Der Energiebegriff in der Thermodynamik

Der Energiebegriff in der Thermodynamik
Erhebung von Vorwissen und Lernzielkontrolle
Anna Prieur
Unterrichtseinheiten
1. Temperatur, innere Energie und Wärme
2. Wärmekapazität und Aggregatzustände
3. Energietransport in der Thermodynamik
4. Wärme-Arbeits-Maschinen als thermische
Energiewandler
Wie können wir anschlussfähiges Vorwissen und Fehlvorstellungen der
Schülerinnen und Schüler erheben?
 Resultate der Lehr- und Lernforschung studieren
 Eigene Erfahrungen im Unterrichten
 Mit Multiple Choice Tests gezielt Informationen über die Schülervorstellung erhalten
Entwicklung eines Vortests (Standard „Force Concept Inventory“)
 Schülerinnen und Schüler eigene Fragestellungen formulieren lassen
Dieses Interesse kann die Themenwahl beeinflussen.
Mögliche Vorstellungen von Schülerinnen und Schülern
 Isolierungen wärmen aktiv.
 Isolierungen sind materielle „Barrikaden“.
 Wärme ist ein Stoff, der durch Körper und Luft strömt.
 Metalle fühlen sich kälter als beispielsweise Holz an, weil sie
kälter als ihre Umgebung sind.
 Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität werden verwechselt.
 Aggregatzustandsänderungen brauchen immer Energie.
Entwicklung des Vortests
 Gezielte Wissensfragen einbauen: Was wurde schon gelernt?
 Gibt es anschlussfähiges Vorwissen?
 Mögliche Fehlvorstellungen in Antwortalternativen testen
 Kein Fachvokabular in Fragestellungen
 Vorstellungen in verschiedenen Situationen testen, um Zufallsergebnisse
auszuschliessen
 Schülerinnen und Schüler sollen nicht absichtlich aufs Glatteis geführt
werden.
Gibt es fachliches Vorwissen?
Bei einem Flüssigkeitsthermometer wird meistens Quecksilber oder
gefärbter Alkohol in einem Röhrchen verwendet. Der Flüssigkeitspegel
im Röhrchen zeigt die Temperatur an. Warum verwendet man kein
Wasser?
 Wasser gefriert bei 0°C und würde dann das Röhrchen sprengen.
 Das Röhrchen würde zu schnell verkalken.
 Bei einer Temperaturzunahme von 2°C auf 4°C würde der Pegel im
Röhrchen sinken.
 Keine der obigen Aussagen ist richtig.
Gibt es anschlussfähiges Vorwissen?
Die Temperatur von Wasser soll gemessen werden. Wie geht man dabei
vor?
 Sobald der Messfühler das Wasser berührt, kann abgelesen werden.
 Thermometer darf man grundsätzlich erst nach 5 Minuten ablesen.
 Thermometer darf man erst ablesen, wenn der Wärmeübergang
zwischen dem Wasser und dem Messfühler beendet ist.
 Thermometer darf man erst ablesen, wenn sich die Temperatur
zwischen Wasser und Messfühler ausgeglichen hat.
 Thermometer darf man erst ablesen, wenn auf der Skala keine
Änderung mehr zu beobachten ist.
Fehlvorstellungen durch gezielte Antwortalternativen testen
Wenn eine kleine Wassermenge gefriert,
 absorbiert sie Energie von ihrer Umgebung.
 absorbiert sie Kälte von ihrer Umgebung.
 absorbiert sie Kälte und gibt Energie an die Umgebung ab.
 absorbiert die Umgebung Energie von ihr.
 gibt sie weder Energie ab noch nimmt sie Energie auf, weil ihre
Temperatur konstant bleibt.
Vorstellungen in verschiedenen Situationen testen, um
Zufallsergebnisse auszuschliessen
Wenn man ein offenes Gefäss mit Wasser in eine Vakuumglocke
stellt und die Luft aus der Glocke herauspumpt, beginnt das
Wasser ab einem bestimmten Zeitpunkt zu sieden.
Welche der folgenden Aussagen sind richtig?
 Durch das Sieden wird das Wasser immer heisser, erreicht
aber nicht die Temperatur von 100°C.
 Das Sieden braucht Energie, dadurch wird das Wasser kälter.
 Durch das Sieden wird das Wasser immer heisser, bis es die
Temperatur von 100°C erreicht hat; danach steigt die
Temperatur nicht weiter an.
 Die Temperatur des Wassers bleibt die ganze Zeit konstant.
Lernzielkontrolle durch einen Nachtest
Auf eine heisse Herdplatte wird etwas Wasser gespritzt. Dabei kann man manchmal
beobachten, dass das Wasser nicht sofort verdampft, sondern dass die Wassertropfen auf
der Herdplatte gleiten und erst nach einigen Minuten verdampfen. Warum tritt dieses
Phänomen auf?
 In diesem Fall war die Herdplatte noch nicht heiss genug, so dass die Tropfen sich nicht
stark genug erwärmen konnten.
 Die Herdplatte war schon sehr heiss, so dass sich zwischen Wasser und Platte sofort
eine Dampfschicht gebildet hat.
 Die Wassertropfen haben eine grosse Wärmekapazität und werden deshalb nur langsam
erhitzt.
 Es handelt sich hier um einen Induktionskochherd.
 Der Herd kann die Hitze besser auf Metall, also Töpfe, als auf Wasser übertragen.
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Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit!