischtennisball schwebt in der Luft.

Was habe ich gelernt? Mit dem Föhnmotor werden warme Luftströmungen erzeugt. Dieser warme Luftstrom kann den Tischtennisball tragen. Dadurch schwebt der Tischtennisball in der Luft. Auch die Wassertröpfchen in den Wolken werden von den Luftströmungen getragen.

Autorin/Kontakt: Dipl.Päd. Astrid Hammernik [email protected] 8151 HS Hitzendorf


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8. Luftströmung (2) - Schwebende Tanzbälle

Lernziel: Erkennen von Stoffeigenschaften Fragestellung: Warum schwebt ein Tischtennisball in einem Luftstrom?

Was brauche ich?

• Knick-Trinkhalm • 1 Styroporkugel, Durchmesser 3 cm

Was muss ich tun?

Den Knick-Trinkhalm im Knickberich zunächst auseinander ziehen und dann um 90 Grad knicken. Das lange Stück des Trinkhalmes ist waagerecht mit einer Hand zuhalten. Dabei zeigt das kurze abgeknickte Stück senkrecht in die Luft. Tief einatmen und gleichmäßig in die Öffnung des langen Trinkhalmstücks blasen. Während des Blasens wird die Styroporkugel mit zwei Fingern der anderen Hand in geringer Entfernung über die Öffnung des kurzen Trinkhalmstücks gehalten und schließlich losgelassen. Was kann ich sehen? Die Kugel wird regelrecht in den Luftstrom hineingesaugt. Sie ist auch nur schwer daraus weg zu bewegen und fällt nicht herunter. Sogar in einer Schräglage bleibt die Kugel innerhalb des Luftstroms. Manchmal dreht sie sich dabei um ihre waagerechte Achse. Was habe ich gelernt? Die bewegte Luft teilt sich an der runden Oberfläche der Kugel und umströmt sie gleichmäßig. Der Druck im Bereich der strömenden Luft ist niedriger als in der umgebenden Luft. Deshalb bleibt die Kugel in diesem bewegten Bereich wie in einem Sog gefangen. Dieser Effekt wird nach dem Entdecker Bernoulli entsprechend Bernoulli-Effekt genannt.

Quelle: http://www.kontexis.de/front_content.php?idart=1030 (Stand 25.07.2009)


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9. Tanzende Schlange

Lernziel: Erkennen von Stoffeigenschaften Fragestellung: Wie kann man eine Papierschlange dazu bringen, sich zu drehen? Was brauche ich?

• Papier • Schere • Buntstifte • Nähgarn • Klebeband • warmer Heizkörper

Was muss ich tun? Mit Hilfe einer Schablone wird ein Kreis auf ein Stück Papiergezeichnet und ausgeschnitten. Mit einem dunklen Buntstift wird auf diesem Kreis eine Spirale gemalt. Soll die Schlange bunt bemalt werden, ist dies der richtige Zeitpunkt dafür. Entlang der Spirallinie wird die Schlange ausgeschnitten. In die Mitte im Inneren der Spirale wird ein Loch zum Befestigen des Nähgarns gestochen. Diese Stelle kann evtl. mit etwas Klebeband verstärkt werden. Eine besonders geeignete Stelle zum Aufhängen der Spirale ist über einem warmen Heizungskörper. Was kann ich sehen? Die Schlange fängt an sich zu drehen.

Was habe ich gelernt? Die warme Luft steigt nach oben und drückt von unten auf die Flächen der Papierspirale. Diese gibt dem Druck nach, indem sie ihn in eine Drehbewegung umsetzt. Quelle: http://www.kontexis.de/front_content.php?idart=1377 (Stand 25.07.2009)


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10. Die zerdrückte Kunststoffflasche Lernziel: Erkennen von Stoffeigenschaften Fragestellung: Wie kann man eine Kunststoffflasche ohne Hände zerdrücken? Was brauche ich?

• Heißes Wasser • Kaltes Wasser • 1 Kunststoffflasche • 1 Schüssel, in der die Kunststoffflasche Platz hat

Was muss ich tun? Fülle in die Flasche vorsichtig etwa 3 bis 5 cm hoch heißes Wasser und verschließe sie gut. Lege sie nun in die Schüssel, die du vorher mit kaltem Wasser gefüllt hast. Das Wasser soll die Flasche fast bedecken. Was kannst du sehen? Die Flasche wird nach einiger Zeit zusammengedrückt. Was habe ich gelernt? Zunächst erhitzt das heiße Wasser die Luft in der Flasche, die sich ausdehnt, und bringt auch einen Teil der Luft zum entweichen, bevor du den Verschluss festschraubst. Legst du die Flasche ins kalte Wasser, verbeult sie sich, da sich die Luft im Inneren nun abkühlt und zusammenzieht. Quelle: http://imst.uni-klu.ac.at/programme_prinzipien/rn_tn/bundeslaender/ooe/links/handreichung.pdf (Stand 25.07.2009)


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11. Kerze im Windschatten Lernziel: Erkennen von Stoffeigenschaften Fragestellung: Wie kann man eine Kerze vor dem Auslöschen schützen? Was brauche ich?

• 1 runde Flasche • 1 eckige Saftpackung • 1 Kerze • Feuerzeug / Streichhölzer zum Anzünden der Kerze

Was muss ich tun? Zunächst wird die Kerze angezündet. Danach stellt man die Flasche vor die Kerze. Aus etwa 10 cm Entfernung wird nun gegen die Flasche gepustet.

Was kann ich sehen? Bei richtiger Entfernung und genügend starker "Puste" geht die Kerzenflamme sofort aus. Was habe ich gelernt? Die Luft teilt sich zwar und gleitet um beide Seiten der Flasche herum, aber sie trifft sich dahinter wieder. An diesem Punkt steht die Kerze deshalb direkt im Luftzug. Das ist übrigens auch der Grund, warum sich Bäume und Litfasssäulen schlecht als Windschutz eignen. Sie haben eine gute Stromlinienform. Die Luft strömt einfach um sie herum. Der Gegenversuch ist schnell gemacht: Der gleiche Versuch unter gleichen Bedingungen, nur anstelle der runden Sprudelflasche wird die eckige Saftkartonpackung verwendet. So sehr man sich auch anstrengen mag, der stärkste Wind bringt die Kerze nicht zum Erlöschen. Die geraden Flächen und Kanten der Saftpackung bremsen den Wind aus und machen ihn wirkungslos.



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12. Die Teefee - für jedes Problem gibt es eine Lösung Lernziel: Erkennen von Stoffeigenschaften Fragestellung: Wie bringt man einen Teebeutel zum Fliegen?

Die Teefeegeschichte Es war einmal eine Fee, die lebte auf ihrem Planeten. Jeden Tag schaute sie zur Erde. Sie wünschte sich nichts sehnlicher, als einmal die Erde besuchen zu können. Eines Tages war es soweit. Sie baute sich für die Reise eine Rakete.

(Teebeutel auf den Teller stellen)

Doch ein kleiner Kobold war mit ihrem Vorhaben nicht einverstanden. So schlich sich der Kobold in der Nacht zur Rakete und riss ihr die Steuerung ab.

(Zettel vom Teebeutel abreißen)

Voll Begeisterung kicherte der Kobold: „Hi, hi! Du fliegst nirgendwo hin!“ Als am nächsten Morgen die Fee ihre beschädigte Rakete sah, meinte sie nur:„Macht nichts! Für jedes Problem gibt es eine Lösung!“ Doch in der Nacht kam der Kobold wieder. Diesmal riss er die Zündschnur ab.

(Schnur vom Teebeutel entfernen)

Doch die Fee sagte nur: „Für jedes Problem gibt es eine Lösung!“ In der nächsten Nacht kam der Kobold wieder. Er leerte den Treibstoff aus und lief kichernd weg.

