Physik Mašin | Grois | Glaeser verstehen 4 Arbeitsheft
Physik verstehen 4, Arbeitsheft + E-Book Schulbuchnummer: 225330 Physik verstehen 4, Arbeitsheft E-Book Solo Schulbuchnummer: 225332 Mit Bescheid des Bundesministeriums für Bildung vom 17. Februar 2026, GZ 2024- 0.741.940, gemäß § 14 Abs. 2 und 5 des Schulunterrichtsgesetzes, BGBl. Nr. 472/86, und gemäß den derzeit geltenden Lehrplänen als für den Unterrichtsgebrauch für die 4. Klasse an Mittelschulen im Unterrichtsgegenstand Physik (Lehrplan 2023) und für die 4. Klasse an allgemein bildenden höheren Schulen – Unterstufe im Unterrichtsgegenstand Physik (Lehrplan 2023) geeignet erklärt. Dieses Werk wurde auf der Grundlage eines zielorientierten Lehrplans verfasst. Konkretisierung, Gewichtung und Umsetzung der Inhalte erfolgen durch die Lehrerinnen und Lehrer. Liebe Schülerin, lieber Schüler, du bekommst dieses Schulbuch von der Republik Österreich für deine Ausbildung. Bücher helfen nicht nur beim Lernen, sondern sind auch Freunde fürs Leben. Kopierverbot Wir weisen darauf hin, dass das Kopieren zum Schulgebrauch aus diesem Buch verboten ist – § 42 Abs. 6 Urheberrechtsgesetz: „Die Befugnis zur Vervielfältigung zum eigenen Schulgebrauch gilt nicht für Werke, die ihrer Beschaffenheit und Bezeichnung nach zum Schul- oder Unterrichtsgebrauch bestimmt sind.“ Das Arbeitsheft verwendet Ideen für Unterrichtskonzeptionen (Text und Abbildungen) aus diesen Quellen: Th. Wilhelm, H. Schecker & M. Hopf (Hrsg., 2021). Unterrichtskonzeptionen für den Physikunterricht. Heidelberg: Springer Spektrum; Thomas Plotz. Strahlung. Plus Lucis 2/2019; Sarah Zloklikovits, 3/2022. Elektromagnetische Strahlung in der Sekundarstufe I unterrichten, Handreichung für Lehrpersonen. Universtät Wien; Gerhard Rath, Thomas Schubatzky (Hrsg., 2021). Klimawandel – Fakten und Mythen. Plus Lucis 3/2021; Ilse Bartosch, Anja Lembens (Hrsg., 2020). Umweltbildung für nachhaltige Entwicklung. Plus Lucis 3/2020; Martin Hopf, Radioaktivität. Plus Lucis 4/2022 Umschlagbild: Dmitry Naumov / Getty Images - iStockphoto 1. Auflage (Druck 0001) © Österreichischer Bundesverlag Schulbuch GmbH & Co. KG, Wien 2026 www.oebv.at Alle Rechte vorbehalten. Jede Art der Vervielfältigung, auch auszugsweise, gesetzlich verboten. Redaktion: Marion Heszle, Wien; Amanda Kostroun, Wien Herstellung: Harald Waiss, Wien Umschlaggestaltung: Power-Design Thing GmbH, Berlin Layout: Power-Design Thing GmbH, Berlin Illustrationen: Matthias Pflügner, Berlin Technische Zeichnungen: Arnold & Domnick, Leipzig Satz: Arnold & Domnick, Leipzig Druck: Ferdinand Berger & Söhne Ges.m.b.H., Horn ISBN 978-3-209-12325-1 (Physik verstehen 4, Arbeitsheft + E-Book) ISBN 978-3-209-12869-0 (Physik verstehen 4, Arbeitsheft E-Book Solo) Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Christian Mašin Gerald Grois Pia Glaeser www.oebv.at Arbeitsheft Physik verstehen 4 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
2 V1 Vorwort Liebe Schülerin, lieber Schüler! Im Physikunterricht hast du bestimmt viele Versuche gesehen, gemacht und erklärt bekommen. Du hast sicher auch die Funktion vieler Dinge des Alltags und Gesetzmäßigkeiten der Natur und Technik kennengelernt. Dieses Arbeitsheft soll dir helfen, das Gelernte und Erprobte noch einmal zu wiederholen und zu üben. Hier findest du ein paar Hinweise zur Verwendung dieses Buches: – Achte bei den multiple choice-Aufgaben („Kreuzerltests“) darauf, dass nicht immer nur eine Antwort richtig ist! Manchmal stimmen mehrere Aussagen! – Zu den Worträtseln: Die Umlaute (Ä, Ö, Ü) werden auch als solche geschrieben! – Viele Aufgaben kannst du mithilfe deines Physikbuches lösen. Bei manchen Aufgaben hilft nur denken und selber ausprobieren! Alle Aufgaben in diesem Buch sind mit einem dreieckigen Zeichen markiert. Damit weißt du auf einen Blick, um welche Aufgabenart es sich handelt. Wenn du die Aufgaben löst, kannst du selbst überprüfen, was du gut beherrschst und wobei du dir noch schwertust. Aufgaben mit diesem Zeichen helfen dir, dein Fachwissen anzuwenden, zu erweitern und zu kommunizieren. Bei diesen Aufgaben sollst du Vermutungen aufstellen und Versuche planen, durchführen, festhalten und auswerten. Diese Aufgaben fordern dich auf, dir eine eigene fachlich begründete Meinung zu bilden, neue Informationen kritisch zu bewerten und verantwortungsbewusste Entscheidungen zu treffen. Die Autorin und die Autoren wünschen dir und deiner Lehrerin oder deinem Lehrer viel Vergnügen beim Physiküben! Gerald Grois, Christian Mašin, Pia Glaeser Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
3 Elektromagnetische Strahlung Elektromagnetische Strahlung und Materie 4 Infrarotstrahlung (IR-Strahlung) 6 Ultraviolettstrahlung (UV-Strahlung) 7 Das elektromagnetische Spektrum 8 Wir übertragen Informationen durch Strahlung 10 Physik im Alltag: Wir nutzen Mikro-Strahlung 11 Wärme in unserer Welt Temperatur, Wärme und thermische Energie 12 Die Erwärmung im Teilchenmodell betrachtet 14 Energieübertragung durch Wärmeleitung 16 Physik im Alltag: Wärmedämmung 18 Energieübertragung durch Wärmeströmung 20 Energieübertragung durch Strahlung 22 Phasenübergänge: Schmelzen und Erstarren 24 Phasenübergänge: Verdampfen und Kondensieren 26 Phasenübergänge: Verfestigen und Sublimieren 27 Über Wetter und Klima Der Luftdruck 28 Wie der Wind entsteht 30 Physik im Alltag: Nebel, Wolken und Niederschläge 32 Das Klima auf der Erde 33 Die Sonne strahlt auf die Erde 34 Der Treibhauseffekt hält die Erde warm 36 Der Mensch beeinflusst das Klima auf der Erde 38 Klimawandel – wir verändern das Klima der Erde 40 Physik im Alltag: Wir tragen alle zum Klimaschutz bei! 41 Radioaktivität Der Kern des Atoms 42 Radioaktivität, Kernumwandlung und Halbwertszeit 43 Strahlungsarten radioaktiver Stoffe 44 Die Nutzung der Kernenergie durch Kernspaltung 46 Gefährdung durch Strahlung 48 2 3 4 5 I Inhaltsverzeichnis Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
