Schülerversuche

Absorption von Wärmestrahlung

Prinzip Bei Beleuchtung mit dem Licht einer 120-W-Reflektorlampe erwärmt sich die Luft im schwarzen Reagenzglas viel schneller als die Luft im weißen Reagenzglas. Unter den angegebenen Versuchsbedingungen sollte die Messung mindestens 5 Minuten dauern. Dann beträgt der Unterschied in diesem Beispiel 5°C und nach 10 Minuten mehr als 10°C.

Das Magnetfeld der Erde

Der Verlauf eines Jahres - Die Jahreszeiten

Prinzip Die Erdachse befindet sich in senkrecht zur Umlaufbahn der Erde, sondern leicht geneigt (Schrägstellung). Da die Achse geneigt ist, werden nicht alle Bereiche der Erde zu einem bestimmten Zeitpunkt gleich viel Licht und Wärme von der Sonne "versorgt". Dadurch, dass die Erde kugelförmig ist, verteilt sich die Strahlung der Sonne nicht gleichmäßig auf der Erde. Dies führt zu unterschiedlichen Tag- und Nachtlängen und Temperaturen im Verlauf eines Jahres, die Entstehung der Jahreszeiten.

Die unterschiedlichen Positionen des Mondes

Prinzip Nicht nur die Erde bewegt sich in unserem Sonnensystem (um die Sonne), sondern auch der Mond. Der Mond dreht sich dabei um die Erde, wobei der Mond von der Erde aus unterschiedliche Positionen einnimmt. Die Mondphasen lassen sich dabei sehr gut von der Erde aus beobachten. Der Mond geht dabei vom Neumond über den Halbmond bis zum Vollmond und wieder zurück in einem knappen Monat. Steht der Mond zwischen Erde und Sonne, sehen wir die unbeleuchtete Seite des Mondes, somit ist Neumond. Wenn die Erde zwischen Mond und Sonne steht, sieht man seine beleuchtete Seite, es ist Vollmond.

Energiegewinnung durch Sonnenstrahlung

Prinzip Eine (menschliches) Leben auf der Erde wäre ohne Sonnenstrahlung nicht möglich. Die Sonnenstrahlung sorgt auf der Erde für Wärme und Licht, aber auch für den lebensnotwendigen Sauerstoff. Die Sonnenstrahlung ist aber auch für die unmittelbare Energieversorgung verantwortlich. Mit Hilfe von Solarzellen kann (Sonnen)licht in elektrische Energie umgewandelt werden und damit beispielsweise Elektrofahrzeuge betrieben werden.

Umlaufbahn der Erde

Prinzip Die Erde führt hauptsächlich zwei Drehbewegungen aus. Zum einen dreht sie sich um sich selbst, und zum anderen umkreist sie die Sonne. Dabei folgt sie allerdings keiner perfekten Kreiselbewegung. Zum einen ist die Rotationsachse der Erde geneigt. Diese Neigung ist für unsere Jahreszeiten verantwortlich. Zum anderen bewegt sich die Erde nicht auf einer perfekten Kreisbahn um die Sonne, sondern auf einer Ellipse. Dadurch ist die Erde der Sonne im Januar etwas näher als im Juli Die Schülerinnen und Schüler leiten sich mithilfe des Sonne-Erde-Mondmodells den Eigendrehsinn der Erde her. Außerdem wird die Neigung der Erdachse sowie die elliptische Form der Erdbahn am Modell nachvollzogen.

Wärmeleitung in Glas und Wasser

Prinzip Metalle leiten die Wärme besser als Glas (und Kunststoff). Sie leiten die Wärme unterschiedlich gut. Kupfer ist ein sehr guter Wärmeleiter. Aluminium leitet die Wärme schlechter als Kupfer.

Wärmeleitung in Wasser

Prinzip Die Temperaturmessung zeigt, dass im unteren Bereich des Glases die Wassertemperatur praktisch konstant ist (hier 28 °C bzw. 29 °C) erst in einer Schicht von 4 bis 5 cm unterhalb der Wasseroberfläche ändert sich die Temperatur um etwa 5 bis 7. Auch die Farbverteilung im Wasser zeigt diese Temperaturschichtung an. Der Versuch zeigt, dass Wasser nur eine geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt, sonst würden tiefere Wärmeschichten schneller erwärmt. Energietransport geschieht im Wasser immer durch Wärmeströmung: erwärmtes Wasser steigt auf.

Wärmeströmung in Wasser

Prinzip Erwärmtes Wasser steigt wegen seiner geringeren Dichte nach oben. Dadurch muss unten kaltes Wasser nachströmen, das wieder erwärmt wird. Es kommt zu einer Zirkulationsströmung.

Wie entstehen Sonnen- und Mondfinsternis?

Prinzip Wie entstehen Sonnen- und Mondfinsternis? Der Mond dreht sich um die Erde. Befindet sich dabei der Mond in einem "passenden Abstand" zwischen Erde und Sonne, so "blockiert" er die Lichtstrahlen von der Sonne. Dadurch entsteht auf Erde ein Schatten. Dadurch entsteht eine sogenannte Sonnenfinsternis. Befindet sich nun die Erde in einem passenden Abstand zwischen Sonne und Mond, so entsteht eine Mondfinsternis. Die Erde blockiert die Lichtstrahlen, die von der Sonne ausgehen. Dadurch wird die Erde einen Schatten auf den Mond.

Wie entstehen Tag und Nacht?

Prinzip Wie entstehen Tag und Nacht? Tag und Nach "entstehen" durch die Rotation der Erde um ihre eigene Achse, wobei auf der sonnen-zugewandten Seite Tag, auf der sonnen-abgewandten Seite Nacht ist. Mit Hilfe dieses einfachen Sonne, Erde, Mond-Modell wird die Entstehung von Tag und Nacht modellhaft nachgebildet.

Wie lange dauern Tag und Nacht?

Prinzip Wie lange dauern Tag und Nacht? Tag und Nach "entstehen" durch die Rotation der Erde um ihre eigene Achse, wobei die Erde alle 24 Stunden einmal um die eigene Achse rotiert. Daher müssten Tag und Nacht genau gleich lang dauern (zwölf Stunden). Allerdings ist nicht an jedem Ort der Erde Tag und Nach gleich lang. Dies lässt sich mit dem Sonne, Erde, Mond-Modell darstellen. Dabei beobachten die Schüler, dass genau am Äquator Tag und Nacht immer genau zwölf Stunden dauern, während in anderen Teilen der Erde die Tag- und Nachtlänge unterschiedlich sind.