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Luft & Wärmedämmung im Tierreich PowerPoint PPT Presentation


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Luft & Wärmedämmung im Tierreich. Petra Becker-Nows Kerstin Becker Carsten Müller. Gliederung Luft Aus dem Lehrplan Unterrichtsthema Luft Versuche mit Luft Wärmedämmung Notwendigkeit der Wärmedämmung Wärmetransportmechanismen Effektive Wärmedämmung Funktion des Fells bei Tieren.

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Luft & Wärmedämmung im Tierreich

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Presentation Transcript


Luft & Wärmedämmung im Tierreich

Petra Becker-Nows

Kerstin Becker

Carsten Müller


Gliederung

Luft

Aus dem Lehrplan

Unterrichtsthema Luft

Versuche mit Luft

Wärmedämmung

Notwendigkeit der Wärmedämmung

Wärmetransportmechanismen

Effektive Wärmedämmung

Funktion des Fells bei Tieren


1.Luft


1.1 Aus dem Lehrplan

Bereich Natur und Leben / Unterrichtsgegenstände

in den Klassen 1 und 2:

experimentelle Erfahrungen mit Wasser und Luft, Wärme und Kälte, Licht und Schatten machen

in den Klassen 3 und 4:

Versuche mit Wasser, Luft und Schall durchführen und deuten


Bereich Technik und Arbeitswelt /

Unterrichtsgegenstände

in den Klassen 1 und 2:

Modelle mit einfachen Werkstoffen bauen und dabei grundlegende Technikerfahrung machen

in den Klassen 3 und 4:

Wirkungen und Wandlungen von Kräften untersuchen

Energiequellen und –formen sowie Möglichkeiten der Energieeinsparung kennen lernen


1.2 Unterrichtsthema Luft

  • Wo ist Luft zu finden ?

    (Lunge, Luftballon, Schwimmreifen, Fahrradreifen, Fußball, Wind, überall?)

  • Wie kann ich Luft spüren, erleben?

    (Atmung, Ausströmen, Wind)

  • Kann man Luft sehen, riechen, schmecken, hören, anfassen?

    (manchmal ja, manchmal nein)

  • Was ist Luft eigentlich? Ist Luft nichts?


Luft erleben, experimenteller Umgang mit Luft

zum Einstieg

  • bewusst ein- und ausatmen

  • Luftballons aufblasen und sausen lassen

  • Luft selber strömen lassen / pusten

  • Luft in der Sprache

  • den Wind draußen auf der Haut spüren

  • fliegende Blätter, Samen flatternde Fahnen draußen beobachten

  • Drachen steigen lassen

  • vielleicht gibt es Naturphänomene zu sehen, die durch Luft entstanden sind?


Ein kurzer Blick in die Geschichte:

  • Otto von Guericke erfand 1650 die erste Luftpumpe.

  • 1654 demonstrierte er öffentlich die „Magdeburger Halbkugeln“

  • Joseph Priestley entdeckte 1774 den Sauerstoff.


Luft ist nicht nichts!

Luft hat viele Eigenschaften!


1.3 Versuche mit Luft

Wichtig bei allen Versuchen:

Den Kindern Zeit zum Staunen (Verwunderung, Faszination) lassen!

Gelegenheit zum freien Experimentieren, Ausprobieren, „Herum-Suchen“ lassen!


Luft nimmt einen Raum ein

(Mechanik, Raumerfüllung)

  • scheinbar leere Gefäße enthalten in Wirklichkeit Luft / Gefäße ganz unter Wasser halten, Luftblasen beobachten

  • Aufpumpen von Rollerschläuchen o.ä. und entlassen von Luft unter Wasser / Luftblasen beobachten


Luft verdrängt Wasser

(Mechanik, Raumerfüllung)

Gefäß mit Papiertaschentuch unter Wasser drücken

Gefäß und „Schiffchen“ unter Wasser drücken


Luft ist ein Körper / Wo ein Körper ist, kann nicht gleichzeitig ein zweiter sein

(Mechanik, Raumerfüllung)

  • ein Gegenstand (Gewicht)

    verdrängt Luft aus einem unter

    Wasser gedrückten Gefäß

  • Luftballon in einer Flasche

    aufpusten (funktioniert nur,

    wenn die enthaltene Luft

    entweichen kann)


  • Wasser hinein, Luft heraus

  • Luft hinein, Wasser heraus

  • Technische Umsetzung:

    Taucherglocke


Luft kann in anderen Körpern eingeschlossen sein

(Mechanik, Raumerfüllung)

Schwamm, Ziegelstein, Stück Brot unter Wasser tauchen und Luftblasen beobachten


Luft übt eine Kraft aus

(Mechanik, Luftdruck)

  • Luft lässt sich zusammendrücken und dehnt sich wieder aus

    (nebenbei wird gelernt: als gasförmiger Körper ist das Volumen von Luft veränderlich)


  • Mit der Kraft zusammengepresster Luft kann ein Gegenstand angehoben werden


  • Strömende Luft kann einen Gegenstand bewegen (selbstgebaute Windräder, Windmühle)

  • Strömende Luft kann einen Gegenstand fortbewegen (Spiel mit Wattebäuschen, selbstgebaute Segelboote)


  • Der Rückstoß als Antriebskraft (Luftballonrakete, Rückstoßwagen)


Überdruck / Unterdruck, Einführung des Luftdruckbegriffs

(Mechanik, Luftdruck)

  • Wechselwirkung zwischen Über- und Unterdruck

  • ein Dosenbarometer bauen


  • Verblüffende Versuche: Widerspenstiger Korken oder Flamme im Trichter


  • schwebende Karte (in strömender Luft nimmt der Druck um so mehr ab, je schneller die Strömung fließt / Bernoulli-Prinzip)

    Porträt des Schweizer Wissenschaftlers Daniel Bernoulli (1700-1782).


Luft trägt

(Mechanik, Luftströmung)

  • einfache Flugobjekte bauen

    Aus der Geschichte: Von den ersten Flugver-suchen der Menschen / Erfinder bis zum heutigen Flugverkehr


Luft hat ein Gewicht

(Mechanik, Masse)

  • Zwei gleiche, aufgeblasene Luftballons an einer Balkenwaage. Einer wird mit einer Nadel zerstochen

  • Ein Plastikball mit wenig Luft wird gewogen, mit einer Ballpumpe fest aufgepumpt und nochmals gewogen (1l Luft wiegt 1,3 g)


Luft hat unterschiedliche Temperaturen

(Wärmelehre)

  • Messen mit dem Thermometer / Temperaturkurven erstellen

    Erwärmte Luft dehnt sich aus und steigt nach oben

    (Wärmelehre, Konvektion)

  • Heißluftballon


  • Luftballon auf der erwärmten Flasche

  • Weihnachtspyramide

Aus einem

Forschertagebuch


2. Wärmedämmung im Tierreich


2.1 Notwendigkeit der Wärmedämmung

Warmblüter

  • Körpertemperatur muss auf Mindest-temperatur gehalten werden

  • Im allgemeinen TKörper >TUmgebung

  • Verringerung von Wärmeverlusten notwendig


2.2 Wärmetransportmechanismen

a) Wärmeleitung

  • diffusiver Prozess

  • Wärmeleitfähigkeit l

    lGas <(<) lFlüssig/Fest

Hohe

Temperatur

Tiefe

Temperatur


b) Wärmemitführung (fluide Medien)

  • Natürlich:

    Wärmeausdehnung  Dichteunterschiede

     Auftrieb  Stoff- und Wärmetransport

    Erzwungen:

    aufgeprägte Strömungsvorgänge

    Stoff- und Wärmetransport

    c) Wärmestrahlung

  • Im Bereich niedriger Temperaturen i.a. nicht relevant


2.3 Effektive Wärmedämmung

  • Grundgedanke: Nutzung von Materialien mit möglichst kleinem l => Gase

  • Problem: Wärmemitführung unvermeidlich

  • Effektive Wärmedämmung erfordert Einschränkung der Gasbeweglichkeit

    z.B. Schaumstoff


2.4 Funktion des Fells bei Tieren

  • Alternative Lösung des Problems der Wärmemitführung in der Natur

  • Luftdurchlässiges Haarkleid anstelle von Gaseinschluss

  • Behinderung des Austausches erwärmter Luft durch viskose Strömung zwischen den Haaren


  • Strömungsprofil zwischen parallelen Platten

  • Übertragung auf idealisiertes Fell


  • Einfluss des Haarabstandes

  • Einfluss der Wärmeleitfähigkeit der Haare:

    Wärmeleitung durch Haar kann überwiegen

     kein metallisches Fell

  • Einfluss des Mediums zwischen den Haaren

     kein effektiver Schutz vor Auskühlung beim Schwimmen

  • Variabilität der Isolierschichtdicke

     Haare lassen sich aufstellen


3. Literatur

Zum Thema Luft:

Bezdek,Ursula,Monika u. Petra: Kinder in ihrem Element. Sinnliches Erleben von Feuer und Erde, Wasser und Luft. Don Bosco Verlag: München 2000

Crummenerl, Rainer: Luft und Wasser. WAS IST WAS Band 48. Tessloff Verlag: Nürnberg 1996

Gressmann, Michael; Wolfgang Mathea: Die Fundgrube für den Physik-Unterricht. Das Nachschlagewerk für jeden Tag. Cornelsen Verlag: Berlin 1996

Hibon, Mireille; Elisabeth Niggemeyer: Spielzeug Physik. Luchterhand Verlag: Neuwied; Berlin 1998


Holzhey, Christiane; Edgar Lüscher: Kinder entdecken Physik. R. Oldenbourg Verlag: München 1977

Köthe, Dr. Rainer: Tessloffs superschlaues Antwortbuch. Wissenschaft im Alltag. Tessloff Verlag: Nürnberg 2002

Microsoft: Encarta. Enzyklopädie 2001

Press, Hans Jürgen: Spiel- das Wissen schafft. Experimente aus Natur und Technik. Otto Maier Verlag:

Ravensburg 1977

Schächter, Markus (Hg.): Mittendrin. Geht der Luft die Puste aus? Wolfgang Mann Verlag: Berlin 1990

Walkstein, Jürgen: Lehrerhandreichung zur Experimentierbox Luft. Cornelsen Verlag: Berlin 1993


Zum Thema Wärmedämmung im Tierreich:

Lavers, Chris: Warum haben Elefanten so große Ohren? Dem genialen Bauplan der Tiere auf der Spur, Bastei Lübbe 2003

Schmidt-Nielsen, Knut: Physiologie der Tiere, Spektrum Akademischer Verlag 1999

Nachtigall, Werner: Bionik. Grundlagen und Beispiele für Ingenieure und Naturwissenschaftler, 2. Auflage, Springer 2002

Perry, Robert H.; Green, Don W.: Perry‘s Chemical Engineers‘ Handbook, 7th Edition, Mc Graw Hill 1997


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