(Teebeutel gerade aufschneiden, Inhalt ausleeren, den Beutel öffnen und als Röhre auf den Teller stellen)

Am nächsten Morgen sah die Fee was geschehen war und meinte wieder nur: „Für jedes Problem gibt es eine Lösung!“ Doch in der darauf folgenden Nacht kam der Kobold wieder zurück und zündete die Rakete an. „Hi, hi! Ich lasse dich nicht fort!“, kicherte er.

(Die Röhre oben anzünden – beginnt in die Luft zu steigen)

Doch da! Die Rakete startet! Die Fee ist auf ihrem Weg zur Erde. Die Fee hatte Recht! Für jedes Problem gibt es eine Lösung!

Was brauche ich? • Teebeutel • nicht brennbare Unterlage • Teller • Zünder

Was muss ich tun? Den Teebeutel auf einen Teller stellen (er muss stehen) und den Zettel vom Teebeutel abreißen. Die Schnur vom Teebeutel entfernen, den Teebeutel öffnen, die Klammer entfernen und den Inhalt ausleeren. Den Beutel öffnen und als Röhre auf den Teller stellen. Die Röhre oben anzünden.

Was kann ich sehen? Der Teebeutel steigt hoch. Was habe ich gelernt? Die Flamme saugt Luft an und erwärmt sie. Die Sogwirkung dieser Strömung zieht den Teebeutel nach oben. Autorin/Kontakt: Waltraud Tuscher Volksschule Mureck Grazer Straße 22 8480 Mureck [email protected]


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6. Naturwissenschaftliches Basiswissen

II. Thema Farbstoffe

Was sind Farbstoffe

Als Farbstoff werden chemische Verbindungen bezeichnet, die die Eigenschaft haben, andere Materialien zu färben. Das sind entweder Farbstoffe, die in ihrem Anwendungsmedium löslich sind oder unlösliche Farbmittel, die man als Pigmente bezeichnet.

Pigmente sind z.B. Erdfarben oder Lapislazuli. Zur Herstellung einer Farbe wird ein Pigment mit einem Bindemittel verrührt und nach dessen Erstarrung auf einem Malgrund festgehalten. Das Bild verdeutlicht die Herstellung einer Ölfarbe aus Ultramarinblau und Leinöl. Reines Ultramarinblau ist ein kräftig blau leuchtendes Pigment, welches sich in Lösungsmitteln nicht löst. Das Pigment ist in seiner chemischen Zusammensetzung dem Lapislazuli ähnlich, es ist jedoch ein reines Kunstprodukt. Es gehört zur Gruppe der Natrium-Aluminium-Silicate und enthält im Molekülbau Schwefelatome. Diese sind für die färbende Wirkung des Pigments verantwortlich.

Quelle: http://www.seilnacht.com/farbe.htm (Stand 25.07.2007) Farbstoffe sind im Gegensatz zu den wasserunlöslichen Pigmenten in Wasser oder anderen Lösungsmitteln oft löslich und färben Textilmaterialien wie Baumwolle, Seide und Wolle an. Beim Färbevorgang gehen die Farbstoffe chemische Verbindungen mit Atomen oder Atomgruppen der Stofffasermoleküle ein. Für die Färbung mit Farbstoffen ist kein Bindemittel notwendig. Lebensmittelfarben gehören in diese Gruppe.

Beispiel: Indigo, der König der Farbstoffe ist im reinen Zustand in Wasser nur schwer löslich. Echter Indigo aus Indien wird in Blöcken gehandelt. Die Indigopflanze enthält keinen Indigo, sondern Indican, eine gelbe Vorstufe des Farbstoffes. Erst nach einer Reihe von chemischen Umwandlungsprozessen entfaltet der äußerst lichtechte Farbstoff seine jeansblaue Farbe auf Textilmaterial.


