Zustandsänderungen. fest dick schön

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1 Aufgabe 1: Zustandsänderungen Du hast schon vielerlei Erfahrungen mit dem lebensnotwendigen Wasser gemacht. In welchen Zustandsformen (Aggregatzuständen) ist dir Wasser bekannt? Kreuze an! fest dick schön rot eckig flüssig bunt gasförmig rund Aufgabe 2: Am nebenstehenden Bild siehst du zwei Getränkeflaschen, die zum schnellen Abkühlen in eine Gefriertruhe gelegt wurden. Leider wurden sie dort vergessen. Welcher Behauptung kannst du dich am besten anschließen? Kreuze die passenden Aussagen an! Das Getränk in der Flasche dehnt sich beim Gefrieren aus und benötigt mehr Platz (hat ein größeres Volumen). Das Getränk in der Flasche zieht sich beim Gefrieren zusammen, durch den Unterdruck springt die Flasche. Die Flasche war schon vor dem Gefrieren kaputt. Mit Fruchtsaft statt Mineralwasser wäre die Flasche nicht zersprungen. Aufgabe 3: Martina hat das Experiment mit den geplatzten Flaschen gesehen und überlegt sich: Ob das auch mit anderen Stoffen passiert? Um diese Vermutung zu überprüfen, führt sie ein Experiment mit Wachs durch. Miriam informiert sich, was sie beim Arbeiten mit flüssigem Kerzenwachs beachten muss. Zwei Vorsichtsmaßnahmen sind besonders wichtig: a) das Wachs in einem Gefäß im Wasserbad erwärmen und b) das Wachs wegen der Brandgefahr nicht mit offenem Feuer (Gasherd, etc.) sondern auf einer elektrischen Kochplatte (Elektroherd) erwärmen a. Bringe die verschiedenen Bilder in die richtige Reihenfolge (setze den passenden Buchstaben unter das jeweilige Bild). Festes Wachs A Wachs verflüssigen B Wachs in Form gießen C Wachs erstarren lassen D Seite 1

2 Aufgabe 4: b. Welchen Schluss kann Martina aus diesem Experiment ziehen? Bei allen Stoffen hat der feste Zustand ein größeres Volumen als der flüssige. Wachs und Wasser verhalten sich beim Erstarren gleich. Das Volumen von Wachs verringert sich beim Festwerden. Nur Wasser vergrößert sein Volumen beim Frieren. Beim Erstarren von Wachs wird Energie frei. Im letzten Winter fror der Wienerwaldsee nahe Wien einige Tage zu. Mehrere Tage war es sehr kalt. Fische und andere Lebewesen konnten diese Zeit gut überstehen. Max hat mehrere Zeichnungen gemacht die darstellen, wie die Temperatur des Wassers im See unter der Eisdecke sein könnte. Kreuze an, was du in den Zeichnungen für richtig, bzw. für falsch hältst. Seite 2

3 Aufgabe 5: Bekanntlich schwimmt gefrorenes Wasser, also Eis, auf Wasser. riesige Eisberge Glas mit Eiswürfel Eis schwimmt im Wasser, weil richtig falsch Körper mit kleinerer Dichte in Flüssigkeiten mit größerer Dichte schwimmen. Eis bei -4 C die kleinste Dichte hat. 1 g Wasser bei 0 C mehr Volumen hat als bei 4 C. Wasser sich beim Gefrieren plötzlich ausdehnt. 1 g Wasser bei 8 C mehr Volumen hat als bei 4 C. 1 g Eis leichter ist als 1 g Wasser. 1 g Eis ein größeres Volumen als 1 g Wasser hat. Aufgabe 6: In Flüssigkeitsthermometern wird die Ausdehnung einer Flüssigkeit bei Erwärmung zur Messung der Temperatur genutzt. Wasser wäre eine billige Substanz, warum baut man keine Thermometer mit Wasser, sondern benutzt beispielsweise Alkohol (Methanol)? Vergleiche die beiden Grafiken, in denen das Volumen von je 1 Gramm Wasser bzw. Alkohol bei verschiedenen Temperaturen dargestellt ist. Seite 3

4 Beurteile die folgenden Behauptungen: Zur Temperaturmessung ist es notwendig, dass richtig falsch sehr viel Flüssigkeit im Thermometer ist. das Volumen mit steigender Temperatur zunimmt. bei zwei beliebigen verschiedenen Temperaturen auch das Volumen verschieden ist. die Flüssigkeit eine blaue Farbe hat. Seite 4