4 2 A1 a) Wie wirkt elektromagnetische Strahlung auf Materie? Fülle den Lückentext mit den Begriffen aus der Box. absorbiert – aussenden – Bewegung – durchgelassen – Elektronen – Infrarotstrahlung – ionisierend – Licht – Lichtgeschwindigkeit – Masse – Materie – reflektiert – Richtungen – Sender – Strahlungsenergie – Teilchen – Temperatur Im Unterschied zur elektromagnetischen Strahlung können wir berühren. Sie besteht aus , hat daher und benötigt Platz. Zur elektromagnetischen Strahlung gehören zB sichtbares und . Die elektromagnetische Strahlung breitet sich von einem in alle mit aus. Trifft die Strahlung auf Materie, so kann sie von ihr („zurückgestrahlt“), oder („aufgenommen“) werden. Absorbiert ein Körper Strahlung, so kann die auf ihn übertragen werden. Der Körper kann dann ebenfalls Strahlung mit geringerer Energie . Werden dabei Atome und Moleküle in schnellere versetzt, so erhöht sich die des Körpers. Strahlung wirkt , wenn sie in Atomen so stark bewegt, dass sie ihren Platz verlassen. b) Welche dieser Strahlungs-Empfänger können sichtbares Licht oder Infrarotstrahlung aufnehmen? Ordne zu. Licht: IR-Strahlung: A2 „Durch geeignete Strahlungssender und Strahlungsempfänger können wir mit Lichtgeschwindigkeit Energie und Informationen durch den Raum übertragen.“ Recherchiere zwei Beispiele, die diese Aussage unterstützen. Gib zu jedem Beispiel die Informationsquelle (Internet, Bücher, …) an. Beantworte zu deinen genutzten Quellen folgende Fragen: Wer hat die Quelle erstellt? Wie aktuell ist die Information? Ist die Information verständlich erklärt? Glaubst du, dass man der Quelle vertrauen kann? Warum? A3 Elektromagnetische Strahlung und Materie: Richtig oder falsch? Kreuze an. Strahlungssender (zB Lampen) können mehrere Arten elektromagnetischer Strahlung (zB sichtbares Licht und Infrarotstrahlung) gleichzeitig abgeben. richtig falsch Luft ist keine Materie, weil wir sie nicht gut anfassen können. richtig falsch Nur Licht breitet sich mit Lichtgeschwindigkeit aus. Alle anderen elektromagnetischen Strahlungen sind langsamer. richtig falsch Elektromagnetische Strahlung kann die Temperatur von Materie erhöhen – aber nur wenn sie absorbiert wird. richtig falsch Wärmebildkamera Fotoapparat Thermometer Haut Auge Strahlungssender Elektromagnetische Strahlung und Materie Schulbuchseiten 10–11 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
5 Elektromagnetische Strahlung Die bestrahlte LED Material: gelbe LED mit ungefärbtem Kopf, Taschenlampe, Voltmeter (Messbereich 2 000 mV), Lineal Der Kristall in einer LED ist lichtempfindlich. Wird die LED beleuchtet, so kannst du mit dem Voltmeter eine elektrische Spannung (U) feststellen. a) Was ist richtig? Kreuze an. Die elektrische Spannung (U) entsteht, weil sich die Atome des Kristalls schneller bewegen. die Atome des Kristalls ionisiert werden. der Kristall chemisch verändert wird. Die Taschenlampe Die LED Das Voltmeter ist der Empfänger für sichtbares Licht. Die LED wandelt bei diesem Versuch elektrische Energie in Strahlungsenergie um. thermische Energie in elektrische Energie um. Strahlungsenergie in elektrische Energie um. elektrische Energie in thermische Energie um. b) Arbeite in einem unbeleuchteten Raum. Leuchte mit der Taschenlampe in unterschiedlicher Entfernung auf die LED. Notiere die Werte der elektrischen Spannung in der Tabelle und zeichne sie in das Diagramm ein. cm U (mV) cm U (mV) 0 7 1 10 2 15 3 20 4 25 5 30 d) Interpretiere das Diagramm und erläutere, wie sich die Entfernung der Taschenlampe auf die Umwandlung von Strahlungsenergie in der LED auswirkt. e) Lege die Taschenlampe im Abstand von 10 cm vor die LED. Halte verschiedenfarbige durchsichtige Folienstücke oder Seidenpapierstücke vor die Taschenlampe. Sie absorbieren unterschiedliche Teile des Lichtspektrums (Rot-Orange-Gelb-Grün-Blau-Indigo-Violett). Beschreibe, welchen Zusammenhang du zwischen Lichtfarbe und Wirkung auf die LED erkennen kannst. V1 0 500 0 5 10 15 20 25 30 1000 1500 2000 U (mV) cm Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
6 2 Durchgestrahlt oder nicht? Verwende eine Wärmebildkamera und folgendes Material: Gefrierbeutel, Wasser, PET-Flasche, Trinkglas, Geodreieck, Geschirrtuch, Aluminiumfolie, Spiegel, Küchenrolle (Bild rechts) Plane einen Versuch, mit dem du zeigen kannst, dass sichtbares Licht und Infrarotstrahlung an diesen Materialien unterschiedlich absorbiert, reflektiert oder durchgelassen werden. Unsere Augen sind Empfänger für sichtbares Licht. Verwendest du eine Wärmebildkamera als Infrarot-Empfänger, so kann eine Person dein Strahlungssender sein. Verwendest du deine Hand oder ein Thermometer als Infrarot-Empfänger, so solltest du die Infrarot-Strahlung einer Wärmelampe verwenden. A1 Fiona geht mit ihrer kleinen Schwester Conny ins Planetarium. Dort wird erklärt, wie Infrarot-Teleskope funktionieren. Dazu sehen sie ein Experiment (Bild rechts). Auf einem Tisch stehen ein paar Kerzen. Davor wird ein großer schwarzer Mistsack aufgehängt. Eine Frau geht hinter den Mistsack. Als sie wieder davor tritt, fragt sie: „Wie viele Kerzen hab ich gerade angezündet?“ Conny ruft heraus: „Das kann ich nicht sehen! Da hängt ja ein Sack davor!“ Die Frau stellt eine besondere Kamera vor den Sack. Jetzt kann Conny 7 leuchtende Flecken auf dem Bild der Kamera sehen. „Hast du vielleicht 7 Kerzen angezündet?“, fragt Conny. „Ja, genau! Und genauso funktioniert ein Radioteleskop.“, antwortet die Frau. „Das hab ich jetzt nicht verstanden. Was hat der Mistsack mit dem Weltall zu tun? Kannst du mir das noch einmal erklären?“, fragt Conny ihre große Schwester. Notiere, was Fiona Conny antworten soll: A2 Das Bild rechts zeigt die Aufnahme einer Wärmebildkamera von Wolken am Nachthimmel. Mit freiem Auge waren sie kaum zu erkennen. Welche Aussagen über Infrarotstrahlung und sichtbares Licht kannst du anhand dieses Bildes machen? A3 Ronny hat Schnupfen und eine verstopfte Nase. Seine Ärztin rät ihm, sich eine Wärmelampe zu kaufen und das Gesicht damit 2 bis 3-mal täglich für etwa 15 Minuten zu bestrahlen. Die Wärmelampe im Elektrogeschäft kostet fast 100 Euro. Das ist ihm zu teuer. Er beschließt, eine rote LED-Lampe für 6 Euro zu kaufen. „Rotes Licht ist auch warmes Licht.“, denkt er sich. Beurteile Ronnys Entscheidung und schreibe ihm eine kurze Nachricht. V1 sichtbares Licht Infrarotstrahlung (IR-Strahlung) Schulbuchseiten 12–13 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