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1. Reise eines Farbtropfens Lernziel: Erkennen von Stoffeigenschaften Fragestellung: Ist Lebensmittelfarbe in Wasser oder in Öl löslich?

Was brauche ich?

• flacher Teller • Wasser • Lebensmittelfarben in Tropfflaschen, z.B. rot, grün, gelb und blau • mehrere Zuckerwürfel • evtl. 1 Lupe • flüssige wasserlösliche Lebensmittelfarbe • Speiseöl • Wasser • schmales hohes Trinkglas oder Standzylinder • Löffel oder Schaschlikspieß • Pipette oder Tropfflasche für Lebensmittelfarbe

Was muss ich tun?

In das Trinkglas werden sowohl etwas Wasser als auch etwas Öl gegossen. Die Reihenfolge ist egal. Nachdem beide Flüssigkeiten zur Ruhe gekommen sind, tropft man vorsichtig mehrere Tropfen Lebensmittelfarbe in das Glas und wartet gespannt.

Was kann ich sehen? Öl und Wasser vermischen sich nicht miteinander. Beide Flüssigkeiten ordnen sich in Schichten an, wobei die Ölschicht auf der Wasserschicht schwimmt. Der Tropfen Lebensmittelfarbe sinkt in der Ölschicht nach unten und mischt sich nicht mit dem Öl. An der Grenze zwischen Wasser und Öl verharrt der Tropfen eine Weile, bis er diese durchbricht. Die Lebensmittelfarbe mischt sich mit dem Wasser und färbt das Wasser ein.

Was habe ich gelernt? Öl besitzt eine geringere Dichte als Wasser, d.h.10ml Öl wiegen weniger als 10ml Wasser. Dadurch schwimmt die Ölschicht auf der Wasserschicht. Grundsätzlich lässt sich nur Gleiches mit Gleichem mischen. Die kleinsten Teilchen (Moleküle) von Wasser und Öl sehen unterschiedliches aus. Lebensmittelfarbe besteht hauptsächlich aus Wasser. Wird sie in das Öl gegeben, versucht sie sich, davon abzugrenzen, weil Wasser und Öl sich nicht mischen. Das Wasser reagiert bei diesem Prozess mit der Minimierung seiner Oberfläche. Will ein Stoff sich gegenüber seiner Umgebung möglichst klein machen, wählt er die Form einer Kugel. Sie hat die kleinste Oberfläche, verglichen mit ihrem Volumen. Quelle: http://www.kontexis.de/front_content.php?idart=1275 (Stand 25.07.2009)


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2. Backpulvervulkan Lernziel: Erkennen von Stoffeigenschaften Fragestellung: Was geschieht, wenn Backpulver und Zitronensäure zusammenkommen? Was brauche ich?

• Backpulver • Zitronensäurepulver • Spülmittel • Wasser • flüssige rote Lebensmittelfarbe • wasserfeste Unterlage (z.B.Teller, Tablett) • kleiner Löffel • Knete (Empfehlung: Nakiplast) • Pipette oder kleines Schüttgefäß • Zahnstocher

Was muss ich tun? Aus der Knete formt man einen kleinen Vulkan und stellt ihn auf die wasserfeste Unterlage. In den Krater des Vulkans wird eine Mischung aus je einem Teil Backpulver und Zitronensäure gefüllt. Auf diese Pulvermischung im Krater gibt man nun zwei bis drei Tropfen Spülmittel und etwas rote Lebensmittelfarbe. Nach und nach spritzt man etwas Wasser mit der Pipette hinzu und beobachtet, was passiert.

Tipp! Mit einem Zahnstocher können durch Rühren und vorsichtiges Stochern im Krater eventuelle Verklumpungen gelöst werden, um den Vulkan mehrfach zu "aktivieren".

Was kann ich sehen? Der Inhalt des Vulkans beginnt stark zu schäumen. Der rot gefärbte Schaum nimmt schnell zu und quillt aus der Öffnung heraus. Das ganze ähnelt einem ausbrechenden Vulkan, dessen Lava sich den Berg hinabwälzt.

