Längenänderung von festen Körpern
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Heike Hofmann Längenänderung von festen Körpern Fertige Stunde zum Thema Wärme und Temperatur odik Lernmeth Nach der einz Klippert von Dr. H ann Heike Hofm Downloadauszug aus dem Originaltitel: Physik tur Tempera d n u e › Wärm rgie und Ene › Wärme Das Werk als Ganzes sowie in seinen Teilen unterliegt dem deutschen Urheberrecht. Der Erwerber des Werkes ist berechtigt, das Werk als Ganzes oder in seinen Teilen für den eigenen Gebrauch und den Einsatz im eigenen Unterricht zu nutzen. Die Nutzung ist nur für den genannten Zweck gestattet, nicht jedoch für einen schulweiten Einsatz und Gebrauch, für die Weiterleitung an Dritte (einschließlich aber nicht beschränkt auf Kollegen), für die Veröffentlichung im Internet oder in (Schul-)Intranets oder einen weiteren kommerziellen Gebrauch. Eine über den genannten Zweck hinausgehende Nutzung bedarf in jedem Fall der vorherigen schriftlichen Zustimmung des Verlages. Verstöße gegen diese Lizenzbedingungen werden strafrechtlich verfolgt. Wärme und Temperatur LS 08 LS 08 Längenänderung von festen Körpern in Gruppenarbeit klären Zeit Lernaktivitäten 1 PL 5’ L gibt einen Überblick über den bevorstehenden Ablauf der Stunde. 2 EA 5’ Die S erhalten je eine Karte von M1, betrachten diese und suchen ihre Partner. 3 GA 5’ Die S besprechen ihre Beispiele und erschließen die Erläuterung. Sie machen sich Stichpunkte. 4 GA 10’ In neuen Mischgruppen berichten die S von ihren Beispielen. 5 EA 10’ Die S füllen einen Lückentext aus. 6 PA 5’ üller“ vor v und legen Die S stellen sich ihre „Lückenfüller“ m überle gen sie eine Überschrift fest. Gemeinsam überlegen m Beispiel aus us M3. sich eine Erklärung zum 7 PL 5’ ellen ihre Ergebnisse vor. Offene Of Ausgeloste S stellen rden gek rt. Fragen werden geklärt. Material M1, Bunsenbrenner, Kugel-RingVersuch, Zange Kompetenzen – physikalische Sachverhalte an Beispielen beschreiben – Kenntnisse über physikalische Sachverhalte mündlich und schriftlich wiedergeben – Fachsprache verwenden M2 M M3 auf Folie Erläuterungen zur Lernspirale nspirale Ziel der Stunde istt es, die Ausdehnung Ausd nung fe fester Körg an Beispielen Beispiele zu verstehen. Die perr bei Erwärmu Erwärmung Schüler sollen ih ihrr Wissen zus zusammenfassen und am Beispiel des Bügeleisens B eleisens erläutern. Heike Hofmann: Wärme und Temperatur/Wärme und Energie © Klippert Medien m Ablauf im E Zum Einzelnen: Arbeitss Im 1.. Arbeitsschritt erläutert der Lehrer den Verer S sem Falle F lauf der Stunde. Dazu gehört in diesem auch eine Belehrung beim Umgang mit Feue Feuer, da der hülerg Kugel-Ring-Versuch durch eine S Schülergruppe vorn. geführt werden kann. el M1 e rhält jeder Schüler Schü er im 2. ArVom Materiel erhält itt eine Ka e. Auf den Karten K beitsschritt Karte. befinden eder Bilder m sich entweder mitt phys physikalischen Effekten ng fester Körper oder ein erklärenzur Ausdehnung er vier Karten gehören zu einer Grupder Text. Immer pe. Die Gruppen beschäftigen sich in den nächsten fünf Minuten mit: – Rohrleitungen von Industrieanlagen, – Dehnungsfugen und Brückenpfeiler, – Überland- und Oberleitungen, – Auspuffanlagen und Aufschrumpfen, – Bimetallstreifen und Legierungen, – Eisenbahnschienen und Eiffelturm, – Kugel-Ring-Versuch. Die Schüler können durch das Betrachten und Lesen der Karten die Gruppenzugehörigkeit feststellen. Zur Unterstützung kann der Lehrer aber auch eine Nummerierung auf die Rückseite der Karten schreiben. 