7 Elektromagnetische Strahlung A1 Enya betrachtet ihr Gesicht in einer UV-Kamera, die sie als „Sonnenschutz- Testkamera“ gekauft hat. Die Lampe der Kamera sendet UV-Strahlung aus. Der Sensor-Chip in der Kamera registriert die vom Gesicht reflektierte UV-Strahlung. a) Sie trägt eine Brille. Im Bild der Kamera wirkt es, als hätte sie eine Sonnenbrille auf. Erkläre ihr das Kamerabild. b) Beschreibe, woran du erkennst, ob Enya Sonnencreme aufgetragen hat oder nicht. Die UV-Perlen-Testreihe UV-Perlen zeigen durch Verfärbung die Absorption von UV-Strahlung an. Bei diesen Versuchen werden UV-Perlen in flache Schalen gegeben. Sie werden mit einem UV-Sender (zB UV-Lampe oder Sonnenlicht) bestrahlt. Wenn getestet wird, ob Cremen die UV-Strahlung absorbieren, dann können diese zB auf Kunststoffdeckel oder Frischhaltefolie aufgetragen werden. Feste Stoffe werden über die UV-Perlen gelegt. a) Beschreibe in deinem Physikheft, woran du in den Bildern rechts den UV-Schutz durch Cremen oder T-Shirts erkennst? b) Entwickelt in der Gruppe eine Versuchsreihe, um festzustellen welche Produkte oder Materialien UV-Strahlung durchlassen, absorbieren oder reflektieren. Jede Gruppe untersucht eine andere veränderliche Versuchsbedingung (zB Materialien, Art des UV-Senders, Bestrahlungsdauer …). Dokumentiert Planung und Ergebnisse. A2 Haut-Typen und Sonnenschutz a) Recherchiere, wie lange die unterschiedlichen Haut-Typen ungeschützt im Sonnenlicht bleiben dürfen. Notiere deine Ergebnisse unter dem jeweiligen Haut-Typ. Bestimme, welcher Haut-Typ du bist. Haut-Typ 1 Haut-Typ 2 Haut-Typ 3 Haut-Typ 4 Haut-Typ 5 Haut-Typ 6 sehr helle Haut, oft mit Sommersprossen und rote Haare, blaue Augen helle Haut, oft mit Sommersprossen, blonde bis braune Haare, blaue, graue, grüne oder braune Augen helle bis hellbraune Haut, dunkelblonde bis braune Haare, graue oder braune Augen hellbraune bis braune Haut, dunkelbraune Haare, braune bis dunkelbraune Augen dunkelbraune bis schwarze Haut, dunkelbraune bis schwarze Haare, dunkelbraune Augen dunkelbraune bis schwarze Haut, schwarze Haare, dunkelbraune Augen b) Arbeitet in Gruppen: Stellt euch vor, ihr möchtet einen heißen, wolkenlosen Sommertag im Freibad verbringen. Wie könnt ihr euch vor der UV-Strahlung der Sonne schützen? Welche Maßnahmen könnt ihr ergreifen? Wie oft solltet ihr euch mit Sonnenschutz eincremen? Besprecht eure Überlegungen in der Klasse. V1 Ultraviolettstrahlung (UV-Strahlung) Schulbuchseiten 14–15 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
8 2 A1 Betrachte die Abbildung unten und erledige die Arbeitsaufträge. a) Strahlungsenergie: Färbe die Bereiche mit hohem Energieinhalt blau ein. Färbe die Bereiche mit niedrigem Energieinhalt rot ein. Wellenlänge: Trage die Begriffe „klein“ und „groß“ in die weißen Kästen ein. Strahlungsbereiche: Färbe die thermisch stark wirksamen (wärmewirksamen) Bereiche rot ein. Färbe die ionisierenden Bereiche grün ein. b) Trage jeweils einen Begriff aus dem Kasten in eine Spalte unter den Strahlungsbereichen ein. Schreibe senkrecht. Der Begriff für das sichtbare Licht ist bereits vorgegeben. kabellose Ladestation – Knochenbrüche entdecken – Mikrowellenherd – Radio, Fernseher, Smartphone – Sonnenbrille – von Atomkernen abgegeben – Wärmelampe, Fernbedienung Strahlungsenergie Wellenlänge Wechselstrom- Bereich Rundfunk-Bereich Mikro- Bereich IR Licht UV Röntgen- Bereich Gamma- Bereich LED-Lampe „Funken strahlen“ ( V1, Schulbuchseite 18) Im Bild rechts liegen neben dem EMF-Meter einige Feuerzeuge und eine Streichholzschachtel. Das EMF-Meter erfasst Strahlungen vom Wechselstrom-, Rundfunk- und Mikro-Bereich. • Reibrad-Feuerzeuge reiben kleine Metallspäne ab, die als Funken an der Luft verbrennen und das Feuerzeuggas entzünden. • In elektrischen Feuerzeugen entzündet ebenfalls ein Funken das austretende Feuerzeuggas. • Beim Reiben des Streichholzkopfes an der Reibfläche spritzen ebenfalls kleine heiße Funken weg, die den Streichholzkopf entzünden. a) Stelle fest, ob das EMF-Meter beim Entzünden aller dieser Feuerzeuge elektromagnetische Strahlung anzeigt. Beschreibe deine Beobachtung. b) Helena sagt: „Beim Brennen einer Flamme wird doch in alle Richtungen sehr intensiv Infrarotstrahlung abgegeben. Weshalb zeigt das mein EMF-Meter nicht an?“ Gib ihr eine kurze Antwort. V1 Das elektromagnetische Spektrum Schulbuchseiten 18–19 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
9 Elektromagnetische Strahlung A2 Elektromagnetische Strahlungen können Materie chemisch verändern. Sie können Materie zB stark erwärmen, sodass es zu chemischen Änderungen kommt. Manche Strahlungsarten verändern direkt den Aufbau von Molekülen oder können Atome ionisieren. Recherchiere und beschreibe 3 Beispiele, wo chemische Veränderungen durch Absorption von elektromagnetischer Strahlung stattfinden. Wähle 3 verschiedene Strahlungsarten, die diese Veränderungen auslösen. Beispiel 1: Beispiel 2: Beispiel 3: A3 Im Handel werden Päckchen mit Edelsteinen angeboten. Die Edelsteine können angeblich Strahlungsenergie aufnehmen. Sie geben die Strahlungsenergie auch wieder langsam ab, wenn man sie zB ins Wasser gibt. Arbeitet in Gruppen. Lest die unteren zwei Texte durch. Sie erklären, wie das Aufladen und Entladen der Edelsteine funktioniert. Diskutiert und entscheidet: Welcher Text enthält naturwissenschaftliche Aussagen, welcher falsche Informationen? Woran erkennt ihr den nicht naturwissenschaftlichen Text? Welche Fehler könnt ihr darin erkennen? Unterstreicht naturwissenschaftliche und nicht naturwissenschaftliche Aussagen in den Texten. Kommentiert die Texte in Stichworten. Text 1: „Beim energetischen Aufladen eines Edelsteins wird seine Energiefrequenz zB durch das Licht der aufgehenden Sonne oder des zunehmenden Mondes erhöht. Die aufgenommenen positiven Energien werden nach und nach wieder abgegeben. Aufgeladene Edelsteine versorgen das Trinkwasser mit positiver Energie und geben sie weiter. Das hält gesund und man fühlt sich wohler.“ Kommentar: Text 2: „Legst du einen Stein ins Sonnenlicht, so kann er zB die Strahlungsenergie der Infrarotstrahlung absorbieren. Seine Temperatur erhöht sich, da sich seine Atome stärker bewegen. Der erwärmte Stein sendet selbst Infrarotstrahlung aus. Wir können diese vom Stein ausgesendete Strahlung mit unserer Haut wahrnehmen. Die Wärme des Steines wird im Glas an das Wasser übertragen. Das Wasser hat nun eine höhere Temperatur.“ Kommentar: A4 Gisela, Dean und Anni unterhalten sich über Wünschelruten. Gisela: „Stellt euch vor! Diese Frau kann mit ihrer Wünschelrute Strahlen aufspüren, die von Wasseradern unter der Erde abgegeben werden.“ Dean: „Die Strahlen werden von der Person aufgenommen. Die Rute zeigt kleinste Bewegungen der Hände wie ein Zeiger an.“ Anni: „Ich halte das für Unsinn. Ich glaube, das ist nur Aberglaube und Geschäftemacherei.“ Informiere dich über die wissenschaftliche Ansicht von Wünschelruten. Verfasse einen Kommentar zur Unterhaltung von Gisela, Dean und Anni. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
