Sonnenenergie ihre Bedeutung für Mensch und Natur erforschen VORANSICHT. Mit Partner-Puzzle und Lernzirkel für Forscher

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1 V Energie nutzen Beitrag 3 Sonnenenergie (Klassen 5/6) 1 von 34 Sonnenenergie ihre Bedeutung für Mensch und Natur erforschen Andrea-Xenia Klußmann, Hamburg und Silvija Markic, Bremen Die Energie der Sonne ist Voraussetzung für alles Leben auf der Erde. Auch der Mensch nutzt die Energie der Sonne. Doch die Sonnenstrahlung birgt auch Gefahren: Viele 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. 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. Mit Partner-Puzzle und Lernzirkel für Forscher Unsere Sonne, das Leben wäre ohne sie nicht vorstellbar. Das Wichtigste auf einen Blick Foto:Pixelio Klassen: 5 und 6 Dauer: 8 10 Stunden Kompetenzen: Die Schüler ermitteln Wärmetransportarten und beschreiben diese. könnenexperimentezudenthemen Fotosynthese, Wärmeleitfähigkeit und Wärmeschutz beschreiben und durchführen. können Gefahren der Sonnenstrahlung für den Menschen benennen und gesundheitsbewusstes Handeln ableiten. Aus dem Inhalt: AuswelchenStrahlungsartenbestehtdie Sonnenenergie? Welche Stoffe leiten Wärme gut oder schlecht? WienutzenTiereoderPlanzendieSonnenenergie? Wieschützeichmichvorderultravioletten Strahlung aus der Sonnenenergie? Beteiligte Fächer: Biologie Chemie Physik Anteil hoch mittel gering

2 2 von 34 Sonnenenergie (Klassen 5/6) Energie nutzen Beitrag 3 V Rund um die Reihe Warum wir das Thema behandeln Die Sonne ist unsere einzige Lichtquelle und Voraussetzung 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 fürjedentag.zunehmendnutzenwirdiesonnenenergieinunseremalltagzurenergiegewinnung. 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. MitdemThema Sonnenenergie untersuchendieschüler,wiesiedie Sonnenenergie im Alltagnutzen.HierzuführensieVersuchezurFotosyntheseundzumWärmetransportdurch.Des Weiteren setzen sie sich mit den Gefahren der der UV-Strahlung auseinander und erfahren, wiemansichvordiesemteildersonnenstrahlungschützen kann. Was Sie zum Thema wissen müssen Die Sonnenstrahlung Sie besteht sowohl aus elektromagnetischer Strahlung als auch aus einigenteilchen, 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 deslichtsfürdiefotosynthesebenötigen. Ultraviolettstrahlung Die Ultraviolettstrahlung (UV-Strahlung) umfasst den Wellenlängenbereich von 10 nm bis 380nmundkannvomMenschennichtwahrgenommenwerden.Folgeneinerzuintensiven Bestrahlung sind Sonnenbrand, Hautkrebs oder Augenschäden. Die Eigenschutzzeit der Haut und damit die verträgliche Bestrahlungsdauer variiert dabei von Mensch zu Mensch. Um die EigenschutzzeitderHautzuerhöhen,könnenSonnenschutzmittel angewendet werden. Neben schädlichen Eigenschaften hat die UV-Strahlung auch eine gesundheitsförderndewirkung.sieistfürdenkörpernotwendig,umvitamin D zu produzieren. Dieses Vitamin 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 auchalleanderenwarmenkörperundgegenständewärmestrahlungab.dieenergiedieser StrahlungkönnenMenschen 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 dabeivondemjeweiligenstoffundseinerfarbeab. Wärmeleitfähigkeit Eine physikalische Eigenschaft von Stoffen ist die Fähigkeit, Wärme zu leiten.dabei ließt diewärmeimmervombereichhohertemperaturzumbereichniedrigertemperatur,bisein Temperaturausgleichstattgefundenhat.Manunterscheidetzwischenschlechten und guten