1 Merkposten chrit besprechen die d e Schüler Sch Im 3. Arbeitsschritt einer u liest der „„Textinhaber“ der Gruppe ihrr Thema. Da Dazu G e Bilde Gruppe den Inhalt vor. D Die Bilder unterstützen den Verst nisprozess. Alle Gruppenmitglieder sollVerständnisprozess. ten in der de Lage sein, das Beispiel physikalisch zu beschreiben beschreiben. Im 4. Arbeitsschritt sind Mischgruppen zu bilden, in denen je ein Schüler der Stammgruppe vertreten ist. Jeder Schüler berichtet über sein Beispiel. Die Gruppenstärke sollte vier nicht überschreiten. Aus diesem Grund müssen mindestens zwei Runden in jeweils neuen Mischgruppen organisiert werden. Jeder Schüler sollte alle Beispiele und den Kugel-Ring-Versuch gehört bzw. gesehen haben. Das Material M1 reicht für 28 Schüler. Sollte mehr benötigt werden, muss ein Beispiel zweimal ausgegeben werden. Die Erläuterungskarten sollten leistungsstärkere Schüler erhalten. Während der Arbeitsschritte 3 und 4 sollte sich der Lehrer bei der Gruppe des Kugel-Ring-Versuchs aufhalten. Nach Ablauf der Mischgruppenarbeit erhalten die Schüler im 5. Arbeitsschritt einen Lückentext (M2), der in Einzelarbeit auszufüllen ist. Die Tischnachbarn besprechen im 6. Arbeitsschritt ihre gefundenen Wörter und finden gemeinsam eine Erklärung für das Beispiel aus M3. Hier gilt es zu erläutern, wie der Bimetallstreifen im Bügeleisen Einfluss auf den Stromkreis nimmt. Wird der Heizdraht durch den fließenden Strom erhitzt, wird auch der Bimetallstreifen erwärmt, dieser verbiegt sich durch die unterschiedliche Längenausdehnung der beiden Metalle so, dass der Stromkreis unterbrochen wird. Im 7. Arbeitsschritt stellen ausgeloste Schüler ihr Ergebnis vor, offene Fragen können geklärt werden. Klippert Zeitgemäß unterrichten LS 08.M1 Wärme und Temperatur 08 Längenänderung von festen Körpern in Gruppenarbeit klären Karten mit Beispielen zur Ausdehnung fester Körper Heike Hofmann: Wärme und Temperatur/Wärme und Energie © Klippert Medien Feste Körper rper de dehnen hnen en sich beim Erwärmen Erw in alle Richtungen rung iist dabei besonders wichtig. Ein 1 m aus. Die Längenände Längenänderung langes K upferrohr wird wi zu Kupferrohr zum Beispiel um 1,7 mm länger, wenn es sich um 10 1000 K erwä erwärmt. Je länger die Rohre sind, desto größer ist die Ausd h Ausdehnung. Diese Tatsache muss beim Bau von Rohrleitungen ffür Industrieanlagen oder Fernwärmeleitungen berück rücksichtigt werden. Deshalb werden in regelmäßigen Abständen Schleifen eingebaut. Sie ermöglichen eine zerstörungsfreie Ausdehnung der Rohre bei großer Hitze oder das Zusammenziehen bei Kälte. Eine platzsparende Möglichkeit ist der Einbau ziehamonikaähnlicher Zwischenstücke. Erkläre, warum! 2 Klippert Zeitgemäß unterrichten Wärme und Temperatur LS 08.M1 Feste Körper dehnen sich beim Erwärmen in alle Richtungen aus. Die Längenänderung ist dabei besonders wichtig. Ein 1 m langes Betonstück wird zum Beispiel um 1,2 mm länger, wenn es sich um 100 K erwärmt. Je länger die Betonstücke sind, desto größer ist die Ausdehnung. Die entstehenden Kräfte sind so groß, dass sich Straßen wölben und stark beschädigt werden können. Um dies zu verhindern, werden in regelmäßigen Abständen, besonders in Brückennähe, sogenannte Dehnungsfugen eingebaut. Sie ermöglichen die Ausdehnung der Straße bei großer Hitze und verhindern das Reißen beim Zusammenziehen, wenn es sehr kalt ist. Unter Brücken sieht man oft Rollen auf den Pfeilern. Erkläre warum! Heike Hofmann: Wärme und Temperatur/Wärme und Energie © Klippert Medien Feste Körper dehnen sich h beim Erwär Erwärmen in alle Richtungen deru ist dab ei besonders beso