Der Energiebegriff in der Thermodynamik

Transkript

1 Der Energiebegriff in der Thermodynamik Erhebung von Vorwissen und Lernzielkontrolle Anna Prieur

2 Unterrichtseinheiten 1. Temperatur, innere Energie und Wärme 2. Wärmekapazität und Aggregatzustände 3. Energietransport in der Thermodynamik 4. Wärme-Arbeits-Maschinen als thermische Energiewandler

3 Wie können wir anschlussfähiges Vorwissen und Fehlvorstellungen der Schülerinnen und Schüler erheben? Resultate der Lehr- und Lernforschung studieren Eigene Erfahrungen im Unterrichten Mit Multiple Choice Tests gezielt Informationen über die Schülervorstellung erhalten Entwicklung eines Vortests (Standard Force Concept Inventory ) Schülerinnen und Schüler eigene Fragestellungen formulieren lassen Dieses Interesse kann die Themenwahl beeinflussen.

4 Mögliche Vorstellungen von Schülerinnen und Schülern Isolierungen wärmen aktiv. Isolierungen sind materielle Barrikaden. Wärme ist ein Stoff, der durch Körper und Luft strömt. Metalle fühlen sich kälter als beispielsweise Holz an, weil sie kälter als ihre Umgebung sind. Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität werden verwechselt. Aggregatzustandsänderungen brauchen immer Energie.

5 Entwicklung des Vortests Gezielte Wissensfragen einbauen: Was wurde schon gelernt? Gibt es anschlussfähiges Vorwissen? Mögliche Fehlvorstellungen in Antwortalternativen testen Kein Fachvokabular in Fragestellungen Vorstellungen in verschiedenen Situationen testen, um Zufallsergebnisse auszuschliessen Schülerinnen und Schüler sollen nicht absichtlich aufs Glatteis geführt werden.

6 Gibt es fachliches Vorwissen? Bei einem Flüssigkeitsthermometer wird meistens Quecksilber oder gefärbter Alkohol in einem Röhrchen verwendet. Der Flüssigkeitspegel im Röhrchen zeigt die Temperatur an. Warum verwendet man kein Wasser? Wasser gefriert bei 0 C und würde dann das Röhrchen sprengen. Das Röhrchen würde zu schnell verkalken. Bei einer Temperaturzunahme von 2 C auf 4 C würde der Pegel im Röhrchen sinken. Keine der obigen Aussagen ist richtig.

7 Gibt es anschlussfähiges Vorwissen? Die Temperatur von Wasser soll gemessen werden. Wie geht man dabei vor? Sobald der Messfühler das Wasser berührt, kann abgelesen werden. Thermometer darf man grundsätzlich erst nach 5 Minuten ablesen. Thermometer darf man erst ablesen, wenn der Wärmeübergang zwischen dem Wasser und dem Messfühler beendet ist. Thermometer darf man erst ablesen, wenn sich die Temperatur zwischen Wasser und Messfühler ausgeglichen hat. Thermometer darf man erst ablesen, wenn auf der Skala keine Änderung mehr zu beobachten ist.

8 Fehlvorstellungen durch gezielte Antwortalternativen testen Wenn eine kleine Wassermenge gefriert, absorbiert sie Energie von ihrer Umgebung. absorbiert sie Kälte von ihrer Umgebung. absorbiert sie Kälte und gibt Energie an die Umgebung ab. absorbiert die Umgebung Energie von ihr. gibt sie weder Energie ab noch nimmt sie Energie auf, weil ihre Temperatur konstant bleibt.

9 Vorstellungen in verschiedenen Situationen testen, um Zufallsergebnisse auszuschliessen Wenn man ein offenes Gefäss mit Wasser in eine Vakuumglocke stellt und die Luft aus der Glocke herauspumpt, beginnt das Wasser ab einem bestimmten Zeitpunkt zu sieden. Welche der folgenden Aussagen sind richtig? Durch das Sieden wird das Wasser immer heisser, erreicht aber nicht die Temperatur von 100 C. Das Sieden braucht Energie, dadurch wird das Wasser kälter. Durch das Sieden wird das Wasser immer heisser, bis es die Temperatur von 100 C erreicht hat; danach steigt die Temperatur nicht weiter an. Die Temperatur des Wassers bleibt die ganze Zeit konstant.

10 Lernzielkontrolle durch einen Nachtest Auf eine heisse Herdplatte wird etwas Wasser gespritzt. Dabei kann man manchmal beobachten, dass das Wasser nicht sofort verdampft, sondern dass die Wassertropfen auf der Herdplatte gleiten und erst nach einigen Minuten verdampfen. Warum tritt dieses Phänomen auf? In diesem Fall war die Herdplatte noch nicht heiss genug, so dass die Tropfen sich nicht stark genug erwärmen konnten. Die Herdplatte war schon sehr heiss, so dass sich zwischen Wasser und Platte sofort eine Dampfschicht gebildet hat. Die Wassertropfen haben eine grosse Wärmekapazität und werden deshalb nur langsam erhitzt. Es handelt sich hier um einen Induktionskochherd. Der Herd kann die Hitze besser auf Metall, also Töpfe, als auf Wasser übertragen.

11 Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit!