Pädagogische AnmerkungDas Thema "erneuerbare Energien" in Haus und Wohnung ist sehr vielfältig. Es bieten sich zahlreiche Untersuchungsgegenstände für den Unterricht an: das Licht der Sonne (Erzeugung von Elektrizität mit Solarzellen [Fotovoltaik]), die wärmende Wirkung der Sonne (Sonnenkollektoren, Wasserboiler, Solarkocher), Windkraft, Biogas usw. Im vorliegenden Projekt wird die Thematik nur teilweise behandelt: In den drei folgenden Unterrichtsstunden geht es lediglich um die wärmende Wirkung der Sonne. Die Erkundung eines mit Sonnenenergie betriebenen Wasserboilers hat folgende Vorzüge: Show
EinstiegsfrageDer Lehrer fragt die Kinder (bzw. fragt sie noch einmal, falls die Frage früher schon gestellt wurde), ob man Wasser mit Sonnenenergie erwärmen kann. Die meisten antworten mit Ja. Die Aufmerksamkeit richtet sich dann auf das "Wie". "Wie lässt sich Wasser mit Sonnenenergie erwärmen?" UntersuchungDie Schüler bilden Gruppen und bekommen folgenden Arbeitsauftrag: "Denkt euch eine Anordnung aus, mit der man zeigen kann, wie Wasser von der Sonne erwärmt wird."  Abb. 1: Kinderzeichnung 1 – Wie kann man Wasser mit Sonnenenergie erwärmen? Abb. 2: Kinderzeichnung 2 – Wie kann man Wasser mit Sonnenenergie erwärmen? Gemeinsame ErörterungDie Vorschläge werden gemeinsam erörtert. Der Lehrer hebt die wichtigen Parameter in den Vorschlägen der einzelnen Gruppen hervor. Manche denken zum Beispiel, dass man schwarze Farbe verwenden sollte, weil "Schwarz Wärme anzieht". Andere schlagen Lupen oder Spiegel vor, um "Sonnenstrahlen zu sammeln". Wieder andere sind der Meinung, dass ein Metallbehälter geeigneter sei, weil er sich besser erwärmt als Plastik. Am Ende richtet sich die Aufmerksamkeit auf folgende Parameter:
Pädagogische AnmerkungEs ist nicht schlimm, wenn den Schülern nicht all diese Parameter klar sind. Sie werden sich in der folgenden Unterrichtsstunde noch einmal mit ihrer Bedeutung auseinandersetzen können, wenn es darum geht, die effizienteste Methode zu finden, um Wasser mit Sonnenenergie zu erwärmen. Untersuchung mit ExperimentDer Lehrer sollte darauf achten, dass jedem Schüler die Schwierigkeit klar ist, die die Vielfalt der Parameter mit sich bringt. Ändert man mehrere Parameter gleichzeitig (indem man zum Beispiel einen silberfarbenen Metallbehälter mit einem durchsichtigen Plastikbehälter vergleicht), kommt man zu keinem Schluss (ist die Farbe oder das Material der Grund für ein anderes Ergebnis?). Also muss jeder Parameter einzeln geprüft werden. Jede Gruppe nimmt sich einen – und nur einen – Parameter zur Prüfung vor. Sie erarbeitet ein Versuchsprotokoll und füllt einen "Bestellzettel" aus für die Materialien, die sie verwenden möchte. Wenn dann der Lehrer das Ganze gutgeheißen hat (der Protokollentwurf muss klar der Fragestellung entsprechen und der Bestellzettel muss sich auf die verfügbaren Materialien beschränken), beginnen die Gruppen mit dem Versuch. Das Wetter muss natürlich mitspielen, die Sonne muss scheinen! Die Dauer der "Bestrahlung" hängt u. a. vom Ort, der Jahreszeit, dem Wetter und der Uhrzeit ab. Man sollte realistischerweise eine Stunde einplanen. Wichtig ist, dass alle Gruppen gleichzeitig mit dem Versuch beginnen und ihn gleichzeitig beenden. In der Zwischenzeit kann sich die Klasse mit etwas anderem beschäftigen. Abb. 2: Wie hängt die Erwärmung von folgenden Faktoren ab? Gemeinsame Erörterung und ZusammenfassungDie Schüler erkunden, wie groß der Einfluss der einzelnen Parameter ist. Der Lehrer ordnet die Ergebnisse in Form einer Tabelle, etwa wie folgt:
Tab. 1: Ergebnisse der 5. Klasse von Christine Blaisot, Le Mesnil-Esnard, Frankreich Die Klasse zieht aus den Versuchen den Schluss, dass sich Wasser mit Sonnenstrahlen erwärmen lässt und erkennt auch, auf welche Parameter man achten sollte, damit die Sonnenenergie möglichst effizient genutzt wird. Letzte Aktualisierung: 18.1.2022 Wie schnell erwärmt sich Wasser auf?Um 1 kg Wasser um 1 Grad zu erwärmen werden 1,16 Wh benötigt oder um 1 m³ Wasser um 1 Grad zu erwärmen werden 1,16 kWh benötigt. Beispiel: Ein Schwimmbecken von 4 x 8 m und einer Tiefe von 1,4 m hat ein Volumen von 44,8 m³ Wasser. 44,8 m³ x 1,16 x 1 K = 51,968 kWh (Wärme) werden zur Erwärmung benötigt.
Was erwärmt sich im Sonnenlicht am stärksten?Am stärksten heizt die Sonne die Gegend um den Äquator auf, denn dort treffen ihre Strahlen senkrecht auf eine relativ kleine Fläche. Die Pole erreichen die Sonnenstrahlen dagegen in einem flacheren Winkel. Hier verteilt sich die Sonnenenergie daher auf eine größere Fläche; und in diesen Regionen bleibt es kühler.
Was wird schneller warm Wasser oder Land?Ergebnis: Das Land erwärmt sich sehr schnell, kühlt aber auch schneller ab. Wasser erwärmt sich nur langsam, speichert aber die Wärme länger.
Wie viel Energie um 1000 Liter Wasser zu erwärmen?Fürs schnelle Kopfrechnen kann man aber auch folgende Faustformel verwenden: 1 kWh pro °C für 1000 Liter.
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Wie schnell erwärmt sich Wasser in der Sonne
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