aus. Die Längenänderung dabei wichtig. Ein 1 m rstück wird zum Beispiel Beisp el um 1,7 mm länger, wenn langes Kupferstück m 100 K er wärmt. Aluminiu es sich um erwärmt. Aluminium (1 m lang) verlängert sich um 2,4 mm bei einer Tempera Temperaturänderung um 100 K. Je länger n sind, desto des mehr dehnen sie sich aus. Überlanddie Leitungen der Ober leitungen oder Oberleitungen für Züge sind mehrere Kilometer ge lang. Die Längenänderung ist im Sommer deutlich zu sehen. Die Leitungen hängen dann merklich durch. Überlege, warum es unklug wäre, die Leitungen im heißen Sommer zu spannen! Die Zugoberleitungen müssen aber immer die gleiche Höhe haben. Erkläre, warum an den Enden der Oberleitungen Ausgleichslasten auf Rollen angebracht sind. 3 Klippert Zeitgemäß unterrichten LS 08.M1 Wärme und Temperatur Heike Hofmann: Wärme und Temperatur/Wärme und Energie © Klippert Medien Wieso erhitzt ein e Automechaniker eine Verbindungsstelle dungsstel zweie er Auspuffroh Auspuffrohre? Wie werden die Ringe von Eisenbah Eisenbahnrädern zu ringe um Weinfässer Weinfä er gespannt? gespan zusammengefügt oder die Eisenringe Ein rpern bei Erwä ung spielt s Eine Eigenschaft von festen Kö Körpern Erwärmung htige Rolle. hierbei eine wichtige hr un nd damit mit Te aturerhöhu dehnen sich Bei Wärmezufuhr und Temperaturerhöhung e Richtung Richt ng aus. Ein 1 m langes l feste Stoffe in jede Eisenrohr zum ehnt sich sicch bei ein Tempera Beispiel dehnt einer Temperauterhöhung um 100 K um erhi zter Eisenring Eis 1,2 mm aus. Ein erhitzter dehnt sich aus und kann auf fass aufgesetzt aufgese t werden. we ein Wein Weinfass Wenn er sich abkühlt, zieht er sich wiede wieder zusamm zusammen und sitzt dann fest. ufges Bei einem aaufgesetzten Eisenbahnrad-Ring oder einer Auspuffnutz man den gleichen Effekt. Erkläre! anlage nutzt 4 Klippert Zeitgemäß unterrichten Wärme und Temperatur LS 08.M1 Feste Körper dehnen sich beim Erwärmen in alle Richtungen aus. Die Längenänderung ist dabei besonders wichtig. Ein 1 m langes Eisenstück wird zum Beispiel um 1,2 mm länger, wenn es sich um 100 K erwärmt. Je länger das Eisenstück ist, desto mehr dehnt es sich aus. Eisenbahnschienen sind viele Kilometer lang. Eine Möglichkeit des Verlegens ist, an den Anschlussstücken eine Lücke von einigen Zentimetern („Schienenstoß“) zu lassen, bevor man sie miteinander verbindet. Wird die Längenänderung bei Erwärmung nicht beachtet, kann dies zu großen Veren. werfungen im Gleisbett führen. Ein zweites Beispiel für diese Tatsac Tatsache ist der Eiffelturm. Er ist im Normalzustand 300,15 m hoch, an besonders heißen Tagen ist er bis zu 30 cm höher. Metall 1 Metall 2 Temperaturg erhöhung starre Verbindung ng Heike Hofmann: Wärme und Temperatur/Wärme und Energie © Klippert Medien Feste Körper dehnen sich beim Erwärmen in alle Richtungen aus. Die Längenänderung ist dabei besonders wichtig. Ein 1 m langes Eisenstück wird zum Beispiel um 1,2 mm länger, wenn es sich um 100 K erwärmt. Aluminium von gleicher Länge dehnt sich sogar um 2,4 mm aus. Sind zwei beliebige Metalle (mit unterschiedlicher Ausdehnung) bei der Erwärmung fest miteinander verbunden, nennt man dies einen Bimetallstreifen. Er verbiegt sich und kann so zum Beispiel Stromkreise unterbrechen oder schließen. Bei der Herstellung der 1- und 2-Euro-Münzen musste man darauf achten, dass die beiden verbundenen Metall-Legierungen sich beim Erwärmen gleichermaßen ausdehnen. Kannst du sagen, warum? Stahlbeton ist ein Baustoff, der aus Stahl (Eisen) und Beton besteht. Warum können beide Stoffe wohl gemeinsam verarbeitet werden? 