3 V Energie nutzen Beitrag 3 Sonnenenergie (Klassen 5/6) 7 von 34 Die Reihe im Überblick V=Vorbereitungszeit SV=Schülerversuch Ab=Arbeitsblatt/Informationsblatt D=Durchführungszeit Fo=Folie LEK=Lernerfolgskontrolle Stunden 1/2: Die Eigenschaften der Sonne Material M 1 (Ab) M 2 (Ab) Thema und Materialbedarf Felix und Yasmina das Geheimnis der Sonnenstrahlen Die Sonne ein Steckbrief Stunden 3/4: Die drei Komponenten der Sonnenstrahlung ein Partnerpuzzle Material Thema und Materialbedarf M 3 (Ab) M 4 (Ab) M 5 (Ab) M 6 (Ab) M 7 (Ab) M 8 (Ab) Felix und Yasmina lüften das Geheimnis der Sonnenstrahlen Was ist Sonnenstrahlung? Wärmestrahlung A Ein Anteil der Sonnenstrahlung die Wärmestrahlung A Was ist Sonnenstrahlung? Sichtbares Licht und UV-Strahlung B Ein Anteil der Sonnenstrahlung Sichtbares Licht und UV-Strahlung B Die Sonnenstrahlung kennst du dich aus? Stunden 5 8: Nutzung der Sonnenenergie ein Stationenlernen mit Experimenten Material Thema und Materialbedarf M 9 (SV) V: 10 min D: 20 min M 10 (Ab) Station 1: Brauchen Pflanzen Licht zum Wachsen? Aluminiumfolie Kressepflanzen mit Boden zwei Petrischalen Wasser zwei hohe Gläser Brauchen Pflanzen Licht zum Wachsen? Die Fotosynthese M 11 (SV) V: 5 min D: 20 min M 12 (Ab) M 13 (SV) V: 5 min D: 20 min Station 2: Welche Stoffe leiten Wärme gut oder schlecht? fünf Stäbe aus verschiedenen Materialien (Aluminium, Eisen, Glas, Holz, Kunststoff, Kupfer, Styropor) fünf Wachsplättchen Wasserkocher mit Wasser eine Plastikwanne eine Pappscheibe eine Schere Heiß und kalt - die Wärmeleitfähigkeit erforschen Station 3: Ist dunkle oder helle Kleidung in der Sonne wärmer? Aluminiumfolie drei Reagenzglasverschlüsse mit Loch drei Reagenzgläser Wasser eine Rotlichtlampe dreithermometer Stoff (weiß und schwarz) ein Reagenzglasständer eine Stoppuhr oder Uhr

4 8 von 34 Sonnenenergie (Klassen 5/6) Energie nutzen Beitrag 3 V Material M 14 (Ab) M 15 (Ab) M 16 (Ab) M 17 (Ab) M 18 (Ab) Thema und Materialbedarf Dunkle oder helle Kleidung? Energie der Wärmestrahlung Station 4: Wie halten sich Tiere warm? Überlebensstrategien Wie schützen sich Lebewesen vor Kälte? Überlebensstrategien Station 5: Sommer, Sonne, Sonnenbrand UV-Strahlung Sicherheit durch Sonnenschutz Gefahren der UV-Strahlung Stunden 9/10: Die Sonnenenergie nutzen Projektarbeit und Lernerfolgskontrolle Material Thema und Materialbedarf M 19 (Ab) Felix und Yasmina Stromausfall auf dem Campingplatz M 20 (LEK) Minimalplan Aluminiumfolie mehrere große Bechergläser Küchenrollen-/Toilettenpapier Zeitungspapier Klarsichtfolie/Plastikbeutel Kennst du dich aus? Ein Sonnen-Domino Esistmöglich,dasPartnerpuzzle M 3 bis M 8 getrennt von der restlichen Unterrichtseinheit durchzuführen, sodass die Schüler die drei Strahlungsarten des Sonnenlichts kennenlernen. AuchkönnendieStationen voneinander getrennt als Schülerexperimente im Klassenverband oder als Gruppenpuzzle durchgeführt werden. Es ist denkbar, die ProjektarbeitausZeitgründenwegzulassen. Fettcreme mehrere Gummiringe mehrere Pappschachteln Watte mehrere Plastikbecher

5 10 von 34 Sonnenenergie (Klassen 5/6) Energie nutzen Beitrag 3 V M 2 Die Sonne ein Steckbrief Wusstest du, dass unsere Sonne ein durchschnittlich großer Stern ist? Und wie weit ist die Sonne von der Erde entfernt? Fülle den Steckbrief aus und finde es heraus. So sehe ich die Sonne! Beschreibe kurz die Sonne: Die Sonne ist ein Wie groß ist die Sonne? Wie alt ist die Sonne? Wie weit ist die Sonne von der Erde entfernt? riesiger glühender Ball aus Gas. Wie heiß ist es auf der Oberfläche der Sonne? Wie heiß ist es im Inneren der Sonne? Fotos:Colourbox Aufgabe 1 FülledenSteckbriefderSonneaus!SuchedazuinBüchernundimInternet nach Informationen über die Sonne. Aufgabe 2 ErgänzedenSteckbriefmiteigenenFragenundbeantwortesie.