Was habe ich gelernt? Backpulver enthält u.a. Natriumhydrogencarbonat, kurz Natron, sowie ein Säuerungsmittel. Gibt man nun Wasser dazu, löst sich dieses Säuerungsmittel und reagiert mit Natron. Dabei entsteht Kohlenstoffdioxid (CO2).Die Reaktion ist am Sprudeln erkennbar und verläuft durch die Zugabe des Zitronensäurepulvers stärker und schneller. Das Spülmittel wird durch das entstehende CO2- Gas aufgeschäumt. Quelle: http://www.kontexis.de/front_content.php?idart=1108 (Stand 25.07.2009)

Backpulver ist ein zum Backen benutztes Triebmittel. Es ist eine Mischung aus (meist) Natriumhydrogencarbonat (Trivialname: Natron) und einem Säuerungsmittel. Durch Hitze und Feuchtigkeit reagiert das Natron mit dem Säuerungsmittel und setzt Kohlenstoffdioxid (CO2) frei, wodurch kleine Gasbläschen entstehen und der Teig aufgelockert wird. Damit wird ein ähnlicher Trieb erreicht wie bei der Verwendung der Backhefe im Hefeteig. Die Zugabe von Backpulver verkürzt die Zubereitungszeit, da Hefepilze zur Produktion von CO2 mehr Zeit benötigen.


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3. Zuckerbilder Lernziel: Erkennen von Stoffeigenschaften Fragestellung: Wie kann man scharfe Farbkanten in Wasser erreichen? Was brauche ich?

• flacher Teller • Wasser • Lebensmittelfarben in Tropfflaschen, z.B. rot, grün, gelb und blau • mehrere Zuckerwürfel • evtl. 1 Lupe

Was muss ich tun? Auf einen flachen Teller wird etwas Wasser gegossen. Auf drei oder vier Stück Würfelzucker werden jeweils einige Tropfen Lebensmittelfarbe gegeben. Es sollten unterschiedliche Farben verwendet werden. Die Zuckerstücke werden dann schnell (bevor sie zerfallen) mit möglichst großem Abstand voneinander in den Teller gelegt. Den weiteren Verlauf kann man gut mit der Lupe beobachten. Was kann ich sehen? Der Zucker zerfällt und löst sich in Wasser auf. Da der Zucker zuvor eingefärbt wurde, sind schöne Farbverläufe zu beobachten. Was habe ich gelernt? Die farbigen Zuckerlösungen laufen, ausgehend von den jeweiligen Zuckerstücken, aufeinander zu und stoßen aneinander. An dieser Stelle entstehen harte Farbkanten, die aussehen als seien sie mit dem Lineal gezogen. Die Kanten werden unscharf, wenn die Lösung ein ausgewogenes, homogenes Zucker-Wasser-Verhältnis aufweist.



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4. Aus schwarz wird bunt Lernziel: Erkennen von Stoffeigenschaften Fragestellung: Bestehen Filzstiftfarben nur aus einem Farbstoff? Was brauche ich?

• wasserlösliche schwarze Stifte verschiedener Hersteller • Glas oder Becher • 2 weiße runde Filterpapiere • Wasser