5 Zustandsänderungen Zuordnung zum Kompetenzmodell (KM) Aufgabe(n) KM Beschreibung W1 Ich kann Vorgänge und Phänomene in Natur, Umwelt und Technik 1 beschreiben und benennen. N1 Ausgehend von stark angeleitetem, geführtem Arbeiten Sachverhalte aus Natur, Umwelt und Technik mit einfacher Sprache beschreiben, mit einfachen Mitteln untersuchen und alltagsweltlich bewerten; reproduzierendes Handeln. W4 Ich kann die Auswirkungen von Vorgängen in Natur, Umwelt und Technik auf die Umwelt und Lebenswelt erfassen und beschreiben. 2 N2 Sachverhalte und einfache Verbindungen zwischen Sachverhalten aus Natur, Umwelt und Technik unter Verwendung einzelner Elemente der Fachsprache (inkl. Begriffe, Formeln) und der im Unterricht behandelten Gesetze, Größen und Einheiten beschreiben, untersuchen und bewerten. Kombination aus reproduzierendem und selbstständigem Handeln E3 Ich kann zu Fragestellungen eine passende Untersuchung oder ein Experiment planen, durchführen und protokollieren. 3a N2 Sachverhalte und einfache Verbindungen zwischen Sachverhalten aus Natur, Umwelt und Technik unter Verwendung einzelner Elemente der Fachsprache (inkl. Begriffe, Formeln) und der im Unterricht behandelten Gesetze, Größen und Einheiten beschreiben, untersuchen und bewerten. Kombination aus reproduzierendem und selbstständigem Handeln. E4 Ich kann Daten und Ergebnisse von Untersuchungen analysieren (ordnen, vergleichen, Abhängigkeiten feststellen) und 3b interpretieren. N3 Verbindungen (auch komplexer Art) zwischen Sachverhalten aus Natur, Umwelt und Technik und naturwissenschaftlichen Erkenntnissen herstellen und naturwissenschaftliche Konzepte nutzen können. Verwendung von komplexer Fachsprache (inkl. Modelle); weitgehend selbstständiges Handeln. 4 W3 Ich kann Vorgänge und Phänomene in Natur, Umwelt und Technik in verschiedenen Formen (Grafik, Tabelle, Bild, Diagramm ) darstellen, erläutern und adressatengerecht kommunizieren. N3 Verbindungen (auch komplexer Art) zwischen Sachverhalten aus Seite 5

6 5 6 Natur, Umwelt und Technik und naturwissenschaftlichen Erkenntnissen herstellen und naturwissenschaftliche Konzepte nutzen können. Verwendung von komplexer Fachsprache (inkl. Modelle); weitgehend selbstständiges Handeln. W1 Ich kann Vorgänge und Phänomene in Natur, Umwelt und Technik beschreiben und benennen. N3 Verbindungen (auch komplexer Art) zwischen Sachverhalten aus Natur, Umwelt und Technik und naturwissenschaftlichen Erkenntnissen herstellen und naturwissenschaftliche Konzepte nutzen können. Verwendung von komplexer Fachsprache (inkl. Modelle); weitgehend selbstständiges Handeln. W3 Ich kann Vorgänge und Phänomene in Natur, Umwelt und Technik in verschiedenen Formen (Grafik, Tabelle, Bild, Diagramm ) darstellen, erläutern und adressatengerecht kommunizieren. N3 Verbindungen (auch komplexer Art) zwischen Sachverhalten aus Natur, Umwelt und Technik und naturwissenschaftlichen Erkenntnissen herstellen und naturwissenschaftliche Konzepte nutzen können. Verwendung von komplexer Fachsprache (inkl. Modelle); weitgehend selbstständiges Handeln. Didaktischer Kommentar: Das Phänomen Wasser ist für unser Leben auf diesem Planeten von entscheidender Bedeutung. Unsere Schüler/innen sollen auf diese Besonderheit und Wichtigkeit hingewiesen werden. Im Unterricht sollten auch die Zusammenhänge und die Möglichkeiten für das Leben im Wasser erörtert werden. Die lebenspraktischen Auswirkungen des Verhaltens von Wasser sollen anhand dieser Aufgabe aufgezeigt werden. Die physikalische Betrachtung der Anomalie des Wassers steht in diesem Pilotierungsbeispiel im Vordergrund, doch soll nicht auf die weitreichenden Auswirkungen der Besonderheit des Wassers auf andere Lebensbereiche bzw. Unterrichtsfächer vergessen werden. Die Verwendung der Temperatur / Dichtetabelle führt die Schüler/innen an das kritische Betrachten von Tabellen und schriftlichen Analysen heran und soll ihnen die Möglichkeit der Erprobung und Anwendung ihres Wissens bieten. Quellen: Cumulus: Dwindrim unter GNU Free Documentation License Mineralwasser: Walter J. Pilsak unter GNU Free Documentation License Glas mit Eiswürfel: Jon Sullivan, Public Domain Eisberg: Slaunger unter GNU Free Documentation License Seite 6

