Beobachtungsbogen – Kann man Wärme einschließen?

Naturwissenschaftlicher Sachunterricht – Sprint II Projekt Thema
„Bionik“
Wärmedämmung nach Eisbärenart
Name: Sonja Hofstetter und Ving Chan Hua
Schule: VS II Schwechat
Klassenlehrerin: Petra Fuchs
Klasse: 3b
Projekttage: 18.1.2013 und 21.1.2013
Fragen:
· Warum friert der Eisbär nicht?
· Warum hat der Eisbär eine schwarze Haut?
· Wie würdest du das Wissen umsetzen?
· Wie wurde das Wissen in der Technik umgesetzt?
Ziele:
· Kinder sollen den Begriff Bionik kennen lernen und erklären können.
· Kinder nennen die Besonderheiten des Eisbären.
· Kinder können die Experimente vorzeigen.
· Kinder entwickeln ein Gefühl dafür, dass sich aus der Natur wichtige Ideen für den Alltag und
die Technik ergeben können.
· Kinder lernen verschiedene Beispiele für bionische Erfindungen kennen.
· Kinder verstehen den Zusammenhang Wärmedämmung Eisbär – Wärmedämmung Technik
· Kinder lernen, warum ein Eisbär nicht friert.
Unterrichtsmittel:
Arbeitsmittel:
Sachinformation
Was ist Bionik?
Eine Verbindung zwischen Natur und Technik – wie geht das?
Bionik bedeutet “Lernen von der Natur für die Technik” und damit die bestehenden Technologien zu
verbessern. Der Begriff Bionik setzt sich aus den Worten Biologie und Technik zusammen.
Mit dem Traum vom Fliegen begann die Geschichte der Bionik. Vögel waren die großen Vorbilder der
ersten Flugzeugbauer.
Es gibt in unserem Alltag einige Gegenstände, die Vorbilder aus der Natur haben. Oft wissen wir das
gar nicht, z.B. der Klettverschluss oder der Stacheldraht.
Der Eisbär
Der Eisbär ist ein Säugetier und gehört zu der Untergruppe
der Großbären. Sie sind meist Einzelgänger oder leben nur
in kleinen Gruppen. Eisbären legen ca. 70 Kilometer pro
Tag zurück.
Sie leben in der Arktis (Nordpol) und auf dem Packeis.
Männchen wiegen ungefähr 700 kg. Weibchen wiegen
ungefähr 300 kg.
Wenn sich ein Eisbär auf die Hinterbeine stellt, ist er 3 m
groß.
Sein Fell ist weiß und im Sommer etwas gelblicher. Es
bietet Schutz vor der Kälte und tarnt den Eisbären ideal.
Die „weißen“ Haare haben in Wirklichkeit keine Farbe. Sie sammeln das UV Licht und leiten dieses
zur schwarzen Haus vor, die die Wärme speichert. Unter seinem Fell hat er eine 5-10 cm dicke
Fettschicht, die ihn ebenfalls gegen die Kälte schützt. Die Haare sind innen hohl.
Augen, Nase, Lippen und Krallen sind schwarz.
Eine Besonderheit des Eisbären ist seine Zunge, diese ist graublau und schützt ihn so vor der Kälte.
An der Unterseite seiner breiten Pfoten hat er kurze, borstige Haare. So bekommt er nie kalte Füße.
Der Eisbär kann seine 5 Krallen nicht einziehen. Auf dem Eis kann er sich mit den Krallen gut
festhalten.
Eisbären sind Allesfresser. Auf ihrer Speisekarte stehen: Fische, Vogeleier, gestrandete Wale. Am
liebsten verspeisen sie aber Robben. Im Sommer fressen sie aber auch Gräser oder Beeren.
Eisbären sind kluge Jäger. Um Robben fangen zu können, wendet er einen besonderen Trick an.
Um sich nicht zu verraten, deckt er die schwarze Nase mit seinen Pfoten ab. So können die Robben
den Eisbären nicht erkennen.
Außerdem sind Eisbären sehr gute Schwimmer. Beim Tauchen schließen sie die Nasenlöcher, aber die
Augen bleiben offen. Ein Eisbär kann 2 Minuten unter Wasser bleiben.
Eine Bärin bekommt nur alle 4 Jahre Nachwuchs. Meistens sind es Zwillinge. Vor der Geburt zieht sich
die Bärin in eine Höhle zurück. Bei der Geburt sind die Babys so groß wie ein Meerschweinchen. Die
Jungen werden 3 Monate gesäugt. Die Eisbärin und ihre Jungen bleiben 3 Jahre beisammen.
Zu den Feinden der Eisbären zählten nur die Menschen, da sie die Bären wegen ihres Felles jagten. So
war der Eisbär bald vom Aussterben bedroht, doch zum Glück steht er heute unter Naturschutz. Nur
mehr den Inuits ist es erlaubt sie zu jagen.
Wärmedämmung nach Eisbärenart
Das Eisbärenfell ist das natürliche Vorbild für moderne transparente Wärmedämmstoffe.
Eisbären schützen sich durch die Kombination mehrerer Effekte erfolgreich vor der eisigen Kälte am
Nordpol. Selbst Temperaturen von minus 70 Grad Celsius bereiten Eisbären keine Schwierigkeiten.
Funktionen des Eisbärenfells
Das weiße Fell des Eisbären erfüllt mehrere sinnvolle Funktionen, die dem Eisbär das Leben unter
den herrschenden Bedingungen erleichtert. So dient die weiße Farbe des Fells der Tarnung. Damit
kann sich der bis zu drei Meter große Jäger unbemerkt in der schneebedeckten Landschaft an seine
Beute heranschleichen oder ihr auflauern. Das dichte Fell dient daneben zum Schutz gegen die Kälte.
Die einzelnen Haare sind von einem öligen wasserabweisenden Film umgeben. Deshalb macht dem
Eisbären auch ein kleines Bad im eiskalten Wasser nichts aus. Denn nach dem Schwimmen schüttelt
er sämtliche Wassertropfen einfach aus dem Fell. So kann auch Schnee nicht im Fell gefrieren.
Gleichzeitig schließen die dicht stehenden Fellhaare Luft ein und erzeugen so eine Isolierschicht.
Hierdurch kann die Körperwärme nicht so leicht entweichen. Dieser Effekt wird beim Eisbärenfell
durch die starke Kräuselung der einzelnen Haare verstärkt. Das dichte Haargeflecht bildet ein
Luftpolster um den Eisbärenkörper.
Darüber hinaus fungieren die Haare als Lichtleiter. Sie sind innen hohl und einer technischen
Glasfaser vergleichbar. Die Sonnenstrahlen werden durch die Haarkanäle auf die schwarze Haut des
Eisbären geleitet; die Strahlung wird absorbiert und in Wärme umgewandelt. Die Fettschicht der
Haut speichert diese Wärme zusätzlich zur Körperwärme.
Transparente Fassadendämmung - Solare Wandheizung
Das Eisbärenfell war der Ideengeber für die transparente Wärmedämmung: Die wärmenden
Sonnenstrahlen werden auf die Haut geleitet. Die gefangene Wärme wird von dem Luftpolster im Fell
festgehalten. In der Technik verwendet man eine Schicht aus dünnen Glasröhrchen, welche das
Sonnenlicht auf die dunkel gestrichene Hauswand leiten. Die dunkle Farbe absorbiert die Strahlen
und gibt die Wärme an die innen liegenden Räume ab.
Im Sommer vermindert die Dämmschicht den Wärmeeintrag von außen durch die
sonnenstandsabhängige Wirkung: Fällt das Licht mit kleinem Einfallswinkel auf die Fassade, wird nur
wenig reflektiert und es liegt eine hohe Absorptionsrate vor. Bei hohem Lichteinfallswinkel wird
hingegen nur wenig Wärme in das Gebäude geleitet. Dadurch erzielt man, dass die Räume im Winter
effektiv aufgewärmt und im Sommer entsprechen weniger stark aufgeheizt werden.
Wärmedämmende Textilien
Nach dem Prinzip der transparenten hohlen Haare hat man bereits künstliche Fasern entwickelt, die
zu einem Gewebe verarbeitet werden können. Die Vliesstoffe werden zum Teil bereits in Bettdecken,
Anoraks und speziell für tiefe Temperaturen geeignete Schlafsäcke verarbeitet.
Ein weiteres Einsatzgebiet für solche flexiblen Textilien sind beispielsweise halbkugelförmige
Sonnenkollektoren. Sie könnten die klassischen transparenten Dämmmaterialien, die starr und
schwer sind, ablösen. Auch zur Isolation von zum Beispiel Warmwasserrohren sind diese Textilien als
Isolationsmaterial geeignet.
Biologisches Vorbild
Technische Lösung
Experimente
 Weshalb hat der Eisbär wohl eine schwarze Haut?
Du brauchst:


