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1 Unterrichtsmaterialien in digitaler und in gedruckter Form Auszug aus: Die Energie der Sonne Das komplette Material finden Sie hier: School-Scout.de

2 1 von 34 Die Energie der Sonne ihre Bedeutung für Mensch und Natur erforschen Ein Beitrag von Andrea-Xenia Klußmann, Hamburg und Silvija Markic, Bremen In dieser Reihe lernen Ihre Schüler die drei Komponenten der Sonnenenergie aus dem elektromagnetischen Spektrum kennen: Wärmeenergie, sichtbares Licht und ultraviolette Strahlung. Sie erforschen den Einfluss der Sonnenenergie auf Pflanzen und Lebewesen. Schließlich erkunden sie, wie wir die Sonnenenergie nutzen und welche Gefahren von der Sonnenstrahlung für unsere Gesundheit ausgehen. Foto: Pixelio Die Energie der Sonne ist oraussetzung für alles Leben auf der Erde. Auch der Mensch nutzt die Energie der Sonne. Doch die Sonnenstrahlung birgt auch Gefahren: iele Schüler verbringen in den Sommerferien ihren Urlaub im Süden, häufig einen Badeurlaub, in dem sie sehr intensiv der Sonne ausgesetzt sind. Dabei unterschätzen sie häufig die Kraft der Sonnenstrahlung, speziell den Anteil der ultravioletten Strahlung. Unsere Sonne das Leben wäre ohne sie nicht vorstellbar. uzzle und Mit Partner-P r Forscher! Lernzirkel fü Das Wichtigste auf einen Blick Klassen: 5 und 6 Aus dem Inhalt: Dauer: 8 10 Stunden A us welchen Strahlungsarten besteht die Sonnenenergie? Kompetenzen: Die Schüler e rmitteln Wärmetransportarten und beschreiben diese. k önnen Experimente zu denthemen Fotosynthese, Wärmeleitfähigkeit und Wärmeschutz durchführen und beschreiben. k önnen Gefahren der Sonnenstrahlung für den Menschen benennen und gesundheitsbewusstes Handeln ableiten. Beteiligte Fächer: Biologie Chemie W elche Stoffe leiten Wärme gut oder schlecht? W ie nutzen Tiere oder Pflanzen die Sonnenenergie? W ie schütze ich mich vor der ultravioletten Strahlung aus der Sonnenenergie? Physik Anteil hoch mittel gering

3 2 von 34 Rund um die Reihe Warum wir das Thema behandeln Die Sonne ist unsere einzige Lichtquelle und oraussetzung für das Leben. Sie erwärmt unsere Erde, lässt Pflanzen wachsen und ist ausschlaggebend für das Klima und Wetter. Das Sonnenlicht hat einen positiven Einfluss auf unsere Laune und gibt uns Menschen neue Energie für jeden Tag. Zunehmend nutzen wir die Sonnenenergie in unserem Alltag zur Energiegewinnung. Dabei decken erneuerbare Energien schon knapp ein Drittel unseres Stromverbrauchs. Die Sonnenenergie wird dabei als Solarenergie sowohl zur Erzeugung von Wärme (Solarthermie) als auch zur Erzeugung von Strom (Photovoltaik) genutzt. Mit dem Thema Sonnenenergie untersuchen die Schüler, wie sie die Sonnenenergie im Alltag nutzen. Hierzu führen sie ersuche zur Fotosynthese und zum Wärmetransport durch. Des Weiteren setzen sie sich mit den Gefahren der U-Strahlung auseinander und erfahren, wie man sich vor diesem Teil der Sonnenstrahlung schützen kann. Was Sie zum Thema wissen müssen Die Sonnenstrahlung Sie besteht sowohl aus elektromagnetischer Strahlung als auch aus einigen Teilchen, wie Neutronen oder Neutrinos. Durch die Erdatmosphäre wird ein Großteil der Strahlung absorbiert oder reflektiert, sodass hauptsächlich das sichtbare Licht, die Ultraviolettstrahlung und das Infrarotlicht die Erdoberfläche erreichen. Sichtbares Licht Die Sonne sendet für das Auge sichtbare elektromagnetische Strahlung aus, das sichtbare Licht. Dieses umfasst den Wellenlängenbereich von etwa 380 nm bis 750 nm. Das sichtbare Licht ist für die Erzeugung von Biomasse notwendig, da Pflanzen als Produzenten die Energie des Lichts für die Fotosynthese benötigen. Ultraviolettstrahlung Die Ultraviolettstrahlung (U-Strahlung) umfasst den Wellenlängenbereich von 10 nm bis 380 nm und kann vom Menschen nicht wahrgenommen werden. Folgen einer zu intensiven Bestrahlung sind Sonnenbrand, Hautkrebs oder Augenschäden. Die Eigenschutzzeit der Haut und damit die verträgliche Bestrahlungsdauer variiert dabei von Mensch zu Mensch. Um die Eigenschutzzeit der Haut zu erhöhen, können Sonnenschutzmittel angewendet werden. Neben schädlichen Eigenschaften hat die U-Strahlung auch eine gesundheitsfördernde Wirkung. Sie ist für den Körper notwendig, um itamin D zu produzieren. Es spielt bei der Entwicklung der Knochen, der Abwehrkräfte und der Bildung von Blut eine wichtige Rolle. Infrarotstrahlung Die Infrarotstrahlung wird auch Wärmestrahlung genannt. Das Spektrum dieser elektromagnetischen Strahlung umfasst die Wellenlängen von 750 nm bis 1 mm. Neben der Sonne geben auch alle anderen warmen Körper und Gegenstände Wärmestrahlung ab. Die Energie dieser Strahlung können Menschen als Wärme spüren. Ohne die Energie der Wärmestrahlung wäre ein Leben auf der Erde für jegliche Lebewesen unmöglich. Materie wie beispielsweise der Erdboden ist in der Lage, die Energie der Wärmestrahlung zu absorbieren, sodass sich diese aufwärmt und schließlich selbst Wärmestrahlung emittiert. Die Absorptionsfähigkeit hängt dabei von dem jeweiligen Stoff und seiner Farbe ab. Wärmeleitfähigkeit Eine physikalische Eigenschaft von Stoffen ist die Fähigkeit, Wärme zu leiten. Dabei fließt die Wärme immer vom Bereich hoher Temperatur zum Bereich niedriger Temperatur, bis ein Temperaturausgleich stattgefunden hat. Man unterscheidet zwischen schlechten und guten Wärmeleitern. Schlechte Wärmeleiter wie Glas, Styropor, Kunststoff, Holz, Luft und Wasser