7 Zustandsänderungen Lösungen Aufgabe 1 Du hast schon vielerlei Erfahrungen mit dem lebensnotwendigen Wasser gemacht. In welchen Zustandsformen (Aggregatzuständen) ist dir Wasser bekannt? Kreuze an! fest dick schön rot eckig flüssig bunt gasförmig rund Aufgabe 2 Am nebenstehenden Bild siehst du zwei Getränkeflaschen, die zum schnellen Abkühlen in eine Gefriertruhe gelegt wurden. Leider wurden sie dort vergessen. Welcher Behauptung kannst du dich am besten anschließen? Kreuze die passenden Aussagen an! Das Getränk in der Flasche dehnt sich beim Gefrieren aus und benötigt mehr Platz (hat ein größeres Volumen). Das Getränk in der Flasche zieht sich beim Gefrieren zusammen, durch den Unterdruck springt die Flasche. Die Flasche war schon vor dem Gefrieren kaputt. Mit Fruchtsaft statt Mineralwasser wäre die Flasche nicht zersprungen. Seite 7

8 Aufgabe 3 Martina hat das Experiment mit den geplatzten Flaschen gesehen und überlegt sich: Ob das auch mit anderen Stoffen passiert? Um diese Vermutung zu überprüfen, führt sie ein Experiment mit Wachs durch. Miriam informiert sich, was sie beim Arbeiten mit flüssigem Kerzenwachs beachten muss. Zwei Vorsichtsmaßnahmen sind besonders wichtig: c) das Wachs in einem Gefäß im Wasserbad erwärmen und d) das Wachs wegen der Brandgefahr nicht mit offenem Feuer (Gasherd, etc.) sondern auf einer elektrischen Kochplatte (Elektroherd) erwärmen c. Bringe die verschiedenen Bilder in die richtige Reihenfolge (setze den passenden Buchstaben unter das jeweilige Bild). Festes Wachs A Wachs verflüssigen B Wachs in Form gießen C Wachs erstarren lassen D d. Welchen Schluss kann Martina aus diesem Experiment ziehen? Bei allen Stoffen hat der feste Zustand ein größeres Volumen als der flüssige. Wachs und Wasser verhalten sich beim Erstarren gleich. Das Volumen von Wachs verringert sich beim Festwerden. Nur Wasser vergrößert sein Volumen beim Frieren. Beim Erstarren von Wachs wird Energie frei. Seite 8

9 Aufgabe 4 Im letzten Winter fror der Wienerwaldsee nahe Wien einige Tage zu. Mehrere Tage war es sehr kalt. Fische und andere Lebewesen konnten diese Zeit gut überstehen. Max hat mehrere Zeichnungen gemacht die darstellen, wie die Temperatur des Wassers im See unter der Eisdecke sein könnte. Kreuze an, was du in den Zeichnungen für richtig, bzw. für falsch hältst. Seite 9

10 Aufgabe 5 Bekanntlich schwimmt gefrorenes Wasser, also Eis, auf Wasser. riesige Eisberge Glas mit Eiswürfel Eis schwimmt im Wasser, weil richtig falsch Körper mit kleinerer Dichte in Flüssigkeiten mit größerer Dichte schwimmen. Eis bei -4 C die kleinste Dichte hat. 1 g Wasser bei 0 C mehr Volumen hat als bei 4 C. Wasser sich beim Gefrieren ausdehnt. 1 g Wasser bei 8 C mehr Volumen hat als bei 4 C. 1 g Eis leichter ist als 1 g Wasser. 1 g Eis ein größeres Volumen als 1 g Wasser hat. Seite 10

11 Aufgabe 6 In Flüssigkeitsthermometern wird die Ausdehnung einer Flüssigkeit bei Erwärmung zur Messung der Temperatur genutzt. Wasser wäre eine billige Substanz, warum baut man keine Thermometer mit Wasser, sondern benutzt beispielsweise Alkohol (Methanol)? Vergleiche die beiden Grafiken, in denen das Volumen von je 1 Gramm Wasser bzw. Alkohol bei verschiedenen Temperaturen dargestellt ist. Beurteile die folgenden Behauptungen: Zur Temperaturmessung ist es notwendig, dass richtig falsch sehr viel Flüssigkeit im Thermometer ist. das Volumen mit steigender Temperatur zunimmt. bei zwei beliebigen verschiedenen Temperaturen auch das Volumen verschieden ist. die Flüssigkeit eine blaue Farbe hat. Seite 11