schwarze und weiße Eisbärenform (Alternative: Tücher)
Taschenlampen
Durchführung:
1. Lege eine schwarze und eine weiße Eisbärform für einige Minuten( ca. 5 min) unter eine Lampe.
2. Welche Form ist wärmer?
 Der Wärmetresor
Du brauchst:





jede Gruppe 2 schwarze Eisbärformen
Luftpolsterfolie
Lampe
Uhr
Klebefilm
Durchführung:
1. Lege eine der Formen auf die Luftpolsterfolie. Falte die Folie zu einer Tasche die die Form
umschließt. Klebe sie von oben und den Seiten zu. Dabei soll die schmale Seite offen bleiben.
2. Lege die beiden Eisbärformen ca. 5 Minuten unter die Lampe.
3. Halte die Formen in der Hand und fühle die Temperatur an verschiedenen Stellen.
4. Wenn du die Wärme an der unbedeckten Form nicht mehr fühlen kannst, dann nimm die zweite
Form aus der Folientasche. Was beobachtest du?
 Eisbären fühlen sich in eisiger Kälte pudelwohl. Hier kannst du erfahren, warum:
Du brauchst:


Styropor
Metall oder Glas
Durchführung:
1. Lege eine Hand auf ein Stück Styropor.
2. Die andere Hand legst du auf Metall oder Glas.
3. Welche Hand fühlt sich kälter an?
4. Warte einige Minuten. Wie fühlt sich nun deine Hand auf dem Styropor an?

Kann man Wärme einschließen?
Du brauchst:






Schuhkarton
Thermometer
Stoppuhr
Gefäße aus Glas, Ton, Plastik, Metall usw.
Wolle, Watte, Papier, Kieselsteine, Erde usw.
Wassergefäß 40°C  Anmerkung: kleine Herdplatte eventuell notwendig?!
Durchführung:
Die Kinder bekommen rund 40° C warmes Wasser (am besten aus einer Thermoskanne). Ihnen
stehen verschiedene Gefäße aus Glas, Metall, Plastik und Ton zur Verfügung. Isolationsmaterialien
sind zum Beispiel Styropor, Steine, Watte und Papier. Die Gruppen suchen sich aus, welche
Materialien sie verwenden möchten. Wenn alle fertig sind, wird die Zeit gestoppt. Nach zehn
Minuten erfolgt der Vergleich mit einem Thermometer. Welche Gruppe hat gewonnen? Warum?
Welche Materialien hat sie verwendet? Wichtige Erkenntnis: Luft ist ein guter Wärmeisolator. Sie ist
also ein schlechter Wärmeleiter.
Quelle:






http://suite101.de/article/waermedaemmung-nach-eisbaerenart-a49197#axzz2GoiibBOs
http://www.heise.de/tp/artikel/22/22417/1.html
http://www.frag-die-natur.uni-muenster.de/eisbaer/eisbaer.htm
http://www.berliner-zeitung.de/newsticker/modellversuch-in-friedrichshagen--neuewaermedaemmung-an-plattenbauten-wird-ausprobiert-ein-haus-mit--eisbaerenfell,10917074,9736006.html
http://www.kidsnet.at/sachunterricht/tiere/eisbaer.htm
http://www.lehrerweb.at/materials/gs/faecheruebergreifendes/baeren/eisbaer.pdf
Arbeitsblätter mit unterschiedlichen Öffnungsgraden