6 V Energie nutzen Beitrag 3 Sonnenenergie (Klassen 5/6) 11 von 34 Felix und Yasmina lüften das Geheimnis der Sonnenstrahlen M 3 Jetzt kennst du die Sonne und ihre Eigenschaften. Doch was sind jetzt Sonnenstrahlen? Aufgabe LiesdenfolgendenComicmitFelixundYasmina. Jetzt wissen wir, wie alt, groß und heiß unsere Sonne ist, aber etwas richtig Spannendes war noch nicht dabei Da muss doch etwas sein! Aber jetzt gibt es erst mal Essen. Guck mal, Yasmina, das Bild habe ich für Mama gemalt! Ja, genau! Das ist schöngeworden Lea. Ist das unsere Sonne? 1 Das sieht aber nicht nach der Sonne aus. Die hat keine solchen gelben Striche. Man sieht die Sonne nur als Scheibe am Himmel. Das sind die Sonnenstrahlen! Lea, ich habe Sonnenstrahlen noch nie gesehen! Ich aber schon! Jetzt ist es aber genug! Und was sind Sonnenstrahlen jetzt? Alle erzählen davon, aber keiner weiß, was sie sind! Mama, weißt du das? Ja, aber das ist schwer zu erklären. Nach dem Essen kann ich euch ein Buch holen, da steht einiges zu den Sonnenstrahlen drin. 5 6

7 14 von 34 Sonnenenergie (Klassen 5/6) Energie nutzen Beitrag 3 V M 5 Ein Anteil der Sonnenstrahlung die Wärmestrahlung A Jetzt weißt du, was die Wärmestrahlung ist. Prüfe, ob du alles richtig verstanden hast! Aufgabe 1 Vervollständige die Sätze. Kreuze das richtige Satzende an. Die Strahlung der Sonne enthält a) Röntgenstrahlung. b) Wärmestrahlung. c) radioaktive Strahlung. d) Radiowellen. DieWärmestrahlungkönnenwirMenschen a) sehen. b) sehen und spüren. c) überhaupt nicht wahrnehmen. d) nur spüren. Neben der Sonne senden a) allewarmenoderheißenkörperwärmestrahlungaus. b) nurkaltekörperwärmestrahlungaus. c) nurgelbeundrotekörperwärmestrahlungaus. d) keineweiterenkörperwärmestrahlungaus. Eidechsen sonnen sich morgens, a) weil sie braun werden wollen. b) weilsiedabeigutschlafenkönnen. c) weil sie erst warm werden müssen. d) um ihre Beute anzulocken. Die Wärmestrahlung kann man a) sehen. Also müssen wir die Wärmestrahlung nicht sichtbar machen. b) mit einer Wärmebildkamera sichtbar machen. c) mit einer Handy-Kamera sichtbar machen. d) mit einem Mikroskop sichtbar machen. Aufgabe 2 ErkläreineinemkurzenTextdieInfrarotstrahlung: Merke: Die Infrarotstrahlung Aufgabe 3 BereiteeinenkurzenVortragüberdenText1vor.SchreibedazuwichtigeStichpunktevondiesemArbeitsblattaufeinenZettel.DenZetteldarfstdubeimVortragenbenutzen. Tipp Überlegedir,wasdudeinemPartnererzählenmöchtestundinwelcherReihenfolge.

8 V Energie nutzen Beitrag 3 Sonnenenergie (Klassen 5/6) 19 von 34 Station 1: Brauchen Pflanzen Licht zum Wachsen? M 9 Felix hat eine Überraschung für seine Mutter zum Geburtstag vorbereitet. Er geht zu seinem Kleiderschrank und zeigt sie Yasmina. Tadaa!DiesePlanzeschenkeichmeinerMutterzum Geburtstag. Der Baum ist aber klein! Foto:Colourbox Der kann noch ein bisschen wachsen. Der Geburtstag ist ja erst in zwei Wochen. Aber in den Schrank kommt doch gar kein Sonnenlicht. KönnenPlanzendennauchohneLichtwachsen? HilfFelixundYasminabeiderBeantwortungderFrage. Das benötigst du Aluminiumfolie Kressepflanzen mit Boden So führst du den Versuch durch zwei hohe Gläser zwei Petrischalen Wasser 1. TrennevorsichtigzweiQuadrate(etwa1cmx1cm)Bodenmit Kresse-Pflanzen ab. Pass auf, dass du dabei die Wurzeln nicht abreißt! Foto:Thinkstock/Hemera 2.SetzejeeinQuadratderKresse-PlanzenindiejedePetrischale. 3. Gieße die Pflanzen mit etwas Wasser. 4. Nimm dir ein Glas und umwickle es vollständig mit Aluminiumfolie. 5. Stülpe die zwei Gläser über die Petrischalen mit der Kresse und markiere deine Petrischalen.StellediezweiabgedecktenPetrischalenaufdieFensterbank. 6. LassedeinePlanzeneineWocheoderlängeraufderFensterbankstehen. Aufgabe FühredenVersuchdurchundschreibeeinVersuchsprotokoll. Mein Versuchsprotokoll DasWachstumvonKressemitundohneSonnenlicht WasbrauchstduallesfürdenVersuch? WiewurdederVersuchdurchgeführt? Woraufmusstestdubesondersachten? WerdendiePlanzennachdensiebenTagengewachsensein?StelleeineVermutungan. BearbeitenachdensiebenTagendasArbeitsblatt BrauchenPlanzenLichtzumWachsen?