10 2 Walkie-Talkie im Topf Material: 2 Walkie-Talkies, Kochtöpfe mit Deckel (Metall), Aluminiumfolie, Behälter aus Aluminium, Notizpapier a) Eine Person (Sender) mit Walkie-Talkie wählt einen unbekannten Text (zB ein Gedicht) aus und geht vor die Tür des Klassenraumes. Sie liest immer einen Satz des Textes vor. Das zweite Walkie-Talkie (Empfänger) wird in der Klasse gehört. Der übertragene Satz wird notiert. Danach wird das Empfänger-Walkie-Talkie nach und nach zB in einen Kochtopf gegeben, mit Folie umwickelt … Nach jeder Veränderung des Empfängers wird der nächste Satz übertragen. Protokolliert, durch welche Maßnahmen der Empfang der gesendeten Information gestört oder komplett unterbrochen werden kann. b) Untersucht, ob die Signale, die ein Smartphone senden und empfangen kann, ebenfalls auf diese Art unterbrochen werden können. Beschreibt eure Beobachtungen im Physikheft. A1 Sender und Empfänger Auf der Internetseite eines Unternehmens für Funkanlagen wird die Informationsübertragung durch Funk (zB zwischen zwei Walkie-Talkies) mit der Übertragung von Schall (zB zwischen Radio und Ohr) verglichen (Bild rechts). a) Was ist gleich in der Übertragung von Informationen durch elektromagnetische Strahlung und Schall, was ist unterschiedlich? Notiere deine Überlegungen. b) Ist dieser Vergleich deiner Meinung nach gut gelungen? Schreibe eine Rückmeldung als E-Mail an das Unternehmen: „Sehr geehrte Damen und Herren, …“ A2 Frequenzen von Radiosendern werden in MHz (= 1 000 000 Hz) angegeben. a) Suche auf einem Radiogerät 4 Sender. Notiere ihre Namen und Frequenzen in der Tabelle. b) Elektromagnetische Strahlungen breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit c aus. Sie beträgt in Luft etwa 300 000 000 m/s. Das Produkt aus Wellenlänge (λ) und Frequenz (f) der Strahlung ergibt den Wert der Lichtgeschwindigkeit (c). Bestimme mit deinem Taschenrechner die Wellenlängen (λ) der einzelnen Radiosender und trage sie in die Tabelle ein. Sender Frequenz f Wellenlänge ( λ = c : f) Radio Reka (Beispiel) 98,1 MHz = 98100 000 Hz 300 000 000 : 98 100 000 m ≈ 3,06 m V1 Strahlung breitet sich aus Sender Empfänger Schall breitet sich aus Wir übertragen Informationen durch Strahlung Schulbuchseiten 20–21 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
11 Elektromagnetische Strahlung A1 Markiere die 6 falschen Begriffe im Text. Schreibe die richtigen Begriffe auf die vorgegebenen Zeilen. „Die Mikro-Strahlung im Mikrowellenherd hat eine Frequenz von 2,45 Hz. Sie wird im Magneto erzeugt und über einen Nichtleiter in den Garraum geleitet. Das Blech des Garraums absorbiert die Mikro-Strahlung. Wassermoleküle in den Speisen werden durch die Mikro-Strahlung in schnellere Bewegung versetzt. Das Wasser in den Speisen wird heiß. Nachdem im Garraum Stellen mit hoher Strahlungsenergie („Hot-Shots“) entstehen, werden die Speisen zB mit einem Wobbler durch diese durchbewegt.“ 1) 2) 3) 4) 5) 6) A2 Beschrifte die Teile des Mikrowellenherdes. A3 Alisha bemerkt beim Online-Shopping ein erstaunliches Produkt – „Anti-Radiation-Energydots“. Sie liest die Beschreibung: „Jeden Tag setzen Sie sich den Mikro-Frequenzen moderner Technologie wie Handys, Laptops und WLAN aus. Sind Sie nicht auch besorgt über die schädlichen Strahlungen, die Sie von Ihrem Smartphone bekommen können? Kleben Sie unsere Anti-Radiation-Energydots auf Ihre digitalen Geräte. Sie bringen damit die schädlichen unnatürlichen Strahlungen mit natürlichen Frequenzen in Einklang. Der bunt schillernde SmartEnergyDot (SED) bietet digitale Entgiftung durch Verwendung einer Induktionsspule und sorgt für besseren Schlaf. Der HighEnergyDot (HED) hält schädliche Strahlungen durch eine echte 24-Karat-Goldbeschichtung und ein magnetisches Innenleben in Schach. Zu seinen Vorteilen zählen erhöhte Energie und Konzentration, sowie verringerte Angstzustände.“ Alisha findet 39,90 Euro für 5 Stück nicht teuer. Denn immerhin erhält sie durch dieses Produkt viele Vorteile. Ihre Freundin Jana kann nicht verstehen, weshalb Alisha auf diesen Schwindel hereinfällt. Wie soll Jana ihrer Freundin mit naturwissenschaftlichen Argumenten antworten? Schreibe eine Nachricht an Alisha. Wellenlänge mit Schokolade Mikrowellenherde arbeiten mit einer Frequenz von 2,45 GHz. Die Hot-Spots im Garraum sind im Abstand einer halben Wellenlänge voneinander entfernt. a) Entferne den Drehteller aus dem Garraum eines Mikrowellenherdes. Gib eine Tafel Milchschokolade auf einem Küchenbrett in den Garraum. Schalte den Herd bei voller Leistung nur so lange ein, bis sich erste geschmolzenen Stellen auf der Schokolade zeigen. Miss die Abstände zwischen den geschmolzenen Stellen: cm. Wellenlänge λ = cm. b) Wie genau hast du gemessen? Überprüfe deine Messung, indem du den Wert der Frequenz f (in Hz) mit dem Wert der Wellenlänge λ (in m) multiplizierst. Du erhältst die Lichtgeschwindigkeit in m/s. (Hz) · (m) = m/s oder Energydots V1 Physik im Alltag: Wir nutzen Mikro-Strahlung Schulbuchseiten 22–23 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
12 3 Schulbuchseiten 28–29 A1 Gib durch Pfeile an, in welche Richtung Wärme übertragen wird. Eine Übertragung der Wärme an die umgebende Luft soll nicht berücksichtigt werden. A2 Übe dich im Ablesen von Thermometern (Angabe in °C). a) b) c) d) e) f) g) h) Wärme aus der Nuss Material: 250 ml Becherglas, Wasser, Dreifuß mit Drahtnetz, Digitalthermometer, halbe Walnuss, Tiegelzange, Feuerzeug, Schutzbrille Setz die Schutzbrille auf. Stelle das Becherglas mit 100 ml Wasser (Raumtemperatur) auf den Dreifuß. Bestimme die Wassertemperatur. Halte die Walnuss mit der Tiegelzange unter das Becherglas. Entzünde die Walnuss mit dem Feuerzeug (Achtung, Verbrennungsgefahr!). a) Um wie viel °C kannst du das Wasser im Becherglas erwärmen? b) Bestimme mit dem Thermometer, wo bei diesem Versuch die Wärme an die Umgebung abgegeben wird. Wie kannst du den Versuch verändern, um die Wärme der Walnuss besser zu nutzen? Felsen –5 °C Schnee –5 °C kalte Kochplatte +70 °C Badewasser +40 °C Tee +80 °C Gefäßwand +30 °C +10 °C Wasser +10 °C +6 °C +20 °C +5 °C Eiswürfel 0 °C Körpertemperatur Körpertemperatur 1 00 5 0 0 0 0 10 10 20 20 30 30 0 –10 –10 10 30 40 50 –10 a) b) c) 20 0 °C °C °C °C °C °C 1 00 5 0 0 0 0 10 10 20 20 30 30 0 –10 –10 10 30 40 50 –10 a) b) c) 20 0 °C °C °C °C °C °C 1 00 5 0 0 0 0 10 10 20 20 30 30 0 –10 –10 10 30 40 50 –10 a) b) c) 20 0 °C °C °C °C °C °C –10 °C 0 °C 100 °C 0 °C 100 °C 80 °C 180 °C 160 °C 38 °C 37 °C V1 Temperatur, Wärme und thermische Energie Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