Arbeitsblatt 1: Experiment: Kann man Wärme einschließen?
Arbeitsblatt 2: Beobachtungsbogen mit Vorgaben: Experiment Kann man Wärme
einschließen?
Arbeitsblatt 3: Beobachtungsbogen ohne Vorgaben: Experiment Kann man Wärme
einschließen?
Arbeitsblatt 4: Experiment mit Anleitung: Der Wärmetresor
Arbeitsblatt 5: Experiment ohne Anleitung: Der Wärmetresor
Arbeitsblatt 5: Beobachtungsbogen mit Vorgaben: Der Wärmetresor
Arbeitsblatt 6: Beobachtungsbogen ohne Vorgaben: Der Wärmetresor
Arbeitsblatt 7: Experiment: Wenn es heiß wird in der Arktis
Arbeitsblatt 8: Beobachtungsbogen: Wenn es heiß wird in der Arktis
Name: ________________________________
Du bist dran!
Um Wasser warm zu halten, stehen dir einige Gefäße und Materialien zur Verfügung. Wer
schafft es, das Wasser im Gefäß am längsten warm zu halten?
Notiere, welche Materialien eure Gruppe verwendet hat und welche Temperatur das Wasser
nach einigen Minuten noch hatte.
Name:_____________________________
Wärme kann
man
einschließen?
BEOBACHTUNGSBOGEN – KANN MAN WÄRME EINSCHLIEßEN?
Besprich deine Überlegungen in der Gruppe!
Welches Material vermutest du hält das Gefäß am längstem warm? Welche Materialien
wirst du dafür verwenden?
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
Beschreibe deinen Vorgang! Welches Material hast du als erstes ausprobiert? Welche
Materialien hast du verwendet?
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
Mögliche Erklärungen
Warum hält das eine Material das Gefäß wärmer als die anderen?
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
Name: _________________________________
Unter seinem dicken Fell ist der Eisbär schwarz – so wie seine Nase.
Du bist dran!
Weshalb hat der Eisbär wohl eine schwarze Haut?
Dieser Versuch verrät es dir:
1. Lege eine schwarze und eine weiße Eisbärform fünf Minuten unter eine Lampe oder in die
Sonne.
2. Welche Form ist wärmer?
Der Wärmetresor
1. Lege eine der Formen auf die Luftpolsterfolie. Falte die Folie zu einer Tasche die die Form
umschließt. Klebe sie von oben und den Seiten zu. Dabei soll die schmale Seite offen bleiben.
2. Lege die beiden Eisbärformen ca. 5 Minuten unter die Lampe.
3. Halte die Formen in der Hand und fühle die Temperatur an verschiedenen Stellen.
Form aus der Folientasche. Was beobachtest du?
Welche Form wird deiner Meinung nach wärmer sein? Begründe deine Vermutung!
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
Name: _________________________________
Unter seinem dicken Fell ist der Eisbär schwarz – so wie seine Nase.
Du bist dran!
Weshalb hat der Eisbär wohl eine schwarze Haut?
Material: schwarze und weiße Eisbärform; Lampe
Der Wärmetresor
Material: Luftpolsterfolie, 2 schwarze Eisbärformen, Dixo
Welche Form wird deiner Meinung nach wärmer sein? Begründe deine Vermutung!
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
Name:_____________________________
Eisbären haben
eine schwarze
Haut?
BEOBACHTUNGSBOGEN – DER WÄRMETRESOR
Besprich deine Vermutungen in der Gruppe!
1. Versuch: Welche Form wird eurer Meinung nach wärmer sein? Begründet eure
Vermutung!
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
2. Versuch: Welche Form wird eurer Meinung nach wärmer sein? Begründet eure
Vermutung!
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
Was kannst du beobachten?
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
Wie würdest du es dir erklären?
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
Name: _______________________
Wenn es heiß wird in der Arktis
Eisbären kommen selbst in der Arktis schnell ins Schwitzen. Wenn es ihnen zu warm wird, kühlen sie
sich ab – in eiskaltem Wasser
Du bist dran!
Eisbären fühlen sich in eisiger Kälte pudelwohl. Hier kannst du erfahren warum:
1. Lege eine Hand auf ein Stück Styropor.
2. Die andere Hand legst du auf Metall oder Glas.
3. Welche Hand fühlt sich kälter an?
4. Warum?
Name: _______________________
Wenn es heiß wird in der Arktis
Eisbären kommen selbst in der Arktis schnell ins Schwitzen. Wenn es ihnen zu warm wird, kühlen sie
sich ab – in eiskaltem Wasser
Du bist dran!
Eisbären fühlen sich in eisiger Kälte pudelwohl.
Überlege warum!
Material: 1 Stück Styropor, Metall oder Glas
Name:_____________________________
Eisbären
schwitzen in
der Arktis –
wieso?
BEOBACHTUNGSBOGEN – WENN ES HEIß WIRD IN DER ARKTIS
Was vermutest du, wird passieren? Vergleiche die beiden Materialien, welche Unterschiede
erkennst du?
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
Mögliche Erklärungen
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________________