4 3 von 34 finden als Isolatoren z. B. beim Hausbau erwendung. Zu den guten Wärmeleitern zählen alle Metalle, vor allem aber Silber, Kupfer und Aluminium. Metalle werden aufgrund dieser Eigenschaft auch zu Rohrleitungen und Heizkörpern verarbeitet. Die Wärmeleitfähigkeit wird mit dem Wärmeleitkoeffizienten angegeben. Je höher dieser Wert bei einem Material ist, desto besser leitet es Wärme oder Kälte weiter. Fotosynthese Der biochemische organg der Fotosynthese wird von allen grünen Pflanzen, Algen, einigen Bakterien und einzelnen Tierarten (z. B. Elysia) betrieben. Bei der Fotosynthese werden mithilfe des sichtbaren Lichts energiearme Stoffe zu energiereichen Stoffen umgesetzt. Dafür wird zunächst von dem sich in den Chloroplasten befindliches Chlorophyll, einem lichtabsorbierenden Farbstoff, die Lichtenergie in chemische Energie umgewandelt. Pflanzen bauen so mithilfe der chemischen Energie aus dem energiearmen Kohlenstoffdioxid (CO2) und Wasser (H2O) energiereiche Glucose (C6H12O6) auf. Als weiteres Produkt entsteht Sauerstoff (O2), der an die Luft abgegeben wird. Die vereinfachte Reaktionsgleichung sieht wie folgt aus: 6 CO2 + 6 H2O à C6H12O6 + 6 O2 Der Traubenzucker (Glucose) dient den Pflanzen als Ausgangsstoff für den Aufbau von Biomasse und wird sogar für lichtarme Zeiten gespeichert. orschläge für Ihre Unterrichtsgestaltung oraussetzungen der Lerngruppe Generell sind keine inhaltlichen orkenntnisse notwendig. orteilhaft ist, wenn Ihre Schüler erste experimentelle Erfahrungen gesammelt haben und wissen, wie sie eine Gruppenarbeit organisieren und ein Protokoll schreiben können. Aufbau der Reihe Zunächst arbeiten die Schüler nach der Methode eines Partnerpuzzles. Weisen Sie die Lernenden auf den Ablauf und die Ziele der verschiedenen Phasen des Partnerpuzzles hin. Die gesamte Unterrichtseinheit basiert auf einem Comic, der von den Freunden Felix und Yasmina erzählt. Den Einstieg in die Unterrichtseinheit bildet die Geschichte in M 1, in der Felix und Yasmina ein Buch zur Sonnenstrahlung finden und mehr erfahren wollen. Jeder Comic endet mit einer Frage, sodass die Schüler sich angesprochen fühlen und motiviert sind, die folgenden Aufgaben zu beantworten. Zuerst füllen die Schüler den Steckbrief zur Sonne M 2 in Partnerarbeit aus. Die nächsten zwei Stunden beginnen mit dem zweiten Teil der Geschichte M 3. Die Schüler bearbeiten anschließend in zwei Gruppen das Material zur Sonnenstrahlung M 4/5 oder M 6/7. Danach tragen sich immer zwei Schüler verschiedener Gruppen ihre Ergebnisse vor. Gemeinsam sichern die Partner ihre Erkenntnisse mithilfe des Arbeitsblatts M 8. In den weiteren Stunden arbeiten die Schüler an den fünf Stationen M 9 M 18 des Lernzirkels. An den ersten drei Stationen wird ein ersuch angeboten sowie Aufgaben zur Auswertung und ertiefung gestellt. M 9 M 13. M 14 M 18 sind theoretische Stationen, an denen die Schüler ihre Kompetenzen im Auswerten und Analysieren stärken. Das Ende der Unterrichtseinheit bildet die Projektarbeit M 19/M 20. Hinweise und Tipps zum fächerübergreifenden Unterricht In der folgenden Unterrichtseinheit lassen sich fächerübergreifende Ansätze zum Fach Technik erkennen. So können die Schüler die Projektarbeit in Kooperation mit diesem Fach umfassender planen und gestalten.

5 4 von 34 Tipps zur Differenzierung Die Unterrichtseinheit bietet beim Partnerpuzzle Differenzierungsmöglichkeiten, sowohl für leistungsstärkere als auch für leistungsschwächere Schüler. Zu der Unterrichtseinheit ist eine Online-Ergänzung der Autorinnen zu finden (siehe Medientipps). Diese beinhaltet Hilfekarten und zusätzliche Erläuterungen zu den einzelnen Stationen für leistungsschwächere Schüler. Diese Kompetenzen trainieren Ihre Schüler Die Schüler... benennen Beispiele für die Nutzung des Sonnenlichts als Energiequelle. ermitteln und beschreiben Wärmetransportarten. stellen den Schutz vor Wärmeverlusten an Beispielen aus Natur und Technik dar. benennen die Gefahren der Sonnenstrahlen für den Menschen und leiten daraus gesundheitsbewusstes Handeln ab. erstellen, lesen und interpretieren Diagramme. beschreiben und erklären den Inhalt fachsprachlicher Texte. stellen Zusammenhänge zwischen Alltagserscheinungen und naturwissenschaftlichen Sachverhalten her. können innerhalb ihrer Gruppen sozial kompetent kommunizieren und arbeiten.

6 5 von 34 Ihr Unterrichtsassistent Formeln, Fakten, Fachbegriffe Fachbegriffe Chlorophyll: grüner Blattfarbstoff, der Sonnenlicht aufnimmt und für die Fotosynthese zur erfügung stellt. Man unterscheidet zwei Arten von Chlorophyll, die chemisch etwas unterschiedlich aufgebaut sind: Chlorophyll a und Chlorophyll b. Fotosynthese: Sie bezeichnet einen Stoffwechselprozess, bei dem aus Kohlenstoffdioxid und Wasser unter katalytischer Mitwirkung des Blattgrüns (Chlorophylls) und unter Ausnutzung der Sonnenenergie organische Stoffe (Kohlenhydrate) aufgebaut werden. Abbildung: Colourbox Wärmeleitkoeffizient: Dieser Wert bezeichnet die Wärmeleitfähigkeit eines Materials. Je größer er ist, desto besser leitet das Material Wärme oder Kälte weiter. Metalle sind gute Wärmeleiter, während Holz, Kunststoffe, Luft oder Glas Wärme nur schlecht weiterleiten. Reaktionsgleichung Bei der Fotosynthese reagiert Kohlenstoffdioxid mit Wasser mittels Sonnenenergie und Chlorophyll zu Traubenzucker und Sauerstoff: Sonnenlicht 6 CO2 + 6 H2O Kohlenstoffdioxid Wasser C6H12O6 + Chlorophyll Traubenzucker 6 O2 Sauerstoff Illustration: NASA Zusammensetzung der elektromagnetischen Sonnenstrahlung Die Intensität der Sonnenstrahlung wird durch die Erdatmosphäre stark geschwächt, sodass ein Großteil absorbiert oder reflektiert wird und die Erde nicht erreicht. Für den Menschen lebensnotwendige oder -gefährdende Strahlung Art Wellenlänge Eigenschaften Ultraviolettstrahlung (U) erreicht die Erde zu 10 % 10 nm bis 380 nm Wird nicht vom Menschen wahrgenommen und kann Sonnenbrand oder Hautkrebs hervorrufen. Als Schutz dienen Sonnencremes mit speziellem Lichtschutzfaktor (LSF). sichtbares Licht erreicht die Erde zu 90 % 380 nm bis 750 nm Wird vom Menschen mit dem Auge wahrgenommen und dient zur Orientierung. Infrarotstrahlung (IR) erreicht die Erde zu 25 % 750 nm bis 1 mm Wird auch Wärmestrahlung genannt und vom Menschen als Wärme wahrgenommen.

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