13 Wärme in unserer Welt c) Walnuss-Energie für Profis Eine halbe Walnuss mit etwa 2 g Masse enthält chemische Energie von etwa 60 000 J. Beim Verbrennen der Walnuss wird sie zum großen Teil in thermische Energie umgewandelt. Um 100 ml Wasser um 1 °C zu erwärmen, benötigst du etwa 420 J thermische Energie. Stelle fest, wie viel Wärme (in Joule) du bei deinem Versuch in das Wasser übertragen konntest. Wie viel % der „Walnuss-Energie“ konntest du ins Wasser übertragen? A3 Wärmebild: Sanja hält eine Teetasse a) Welche Temperaturen kannst du aus diesem Bild ablesen? Teetasse: Hände: Umgebung: b) Wo kannst du im Bild eine Übertragung von Wärme erkennen? A4 Wärmebild: Tristan an einem Winterabend a) Begründe, woran du erkennst, dass dieses Bild im Winter aufgenommen wurde. b) Erkläre, an welchen Stellen Tristan Wärme an die Umgebung abgibt. c) Jan, Bella, Amara und Noah betrachten Tristans Wärmebild. Besprich ihre Aussagen mit deiner Sitznachbarin oder deinem Sitznachbarn. Jan: „Ist schon komisch, dass Tristan im Winter eine Sonnenbrille trägt.“ Bella: „Tristan hat sicher eine Winterjacke an. Die Nähte sind als rote Striche zu erkennen.“ Amara: „Das Bild ist am Abend aufgenommen worden. Der Hintergrund ist so dunkel.“ Noah: „Es ist sicher recht kalt. In Tristans Nase kriecht schon die Kälte rein.“ Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
14 3 Die Mutter in der Zange Material: Schraubenmutter (zB Größe M10), Kombizange, Tisch, feuerfeste Unterlage (zB Backblech), Kerze oder Mikrobrenner, Schutzbrille Achtung, es besteht Verbrennungsgefahr! Klemme die Schraubenmutter in die Zange. Lege die Zange über die Tischkante. Darunter legst du die feuerfeste Unterlage. Erhitze die Schraubenmutter. Lass sie wieder auskühlen. a) Erkläre, weshalb die Schraubenmutter nach einiger Zeit hinunterfällt. Achtung, berühre sie noch nicht! Sie kann noch immer sehr heiß sein! b) Wie könntest du mit diesem Trick eine festsitzende Schraubenmutter von einer Schraube lösen? Erkläre den Vorgang. c) Du hast vorher geschätzt, wann sich die erhitzte Mutter lösen oder herunterfallen wird. Was hast du dabei richtig eingeschätzt – und was vielleicht nicht? Welche Beobachtungen helfen dir, in Zukunft zuverlässiger vorherzusagen, wie sich Metalle bei Hitze verhalten? Der Geist in der Flasche Paolo zeigt im Physikunterricht einen Versuch vor. Er nimmt eine leere Glasflasche und befeuchtet den Rand der Öffnung mit Wasser. Die Öffnung verschließt er mit einer Münze. „In dieser Flasche befindet sich ein Flaschengeist. Mit diesem Haartrockner werde ich ihn jetzt aufwecken!“ Paolo richtet den warmen Luftstrom gegen die Flasche. Und tatsächlich! Nach kurzer Zeit fängt die Münze zu klappern an. „Wie habe ich den Geist in der Flasche geweckt?“, frägt Paolo seine Klasse. Mateusz, Thorid und Laya melden sich sofort. Mateusz: „Ist eh klar! Die Wärme steigt immer auf.“ Thorid: „Ich denke, dass die Hitze sich ausbreitet.“ Laya: „Die Flasche wird kleiner und drückt die Luft raus.“ Paolo: „Ich glaube, ihr müsst noch ein wenig über diesen Versuch nachdenken!“ Weshalb ist Paolo mit den Antworten nicht zufrieden? Erkläre das Klappern der Münze. V1 Schraube Schraubenmutter V2 Die Erwärmung im Teilchenmodell betrachtet Schulbuchseiten 30–31 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
15 Wärme in unserer Welt A1 Soraya fährt mit ihrer Familie einkaufen. Es ist ein heißer Sommertag. Nach dem Einkaufen wollen sie noch ins Freibad. „Wir sollten aber die Deo-Spraydose aus dem Einkaufssackerl mitnehmen. An diesem heißen Tag ist es zu gefährlich, sie im Auto zu lassen!“, sagt Soraya. „So ein Blödsinn, die lassen wir hier!“, meint ihre Mutter. a) Lies die Hinweise auf einer Deo-Spraydose. Mit welchen Argumenten kann Soraya ihre Mutter überzeugen, die Dose mitzunehmen? b) Spraydosen haben einen nach innen gewölbten Boden. Recherchiere die Vorteile dieser Bauweise. Glasbruch! Material: dünne Glasplatte (zB Objektträger), Zange, Kerze (Feuerzeug), Glas mit kaltem Wasser Plant in der Gruppe mit diesem Material einen Versuch, mit dem ihr zeigen könnt, dass rasche Temperaturänderungen zu Glasbruch führen können. Welche Sicherheitsmaßnahmen müsst ihr einplanen? Notiert eure Überlegungen als Versuchsbeschreibung zB im Physikheft. Präsentiert eure Vorschläge in der Klasse. Wählt gemeinsam den besten und sichersten Versuch aus. Dieser soll von allen Gruppen durchgeführt werden. A2 Thermostate in Elektrogeräten unterbrechen den Stromkreis, wenn eine bestimmte Temperatur erreicht ist. a) Welche Elektrogeräte enthalten deiner Meinung nach ein Thermostat? Begründe deine Auswahl. b) Kupfer (Cu) dehnt sich beim Erwärmen stärker aus als Eisen (Fe). In welche Richtung werden sich die dargestellten Bimetallstreifen beim Erwärmen verbiegen? Kreuze an. c) Welche der dargestellten Thermostate werden beim Erwärmen den Stromkreis unterbrechen? Kreuze an. V3 Cu Fe Fe Cu Cu Fe Fe Cu Cu Fe Cu Fe Fe Cu Fe Cu Kontakt Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
