Titel: Luftfahrt Enteisung eines Flugzeugs

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1 Titel: Luftfahrt Enteisung eines Flugzeugs Themen: Oberfläche und Volumen, Proportionen, Masse, Dichte, Gefrierpunkt von Flüssigkeiten Zeit: 90 Minuten Alter: Differenzierung: Höheres Level: chemische Prozesse zur Senkung des Schmelzpunktes von Eis können diskutiert werden Niedrigeres Level: die Modellierung der Oberfläche eines Flugzeuges mit geometrischen Figuren auf Arbeitsblatt 1 kann vereinfacht werden Richtlinien, IKT-Unterstützung etc.: Es wird empfohlen, dass diese Einheit in Teamteaching mit einer Mathematik- und einer Chemie-Lehrperson durchgeführt wird. Wenn möglich kann ein Modellflugzeug in die Einheit mitgebracht werden, um die unterschiedlichen Flächen, die mit Eis bedeckt sein können, anhand des Modells statt auf der Grafik zu zeigen.

2 Benötigtes Zubehör für diese Aktivität: Arbeitsblätter Optional: Modellflugzeug Optional: Computer mit GeoGebra Software Benötigte Kenntnisse: Berechnung der Oberfläche eines Zylinders Konzepte von Masse und Dichte Lernergebnisse für diese Aktivität: Die Lernenden sollten die Notwendigkeit der Enteisung von Flugzeugen verstehen. Sie sollten dazu fähig sein, die Oberfläche eines komplizierten Objektes zu modellieren, zu berechnen und zu schätzen. Sie sollten dazu in der Lage sein, die Masse von Eis oder Schnee auf einem Flugzeug zu berechnen. Die Schülerinnen und Schüler sollten Vor- und Nachteile von verschiedenen Enteisungsflüssigkeiten und anderen Enteisungsmethoden nennen können. Konzepte der Abwandlung des Gefrierpunkts von Flüssigkeiten Mischen von Chemikalien Gesundheit und Sicherheit:

3 Beschreibung der Lehreinheit Startaktivität Es kann entweder mit einer offenen Fragerunde begonnen werden: Wer ist schon einmal geflogen?, Wer hat schon einmal die Enteisung eines Flugzeuges beobachtet?, Wieso denkst du, dass das notwendig ist? etc. Alternativ kann die Einheit auch durch das Zeigen eines Videos eines Enteisungsvorgangs begonnen werden. Hauptaktivität Die Lernenden bilden Paare und/oder Gruppen von drei Personen. Jede Gruppe erhält Arbeitsblatt 1 und arbeitet daran unter Beaufsichtigung durch den Mathematiklehrer oder die Mathematiklehrerin. Darauf folgt ein kurzer Vergleich der Ergebnisse. Die Paare/Gruppen erhalten dann Arbeitsblatt 2 und führen ihre Arbeit unter der Aufsicht des Chemielehrers oder der Chemielehrerin fort. Daran schließt wieder ein Vergleich der Ergebnisse an. Plenumsaktivität Der Fragebogen wird von den Mathematik- und Chemie-Lehrpersonen im Rahmen der Plenumsaktivität verwendet, um das Thema mit Fragen zu beenden, die sich mit Hilfe des gesunden Menschenverstandes lösen lassen. Er kann auf eine Leinwand oder ein Whiteboard projiziert werden.

4 Luftfahrt Enteisung eines Flugzeugs Arbeitsblatt 1 Szenen wie die obere können auf den meisten Flughäfen in der Winterzeit beobachtet werden. Flugzeuge werden enteist, z. B. wird die Eisschicht (und gelegentlich Schnee) von den Tragflächen (und manchmal Rudern und anderen Steuerelementen) des Flugzeugs entfernt, für gewöhnlich mit Hilfe einer chemischen Substanz. Aber warum ist es überhaupt notwendig, ein Flugzeug zu enteisen? Arbeitsauftrag1: Unterhalb findet ihr die Skizze eines Airbus Verwende die Grafik, um die Fläche der Tragflächen zu schätzen (du kannst die Grafik auch in GeoGebra importieren und die Tragflächen dort abmessen), und dann die gesamte Oberfläche des Flugzeugs (du kannst annehmen, dass der Hauptteil des Flugzeugs ein Zylinder ist; vergiss nicht auch die Unterseite der Tragflächen hinzuzufügen). Arbeitsauftrag2: Wie schwer wäre eine 5cm dicke Schneeschicht (die Dichte von Neuschnee ist ungefähr 100 kg/m 3 ), die beide Tragflächen bedeckt? Arbeitsauftrag3: Bei kaltem Wetter könnte das gesamte Flugzeug mit einer Eisschicht bedeckt sein. Nimm an, dass diese Schicht eine Dicke von 1mm hat. Schätze wie schwer diese Schicht ist und verwende dann die Ergebnisse von Arbeitsauftrag1 und berechne die Masse der Eisschicht (die Standard-Dichte von Eis ist kg/m 3 ). Anmerkung: Die größte Gefahr kommt jedoch nicht so sehr von der Masse des Eises, sondern von seinem negativen Einfluss auf die aerodynamischen Eigenschaften eines Flugzeugs. Eine dünne Eisschicht von 0.1 mm auf den Tragflächen kann den Auftrieb der Tragflächen um 30 % verringern!

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6 Luftfahrt Enteisung eines Flugzeugs Arbeitsblatt 2 Die Enteisung von Verkehrsmaschinen auf dem Boden erfolgt hauptsächlich mit Hilfe einer chemischen Substanz. Für gewöhnlich werden vier Arten von Chemikalien verwendet. Bei allen handelt es sich um Mischungen aus Wasser, Glykol (normalerweise Ethylenglykol oder Propylenglykol) und schließlich einem Verdickungsmittel in unterschiedlichen Verhältnissen. Eigentlich gibt es einen Unterschied zwischen Enteisung (der Entfernung von Eis, das sich bereits dort befindet) und einem Vereisungsschutz (Vorbeugung der Entstehung von neuem Eis), und Typ 1 wird meist nur für die Enteisung verwendet, während die anderen drei Arten sowohl für die Enteisung als auch die Vorbeugung von Eis verwendet werden können. Arbeitsauftrag1: Finde den Gefrierpunkt einer Mischung von 20 % Wasser und 80 % Propylenglykol heraus. Das wäre eine typische Typ I Enteisungsflüssigkeit. Es hat eine geringe Viskosität und wird daher hauptsächlich zur Enteisung verwendet (Entfernung von Eis, das bereits da ist). Arbeitsauftrag2: Eine typische Typ IV Enteisungsflüssigkeit aus ungefähr 49 % Wasser, 50 % Glykol, 1 % Bindemittel und einigen weiter Chemikalien. Was wäre der Gefrierpunkt einer solchen Mischung (du kannst das 1 % Bindemittel und die anderen Chemikalien vernachlässigen). Arbeitsauftrag3: Das chemische Gemisch in Arbeitsauftrag2 bietet einen guten Schutz vor dem Entstehen von neuem Eis auf den Tragflächen (es hat eine lange Haltezeit). Warum glaubst du, wird diese Mischung trotz ihrer guten Schutzeigenschaften nicht immer verwendet? Arbeitsauftrag4: Warum hat eine 60:40-Mischung von Glykol (Gefrierpunkt 12 C) und Wasser (Gefrierpunkt 0 C) einen niedrigeren Gefrierpunkt ( 45 C) als beide Flüssigkeiten?

7 Anmerkung: Während sie in der Luft sind, werden Tragflächen von Flugzeugen meist mittels elektrischer Enteisung (bei Propellermaschinen) oder thermischer Enteisung (bei Düsenflugzeugen; dabei wird heiße Luft von den Triebwerken verwendet, die durch hohle Kanäle der Tragflächen strömt). Elektrische Enteisung ist sehr energieaufwendig und wird deshalb für die Enteisung am Boden sehr selten verwendet. Thermische Enteisung kann am Boden nicht verwendet werden, weil die Tragflächen überhitzen würden (es gibt keinen Luftstrom, um sie abzukühlen).

8 Luftfahrt Enteisung eines Flugzeugs Fragebogen Einige Fragen, um die Unterrichtseinheit zusammenzufassen und eine Diskussion zu beginnen. Frage 1: Glaubst du, dass man manchmal nur mit heißem Wasser enteist? Wann würdest du das tun und warum? Frage 2: Warum wird das gewöhnliche Enteisungsmittel der Straßen Salz nicht häufiger verwendet? Frage 3: Nimm an, dass ein Flugzeug halb so groß ist (Hälfte der Weite und der Länge) wie ein Airbus von Arbeitsblatt 1. Es wird von derselben 1mm Eisschicht bedeckt. Wäre diese Schicht halb so schwer, doppelt so schwer oder ein Viertel so schwer wie die in Arbeitsauftrag3 von Arbeitsblatt 1? Frage 4: Glaubst du, dass zur Enteisung der Rollbahn dieselben Enteisungsflüssigkeiten verwendet werden? Frage 5: Die Enteisungsflüssigkeiten (Mischungen aus Glykol und Wasser) werden nicht immer unvermischt verwendet, aber weiter mit Wasser verdünnt. Warum würdest du das tun wollen?