5 Klippert Zeitgemäß unterrichten LS 08.M1+2 Wärme und Temperatur Feste este Körper d dehnen sich beim Erwärmen in n alle Rich Richtungen a us. Der Kugel-Ring-Versuch Kuge beweise aus. sollll das beweisen. Da i d gezeigt, dass die Eisenkugel enkugel durch di Dazu wird die Öffnung h hindur d die Kugel über einem nem B durchgeht. Im zweiten Schrittt wir wird Brensucht man nun, die Kugel durch den Ring fallen ner erhitzt. Versucht sstecken. en. W zu lassen, bleibt sie ste Warum? ärmun vergrößert sich ich das Volumen der EiAufgrund der Erwärmung s h in alle Richtunge senkugel, da sie sich Richtungen ausdehnt. Erst wenn die h wieder abgekühlt abgekühlt hat, wird sie erneut durch den Ring Kugel sich fallen. Si e hat sich wi der zzusammengezogen. Sie wieder Plant die Durchführung urchführ und Erklärung des Versuchs vor der Klasse! LS 08.M2 – Lückentext ckentext Feste Stoffe e reagieren reagieren auf Temperaturerhöhungen. Tempera ure Sie sich h in alle aus. Sie werden länger, und . Heike Hofmann: Wärme und Temperatur/Wärme und Energie © Klippert Medien Beim Abkühlen sie sich wie- der Bei Erwärmung um 100 K wird ein 1-m-Stück aus länger um 2,4 mm Aluminium . Für die meisten techni1,7 mm Kupfer schen Anwendungen ist die -ausdeh- nung besonders wichtig und muss dem Bau Beton werden. Wie man rechts sieht, hängt die Ausdehnung vom Ein 1 Eisen ab. langes Kupferstück dehnt sich bei einer um 100 K um Porzellan Papier 1,2 mm 1,2 mm 0,3 mm 0,1 mm Abb.1: Ausdehnung verschiedener Stoffe aus. Eisen und Beton verhalten sich . Sie dehnen sich um aus. 6 Klippert Zeitgemäß unterrichten LS 08.M3 Wärme und Temperatur Bügeleisen Lösung zu M2 Feste Stoffe rea reagieren gieren auf Tem Temperaturerhöhungen.. Sie Si dehnen en sich in alle Richtungen tunge aus. Sie S werden länger, breiter err und dicker. dick Beim Be Erwärmung Bei rwärmun um 100 K wird 1-m-Stück aus ein 1 m-St länger um 2,4 mm Aluminium Abkühlen bkühlen ziehen ziehe sie sich wieder zusammen. Für die meisten technitechni1,7 mm Kupfer schen n Anwendungen A ist die Längenausdehnung ausd besonders beson wichtig Eisen und muss vor dem Bau berechnet/berücksichtigt rech et/ber werden. wer Wie man rechts sieht, hängtt die Ausdehnung Ausdehnu g vom Stoff ab. Ein 1 Meterr langes Kupferstück dehnt deh sich bei einer Erwärmung um Porzellan 100 K um 1,7 mm aus. Eisen E sen und un Beton verhalten sich gleich. Sie deh- Papier nen sich um 1,2 mm aus. Heike Hofmann: Wärme und Temperatur/Wärme und Energie © Klippert Medien Beton 1,2 mm 1,2 mm 0,3 mm 0,1 mm Abb.1: Ausdehnung verschiedener Stoffe Notizen: 7 Klippert Zeitgemäß unterrichten Individuelle Förderung bei gleichzeitiger Lehrerentlastung Dieser Download ist ein Auszug aus dem Originaltitel Wärme und Temperatur – Wärme und Energie Über diesen Link gelangen Sie direkt zum Produkt: www.klippert-medien.de/go/dl9244 44 Weitere Downloads, E-Books und Print Print-Titel -Titel de des Programms ms von Klippert Medien finden SSiee unter ww www.klippert-medien.de. ww.k © 2017 Klippert lippert Med Medien AAP Lehrerfachverlage GmbH verlage Gmb Alle Rechte vorbehalten. behalten Das Werk als Ganzes sowie in seinen Teilen unterliegt dem deutschen Urheberrecht. Der Erwerber des Werks ist berechtigt, das Werk als Ganzes oder in seinen Teilen für den eigenen Gebrauch und den Einsatz im Unterricht zu nutzen. 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Autor: Heike Hofmann Covergestaltung: fotosatz griesheim GmbH – Norbert Funk Umschlagfoto: © fotolia.com #56720726 Illustrationen: Steffen Jähde www.klippert-medien.de