16 3 A1 Sascha probiert einen Versuch zur Wärmeleitung aus dem Internet. Er befestigt gleich große Butterkügelchen an den Enden eines Silberlöffels, eines Kunststofflöffels und eines Holzstabs (zB Essstäbchen). Dann stellt er sie gleichzeitig in eine Teetasse mit heißem Wasser. a) Entscheide: In welcher Reihenfolge sollten die Butterkügelchen deiner Meinung nach zu schmelzen beginnen? b) Leider schmelzen bei dieser Anordnung die Butterkügelchen fast gleichzeitig. Warum? Erkläre, welches Versuchsmaterial Sascha ändern soll, um die unterschiedliche Leitfähigkeit der Gegenstände besser zeigen zu können? Welche weiteren Gegenstände könnte er verwenden? A2 Selina findet in der Küche eine „Auftauplatte“ für gefrorenes Essen. Sie fühlt sich sehr kalt an. Selina fragt nach, wie das denn funktionieren soll. „Ganz einfach. Du legst zum Beispiel das gefrorene Stück Fleisch auf die Platte und wartest eine Zeit lang.“, meint ihr Vater. Selina findet das seltsam. Andere Dinge fühlen sich doch viel wärmer an. Da sollte es doch schneller möglich sein, das gefrorene Stück aufzutauen. Selina plant einen Versuch, um ihre Vermutung zu überprüfen. a) Folgende Dinge findet sie für ihren Versuch: Schaumstoff, Holzbrett, Aluminiumbecher, Korkscheibe, Teller, Eiswürfel. Beschreibe, wie Selina ihren Versuch durchführen könnte. b) Erkläre Selina, weshalb die Auftauplatte aus Aluminium das gefrorene Essen schnell auftauen lässt. Der Ballon über der Flamme Material: Luftballons, Wasser, Kerze, Feuerzeug, Schutzbrille Ein aufgeblasener Luftballon platzt sofort, wenn du ihn über die Flamme einer Kerze hältst. Fülle einen Ballon mit etwas Wasser aus der Wasserleitung, blase ihn auf und verknote ihn. Halte ihn jetzt über die Kerzenflamme. (Vorsicht, Verbrennungsgefahr!) Was passiert? Erkläre deine Beobachtung. Holzstab Silberlöffel Kunststofflöffel heißes Wasser V1 Energieübertragung durch Wärmeleitung Schulbuchseiten 32–33 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
17 Wärme in unserer Welt A3 Bei diesem Bild einer Wärmekamera wurden die Hände einer Person gleich lange auf einen guten und auf einen schlechten Wärmeleiter gelegt und dann weggenommen. Greta und Hassan stellen folgende Überlegungen an: Greta: „Das linke Bild zeigt den besseren Wärmeleiter. Die Unterlage ist wärmer geworden als beim rechten Bild.“ Hassan: „Beim rechten Bild hat die Unterlage die Wärme genauer aufgenommen. Das muss der bessere Wärmeleiter sein.“ Entscheide, wer Recht hat. Was fällt dir noch auf? Wie lautet deine Erklärung dieses Wärmebildes? A4 Djamals große Schwester arbeitet in einem Computerfachgeschäft. Sie sitzt vor einem geöffneten Laptop, den sie reparieren soll. „Was ist das für ein komisches Ding?“, fragt Djamal. „Hier siehst du einen Kühlkörper (1), der die Wärme vom Prozessor oder der Grafikkarte an eine Heatpipe (2) abgibt. Diese transportiert sie zum Lüfter (3).“, erklärt seine Schwester. a) Erkennst du die beschriebenen Bauteile im Bild? Wenn nicht, dann recherchiere im Internet. Schreibe die Zahlen zu den richtigen Stellen im Bild. b) Der 10-jährige Djamal versteht die Erklärung seiner großen Schwester nicht. Versuche, ihm die Kühlvorrichtung des Laptops in einfacheren Worten zu erklären. A5 Gute und schlechte Wärmeleiter: Trage die Begriffe aus dem Kasten richtig in die Tabelle ein. gute Wärmeleiter schlechte Wärmeleiter Aluminium – Diamant – fühlt sich kühl an – fühlt sich warm an – Glas – Kochlöffel – kühlt langsam aus – kühlt schnell aus – Luft – Pfanne – Schaumstoff – Silber A6 Enjas Opa benutzt zum Kochen seines Teewassers einen alten Topf. Sein Boden hat einige Dellen und ist uneben. „Den benutze ich schon lange und er funktioniert noch immer gut!“, meint Enjas Opa. Mit welchen Argumenten könnte Enja ihren Opa überzeugen, einen neuen Topf zu verwenden? Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
18 3 Gut gedämmt Eine Teetasse wird mit heißem Wasser aus dem Wasserkocher gefüllt. Wie könnt ihr die Tasse verpacken, damit das Wasser möglichst wenig auskühlt? Plant dazu einen Versuch in der Gruppe. Welche Materialien wollt ihr verwenden? Besorgt die Materialien bis zur nächsten Unterrichtsstunde und führt euren Versuch durch. Verwendet zB Schaumstoffstücke, Wolle, Watte, Luftpolsterfolie … Wie könnt ihr die Tasse möglichst schnell verpacken? Welche Gruppe hat am Ende der Stunde das wärmste Wasser? A1 Dana geht mit ihrem Onkel Aaron ins Caféhaus. Sie bestellt sich eine Kanne Tee, Onkel Aaron eine heiße Schokolade. a) Danas Teetasse sieht sehr hübsch aus. Sie ist aus Glas und ist wie eine Tasse in der Tasse. Obwohl der Tee so heiß ist, dass sie ihn gar nicht gleich trinken kann, spürt sie die Wärme des Tees beim Halten der Tasse nicht. Erkläre Dana, wie diese Tasse funktioniert. b) „Warum bestellst du deine Schokolade mit Schlagobers? Das magst du doch gar nicht!“, fragt Dana ihren Onkel. „Dadurch bleibt die Schokolade länger warm.“, meint Onkel Aaron. „Die Schokolade trinke ich mit dem Strohhalm von unten. Da bleibt das Schlagobers übrig.“ Erkläre, wie das kühle Schlagobers die heiße Schokolade warmhalten kann. Styropor ohne Luftpolster Material: Styroporplatte (Verpackungsmaterial oder Dämmplatte), Küchenmesser, Becherglas (100 ml), Rührstab, Nagellackentferner (mit Aceton), Schutzbrille, Einmalhandschuhe Achtung! Nagellackentferner ist leicht entzündlich! Schneide aus der Styroporplatte zwei gleich große Streifen ab. Sie sollten etwa 40 bis 50 cm lang, 3 cm breit und etwa 1–2 cm dick sein. Stelle einen Streifen in das Becherglas mit etwa 40 ml Nagellackentferner. Das Aceton in der Flüssigkeit lässt den Kunststoff (Polystyren) weich werden. Die Luft tritt aus dem weichen Kunststoff aus. Du kannst Luftbläschen erkennen. Befindet sich der gesamte Styroporstreifen in der Flüssigkeit, so drückst du mit dem Rührstab die restliche Luft aus der Kunststoffmasse. Forme den weichen Kunststoff zu einer Kugel, verwende Einmalhandschuhe dafür. Stellt fest, wie viel % Luft der Styroporstreifen enthalten hat. Bestimmt dazu das Volumen des Streifens (V = a · b · c) und das Volumen der Kugel (V = 4/3 · π · r3; π ≈ 3,14). V1 V2 Physik im Alltag: Wärmedämmung Schulbuchseiten 34–35 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
