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Luft & Wärmedämmung im Tierreich

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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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Presentation Transcript
luft w rmed mmung im tierreich

Luft & Wärmedämmung im Tierreich

Petra Becker-Nows

Kerstin Becker

Carsten Müller

slide2
Gliederung

Luft

Aus dem Lehrplan

Unterrichtsthema Luft

Versuche mit Luft

Wärmedämmung

Notwendigkeit der Wärmedämmung

Wärmetransportmechanismen

Effektive Wärmedämmung

Funktion des Fells bei Tieren

1 1 aus dem lehrplan
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

slide5
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
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?
slide7
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?
slide9
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.
slide10
Luft ist nicht nichts!

Luft hat viele Eigenschaften!

1 3 versuche mit luft
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!

slide12
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
slide13
Luft verdrängt Wasser

(Mechanik, Raumerfüllung)

Gefäß mit Papiertaschentuch unter Wasser drücken

Gefäß und „Schiffchen“ unter Wasser drücken

slide14
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)

slide15
Wasser hinein, Luft heraus
  • Luft hinein, Wasser heraus
  • Technische Umsetzung:

Taucherglocke

slide16
Luft kann in anderen Körpern eingeschlossen sein

(Mechanik, Raumerfüllung)

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

slide17
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)

slide19
Strömende Luft kann einen Gegenstand bewegen (selbstgebaute Windräder, Windmühle)
  • Strömende Luft kann einen Gegenstand fortbewegen (Spiel mit Wattebäuschen, selbstgebaute Segelboote)
slide21
Überdruck / Unterdruck, Einführung des Luftdruckbegriffs

(Mechanik, Luftdruck)

  • Wechselwirkung zwischen Über- und Unterdruck
  • ein Dosenbarometer bauen
slide23
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).

slide24
Luft trägt

(Mechanik, Luftströmung)

  • einfache Flugobjekte bauen

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

slide25
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)
slide26
Luft hat unterschiedliche Temperaturen

(Wärmelehre)

  • Messen mit dem Thermometer / Temperaturkurven erstellen

Erwärmte Luft dehnt sich aus und steigt nach oben

(Wärmelehre, Konvektion)

  • Heißluftballon
slide27
Luftballon auf der erwärmten Flasche
  • Weihnachtspyramide

Aus einem

Forschertagebuch

2 1 notwendigkeit der w rmed mmung
2.1 Notwendigkeit der Wärmedämmung

Warmblüter

  • Körpertemperatur muss auf Mindest-temperatur gehalten werden
  • Im allgemeinen TKörper >TUmgebung
  • Verringerung von Wärmeverlusten notwendig
2 2 w rmetransportmechanismen
2.2 Wärmetransportmechanismen

a) Wärmeleitung

  • diffusiver Prozess
  • Wärmeleitfähigkeit l

lGas <(<) lFlüssig/Fest

Hohe

Temperatur

Tiefe

Temperatur

slide31
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 w rmed mmung
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
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
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Strömungsprofil zwischen parallelen Platten
  • Übertragung auf idealisiertes Fell
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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
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

slide37
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

slide38
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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