Was muss ich tun? Das erste Filterpapier wird zu einem Halbkreis, dann zu einem Viertelgefaltet und die Spitze des dabei entstehenden rechten Winkels abgerissen. Entfaltet man dieses Filterpapier, hat es in der Mitte ein kleines Loch. Um dieses Loch herum wird mit dem schwarzen Filzstift etwas gezeichnet (z.B. ein Kreis). Ein zweites Filterpapier wird zu einem „Docht“ gerollt und durch das Loch des ersten Filterpapiers gesteckt. Diese Konstruktion stellt man nun in das mit Wasser gefüllte Glas. Der untere Teil des Dochts taucht dabei ins Wasser hinein, dann wartet man ein wenig ab und beobachtet. Was kann ich sehen? Das Wasser wird vom Docht angesaugt. Auf der Höhe des ersten Filterpapiers angekommen, saugt sich auch dieses von innen nach außen kreisförmig mit Wasser voll. Erreicht das Wasser die schwarze Filzstifttinte, entstehen ab dort Verfärbungen. Was habe ich gelernt? Das Wasser dient als Transportmittel (Fließmittel)für die Teilchen der unterschiedlichen Farben, die alle in der Farbe Schwarz enthalten sind. Das Filterpapier hält die Farben unterschiedlich gutfest. Farbstoffe, die auf dem Papier gut haften, wandern langsamer als die, die weniger gut haften und damit weiter vom Wasser transportiert werden. Es findet also eine Trennung aller im Schwarz versteckten Farben statt. Das Verfahren heißt Chromatographie.

Quelle: http://www.kontexis.de/front_content.php?idcat=280&nextstep=&idart=1419 (Stand 25.07.2009)


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5. Farbenspiel mit Schokolinsen Lernziel: Erkennen von Stoffeigenschaften Fragestellung: Bestehen die Farben von Schokolinsen nur aus einem Farbstoff? Was brauche ich?

• 1 Glas • Wasser • Löschblatt • Pinsel • Bleistift • Bunte Schokolinsen („Smarties“)

Was muss ich tun? Zeichne mit einem Bleistift 6 Trennlinien im Anstand von circa 3 cm auf das Löschblatt. Befeuchte den Pinsel und löse damit die Farbe von Schokolinsens ab. Male die erhaltene Farbe auf den unteren Rand einer Linie auf das Löschblatt. Wiederhole den Vorgang mit fünf weiteren anders färbigen Schokolinsen. Stelle dann das Löschblatt in ein Glas, das mit 1 cm Wasser gefüllt ist. Was kann ich sehen? Die Farbkleckse spalten sich in verschiedenen Farben auf. Was habe ich gelernt? Das Wasser dient als Transportmittel (Fließmittel)für die Teilchen der unterschiedlichen Farben, die alle in den Farben enthalten sind. Das Löschpapier hält die Farben unterschiedlich gut fest. Farbstoffe, die auf dem Papier gut haften, wandern langsamer als die, die weniger gut haften und damit weiter vom Wasser transportiert werden. Es findet also eine Trennung aller in den Farben versteckten Farbstoffe statt. Das Verfahren heißt Chromatographie. Quelle: vgl. VCÖ, molecool, Smarties-Chromatographie. Ausg. Herbst 2008 (Stand 25.07.2009)


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6. Farbkreisel Lernziel: Erkennen von Stoffeigenschaften Fragestellung: Wie kann man Farben mischen ohne sie beim Malen zu vermischen? Was brauche ich?

• feste Pappe oder Bierfilze • Kunststoffdübel oder alte Filzstiftkappen • kräftige Farbstifte

Was muss ich tun? Aus Pappe wird etwa in CD-Größe ein Kreis ausgeschnitten und bunt angemalt. Als Vorlagen können auch Grafik- Vorlagen oder Mandala- Bilder verwendet werden, indem man sie auf die Pappe klebt. Genau in die Mitte des Kreises wird ein Loch gebohrt und der Dübel oder die Filzstiftkappen als Kreiselachse hineingesteckt. Sie sollte unten nicht mehr als 1 cm herausschauen. Schon ist der Kreisel fertig! Was kann ich sehen? Die Farben lassen sich einzeln nicht mehr wahrnehmen. Es entsteht eine Vermischung.

Quelle: http://www.kontexis.de/front_content.php?idart=1242&PHPSESSID=fa4c9c93588e7e750259a71f60d209a8 (Stand 25.07.2009)

Kreidenschäume - Kinderträume · von offenen Flammen und Wärmequellen fernhalten, Flaschen immer...

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