19 Wärme in unserer Welt A2 Ferenc geht mit seiner 6-jährigen Schwester Nina in den Keller. Nina ist verwundert darüber, dass manche Rohre dick eingepackt sind. „Das ist sicher deshalb so gemacht, damit sich große Leute den Kopf nicht an den Rohren stoßen können.“, meint Nina. Wie kann Ferenc ihr erklären, weshalb manche Rohre dick in Schaumstoff verpackt werden? A3 Das Wärmebild zeigt dir die Ansicht zweier Häuser. Beantworte folgende Fragen: a) Was kannst du über die Wärmeabgabe der beiden Häuser aussagen? b) „Wie trägt die Wärmedämmung von Häusern zum Klimaschutz bei?“ Recherchiert im Internet und/oder befrage einen geeigneten Chatbot. Gestaltet ein Werbeplakat für eine Firma, die sich mit der Wärmedämmung von Häusern beschäftigt. Hebt diesen Aspekt besonders hervor. A4 Rollenspiel: „Die Schule wird wärmegedämmt“ Spielt gemeinsam in der Klasse ein Rollenspiel. Bei einem Rollenspiel versetzt du dich in die Lage einer anderen Person („Rolle“). Bildet für das Rollenspiel sechs Gruppen und wählt zusätzlich zwei Schülerinnen oder Schüler, die die Diskussion leiten. Jeder Gruppe wird eine Rolle zugewiesen. Eine Person wird die Rolle spielen. Die Diskussionsleitung achtet darauf, dass jede oder jeder zu Wort kommt, ausreden darf und auch höflich bleibt. Wichtig: Hört euren Mitschülerinnen und Mitschülern aufmerksam zu. Nur so ist eine gute Diskussion möglich. Überlegt und recherchiert vorher gemeinsam in der Gruppe: • Was ist für eure Rolle wichtig? Wofür setzt sich die Person ein? • Was findet die Person nicht gut und welche Probleme entstehen durch die Situation? • Wie bringt ihr andere Personen dazu, euren Standpunkt zu verstehen? Mit welchen Argumenten könnt ihr sie überzeugen? Wie könnt ihr die Probleme der anderen Personen lösen? Situation: In Warmkaltendorf wurde die Schule vor 50 Jahren von der Architektin Sigrid Plöchel geplant und gebaut. Sie hat Betonwände und große Fenster. Deshalb ist es in den Räumen im Winter sehr kalt und im Sommer sehr heiß. Jetzt soll die Schule gut wärmegedämmt werden. Rollen: Rudolf Beinhart (Vertreter der Baufirma): „Alles ist machbar!“, ist sein Motto. Neben Wärmedämmung und neuen Fenstern kann er auch den Abriss und Neubau der Schule anbieten. Stefan Mieslich (Elternvertreter): Er hat Bedenken, dass die Kinder während der Bauzeit einen längeren Schulweg zum Ausweichquartier haben werden. Franz Plötzlich (Schuldirektor): „In der Schule ist es im Winter oft kalt und es zieht. Das schadet der Gesundheit der Schülerinnen und Schüler.“ Heidrun Markovic (Vertreterin des Denkmalamts): „Das äußere Erscheinungsbild des Gebäudes darf durch Wärmedämmungen und neue Fenster nicht verändert werden.“ Sigrun Grünling (Gemeinderätin für Umwelt): „Eine gute Wärmedämmung ist auch Umwelt- und Klimaschutz. Da lohnt sich jede Ausgabe.“ Nicole Sommer (Bürgermeisterin): Sie muss die Ausgaben der Gemeinde gering halten. Deshalb unterstützt sie auch nur bedingt notwendige Wärmedämmungsmaßnahmen. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
20 3 Steigt warmes Wasser immer auf? (Fortsetzung von V3 auf Seite 20 im Schulbuch) Um diese Frage zu beantworten, veränderst du bei jedem folgenden Versuch nur eine Versuchsbedingung. Verwende bei dieser Versuchsreihe Leitungswasser und gesättigtes Salzwasser (etwa 350 g Kochsalz pro Liter Wasser). Die großen Gläser sind mit lauwarmem Leitungswasser oder Salzwasser gefüllt. Die kleinen Gläser enthalten rot gefärbtes heißes Leitungswasser oder Salzwasser und blau gefärbtes kaltes Leitungswasser oder Salzwasser. Bei welchen Versuchsanordnungen kannst du Strömungen feststellen? Beschreibe. Erkläre, wodurch bei dieser Versuchsreihe Strömungen entstehen: A1 Das Wasser in den drei Bechergläsern wird an verschiedenen Stellen mit der Brennerflamme erwärmt. Zeichne mit Pfeilen die Strömung des Wassers ein. Erkläre, bei welchem Becherglas sich das Wasser am schnellsten erwärmt. A2 Armin und Lea sollen im Physikunterricht zeichnen, wie sich das Wasser in einem Topf am Herd erwärmt. Armin erklärt seine Überlegung: „Das Wasser wird am Topfboden erwärmt. Es wird dadurch leichter und steigt auf. Das kühle Wasser an der Oberfläche sinkt zum Topfboden ab.“ Lea stellt ihre Zeichnung vor: „Das warme Wasser steigt auf und verdrängt das kühle Wasser an der Oberfläche.“ Was meinst du zu Armins und Leas Zeichnungen? Wie würdest du die Erwärmung des Wassers erklären? A3 Klaus hängt seine feuchten Geschirrtücher zum Trocknen gerne über den Heizkörper. Denkst du, dass die feuchten Tücher die Heizleistung des Heizkörpers verbessert oder verschlechtert? Begründe deine Antwort. V1 a) b) c) Armin Lea Energieübertragung durch Wärmeströmung Schulbuchseiten 38–39 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
21 Wärme in unserer Welt A4 Gefrorenes Essen wird in Lebensmittelgeschäften sowohl in Wannen als auch in Regalen angeboten. a) Weshalb sollst du nicht bei geöffneter Regaltür nachdenken, was du kaufen willst? Halte deine Überlegung schriftlich fest. b) Welche Form eignet sich besser zur Aufbewahrung der Lebensmittel: Wanne oder Regal? Sammelt in der Gruppe Argumente, die für und gegen den Einsatz der beiden Tiefkühlanlagen sprechen. c) Beachtet dabei aber nicht nur physikalische Argumente. Welche Arten von Lebensmittel werden angeboten? Welche Form ist für Personen mit körperlicher Beeinträchtigung (zB Rollstuhlfahrerinnen und Rollstuhlfahrer) besser zu erreichen? Wie würdet ihr aufgrund eurer Überlegungen den Kühlbereich eines Lebensmittelgeschäftes einrichten? Stellt eure Überlegungen euren Mitschülerinnen und Mitschülern vor. A5 In Maras Zimmer befindet sich der Heizkörper unter dem Fenster. Bei Moritz steht er auf der anderen Seite. Zeichne die warmen Luftströmungen mit roten Pfeilen ein, die kühlen Luftströmungen mit blauen Pfeilen. Erkläre anhand deiner Zeichnung, weshalb Moritz höhere Heizkosten und trotzdem kalte Füße hat. Das steigende Taschentuch Schneide ein Quadrat mit etwa 5 cm Seitenlänge aus einer einzigen Lage eines Papiertaschentuchs aus. Falte es in der Mitte und stelle es auf den Teller. Zünde es an der oberen Ecke an und achte darauf, dass das Papierstück dabei nicht umfällt (Bild). Wenn das Papierstück vollständig (!) abbrennen kann, so hebt die Asche vom Teller ab. Monas 8-jähriger Bruder ist völlig aufgeregt, als er nach dem Abbrennen des Papiers die Asche zur Decke steigen sieht. Überlege, welches Vorwissen er hat. Welche Fachwörter, die du kennst, musst du ihm erklären? Was ist wichtig? Was könnte er falsch verstehen? Schreibe die Erklärung in dein Physikheft. A6 Dein Klassenvorstand sagt: „Alle 20 Minuten lüften wir. Öffnet dafür alle Fenster 3–5 Minuten lang – das nennt man Stoßlüftung. So wird die alte Raumluft komplett durch Frischluft von draußen ausgetauscht.“ Auf der Internetseite einer Firma, die Lüftungsanlagen herstellt, findest du folgende Argumente dagegen: • Bei kurzer Stoßlüftung findet kein kompletter Luftaustausch statt. • Die Wirksamkeit der Fensterlüftung hängt von der Wettersituation ab. • Regelmäßige Fensterlüftung führt zu erhöhtem Energieaufwand. • Fensterlüftung im Winter erzeugt zu niedrige Temperaturen im Klassenzimmer. • Fensterlüftung ist zu laut und stört die Konzentration. Besprecht die Aussagen in Kleingruppen. Findet Argumente, die für das Stoßlüften sprechen. Erarbeitet Vorschläge, wie ihr euren Klassenraum sinnvoll lüften könnt. A7 Mit einem „Grillkamin“ können Holzkohlestücke schneller zum Glühen gebracht werden als wenn sie direkt im Griller erhitzt werden. Zeichne die Strömungen von Frischluft und heißen Abgasen im Grillkamin ein. Beschreibe die Vorteile dieses Geräts für eine Werbebroschüre. Mara Fenster Heizkörper Moritz V2 Holzkohle Grillkamin Grillanzünder Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
22 3 A1 Die von der Seite gezeichneten Platten haben eine gleich große Fläche und werden vom Sonnenlicht beschienen. a) Ordne die Platten (a–e) nach der Stärke ihrer Erwärmung durch die Sonneneinstrahlung von der kühlsten (1) bis zur wärmsten (5) Platte. Achte auch darauf, ob die Platten schwarz oder weiß sind! (1): (2): (3): (4): (5): b) Die Platte wird am wenigsten erwärmt, weil Die Platte wird am stärksten erwärmt, weil Vom Erwärmen und Auskühlen Vorbereitung: Verwende zwei gleich große verschließbare Dosen (zB für Brausetabletten). Umklebe eine Dose mit Aluminiumfolie, die andere mit schwarzem Papier. a) Fülle beide Dosen halbvoll mit Wasser (Raumtemperatur). Verschließe sie und bestrahle beide mit einer Wärmelampe. Stelle die Erwärmung des Wassers nach 10 Minuten mit einem Digitalthermometer fest. Schreibe eine Erklärung für dein Versuchsergebnis in dein Physikheft. b) Fülle beide Dosen mit der gleichen Menge heißen Wassers (zB 90 °C aus dem Wasserkocher). Decke die Dosenöffnungen zB mit etwas Aluminiumfolie ab. Miss die Temperatur des Wassers nach 2, 4, 6, 8 und 10 Minuten. Stelle dein Messergebnis im unteren Diagramm dar und interpretiere dein Ergebnis. c) Führe den Versuch b) mit veränderten Bedingungen durch (zB Dosenvolumen, Dosenmaterial, Dosenoberfläche …). Ändere bei jeder Durchführung immer nur eine (!) Variable. Überlege und verfasse einen Merksatz, wieso immer nur eine Variable gleichzeitig geändert werden soll, und was passieren könnte, wenn mehr als eine Variable geändert wird. A2 Martina geht nach der Schule heim und kauft sich im Supermarkt ein Schnitzel. Sie will es daheim noch warm essen. Der Verkäufer packt es in Papier mit Kunststoffbeschichtung ein. „Können Sie bitte noch eine Alufolie herum wickeln? Da hält das Schnitzel länger warm.“, bittet sie. Ihr Freund Leon meint: „Das hat doch keinen Sinn! Aluminium leitet die Wärme doch gut. Da wird dein Schnitzel viel früher auskühlen.“ Was meinst du dazu? Hat Leon Recht? Besprich mit deiner Sitznachbarin oder deinem Sitznachbarn. a b c d e Sonneneinstrahlung V1 50 °C 60 °C 70 °C 80 °C 90 °C Temperatur 2 4 6 8 10 Minuten Energieübertragung durch Strahlung Schulbuchseiten 40–41 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
23 Wärme in unserer Welt A3 Woran erkennst du bei diesen drei Versuchen, dass sich Infrarotstrahlung wie Licht verhält? Beschreibe. a) b) c) Mit einer Sammellinse wird ein Stück Grillkohle zum Glühen gebracht. Auf der Thermofolie ist nach der Bestrahlung mit einer Wärmelampe ein Bild des Löffels zu sehen. Wärmebild einer Person mit Aluminiumfolie als Unterlage. A4 Kim sagt: „Wenn ich im Winter bei Sonnenschein ins Freie gehe, dann spüre ich, wie die Sonne die Kälte auf meinem Körper verdrängt. Besonders gut geht das, wenn ich einen dunklen Pullover anhabe. Dunkle Stoffe ziehen die Wärme an.“ Weshalb ist trotz der richtigen Beobachtungen Kims Aussage nicht korrekt? Formuliere eine physikalisch richtige Aussage. A5 Jungbäume werden mit weißer Kalkfarbe vor Frost geschützt. a) „Da wird dem Baum doch im Winter kalt!“, beschwert sich die kleine Ella. Suche Informationen im Internet. Versuche Ella den Frostschutz für den Baum zu erklären. Schreibe deine Erklärung in dein Physikheft. b) Recherchiere, welchen Nutzen die Kalkfarbe zusätzlich bietet. A6 Beschreibe die möglichen Gründe, weshalb Holzöfen außen schwarz und rau, Heizkörper aber weiß und glänzend sind. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
24 3 A1 Wie heißen die Phasenübergänge? Setze die richtigen Begriffe ein. Muss dafür Wärme zugeführt (erwärmt) oder Wärme abgegeben (gekühlt) werden? Kreuze an. fest flüssig: Wärme muss zugeführt, abgegeben werden. gasförmig flüssig: Wärme muss zugeführt, abgegeben werden. flüssig fest: Wärme muss zugeführt, abgegeben werden. fest gasförmig: Wärme muss zugeführt, abgegeben werden. flüssig gasförmig: Wärme muss zugeführt, abgegeben werden. gasförmig fest: Wärme muss zugeführt, abgegeben werden. Bestimme den Schmelzpunkt Material: Digitalthermometer, Aluminiumfolie, Wasser, Wasserkocher, Schüssel oder Topf, Materialproben (zB Wachs, Butter, Kokosfett …), Teelichtbecher (einer für jede Materialprobe), Pinzette, Unterlage Vorbereitung: • Schütze den Temperaturfühler des Digitalthermometers mit einem Stück Aluminiumfolie vor Verschmutzung. • Gib heißes Wasser aus dem Wasserkocher in die Schüssel oder den Topf. Gib eine Materialprobe in einen Teelichtbecher. Lass den Teelichtbecher mit der Materialprobe im heißen Wasser schwimmen, bis die Materialprobe vollständig geschmolzen ist. Nimm den Teelichtbecher mit der Pinzette aus dem Wasser und stelle ihn auf die Unterlage. Halte die Spitze des Temperaturfühlers in die geschmolzene Materialprobe und warte bis sie erstarrt. Berühre damit nicht den Teelichtbecher. Wie erkennst du bei deiner Messung den Schmelzpunkt deiner Materialprobe? A2 „Wozu hast du im Tiefkühler ein Glas mit Eis stehen? Und weshalb liegt auf dem Eis eine Münze?“, fragt Jakob seine Oma. Sie erklärt es ihm: „Wenn wir länger auf Urlaub fahren, weiß ich, ob wir einen Stromausfall hatten und die Sachen im Tiefkühler noch gut sind.“ Jakob versteht das nicht. Wie würdest du ihm den Trick erklären? Notiere deine Erklärung im Physikheft. A3 Maja gießt 100 g heißes Wasser aus dem Wasserkocher (etwa 90 °C) auf die gleiche Menge schmelzende Eiswürfel (0 °C). Die Eiswürfel sind nach kurzer Zeit komplett geschmolzen. Sie vermutet, dass die Temperatur des Wassers jetzt 45 °C beträgt. Sie misst aber nur 11 °C. Erkläre Maja ihr Messergebnis. V1 schmelzendes Eis (100 g) 100 g Wasser ca. 90 °C Phasenübergänge: Schmelzen und Erstarren Schulbuchseiten 46–47 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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