Wasser - Dampf - Regen

Wasser - Dampf - Regen
Versuchsaufbau
Kurzbeschreibung
Verdampfen und Kondensation werden beobachtet.
Kategorien
RUB
Einordnung in den Lehrplan
Geeignet für:	Klasse 6
Basiskonzept:	Materie, Energie
Sonstiges
Durchführungsform	Schülergruppenexperiment
Anspruch des Aufbaus	leicht
Informationen
Name:	Marvin Mallach
Kontakt:	${\text{Marvin.Mallach}}$@${\text{rub.de}}$
Uni:	Ruhr-Universität Bochum

Dieses Experiment dient dazu künstlichen "Regen" zu erzeugen. Schülerinnen und Schüler sollen sehen, wie kochendes Wasser verdampft und anschließend der Wasserdampf wieder kondensiert. So entsteht an einer kalten Metallplatte "Regen". Das Experiment ist für Schülerinnen und Schüler der Sekundarstufe I gedacht und sollte als Schülergruppenexperiment, kann aber auch als Lehrerdemonstrationsexperiment durchgeführt werden.

Didaktische Analyse nach Klafki

I Exemplarische Bedeutung

Anhand dieses Versuchs sollen erste Modellvorstellungen zum Aufbau von Materie entstehen.

II Gegenwartsbedeutung

Die drei Aggregatzustände "fest", "flüssig" und "gasförmig" kommen in den verschiedensten Lebensbereichen eines Sechstklässlers vor. Am häufigsten das Wasser in allen drei Zuständen: Im Winter bilden sich beispielsweise Eiszapfen an Dachrinnen, Seen gefrieren und nach dem warmen Duschen steht das Badezimmer voller Wasserdampf. Auch der Wachs einer Kerze ist sowohl im festen als auch im flüssigen Zustand zu beobachten. Weiter Beispiele sind gasgefüllte Luftballons, Steine als Festkörper usw.

III Zukunftsbedeutung

Mithilfe dieses ersten Modells zum Aufbau von Materie lassen sich weitere Naturphänomene wie z.B. das Vermischen von Flüssigkeiten oder die Ausdehnung bei Temperatur erklären. Modellvorstellungen ziehen sich außerdem durch den gesamten weiteren Physikunterricht. So wird dieses erste Modell zum Aufbau von Materie immer weiter verfeinert und die Bausteine immer weiter zerkleinert, sodass es über ein Atommodell bis zu der Aufspaltung von Atomkernen kommt. Desweiteren wird das Basiskonzept Struktur der Materie auch im Chemieunterricht behandelt, sodass das hier eingeführte Wissen fächerübergreifend anwendbar ist.

IV Innere Struktur des Themas

Das Thema Aggregatzustände gehört zum Basiskonzept Struktur der Materie. Eine mögliche Unterrichtsreihe würde zuerst die Temperaturwahrnemung und die Temperaturskala behandeln und dann zu den drei zentralen Aggregatzustände gelangen. Danach könnte die Temperaturausdehnung sowie die Anomalie des Wassers behandelt werden.

V Zugänglichkeit

Es gibt einige Versuche, die das Phänomen interessant und zugänglich machen. Man könnte Teelichte beobachten und erkennen, dass das Wachs flüssig und fest wird. Außerdem könnte man sich Trockeneis anschauen und somit die Sublimation beobachten. Um zu einer Modellvorstellung zu gelangen könnte man ein Modell mit den Schülern gestalten: Halten sich die Schülerinnen und Schüler fest zusammen und bilden ein "Knäuel", sind sie fest; bewegen sie sich, haben allerdings immer noch einen Berührpunkt, so stellen sie den flüssigen Aggregatzustand dar; flitzen alle Schülerinnen und Schüler frei durch den Raum und stoßen sich bei Berührung ab wie Billardkugeln, so können sie den gasförmigen Aggregatzustand darstellen. Ein weiteres Experiment für die Zugänglichkeit ist Eis-Wasser-Wasserdampf.

Versuchsanleitung

Aufbau

Benötigte Materialien:

• Herdplatte
• Kochtopf
• Bindfaden
• Metalldeckel
• Stativ
• Eiswürfel

Ein handelsüblicher Kochtopf wird zur Hälfte mit Wasser gefüllt und auf eine Herdplatte gestellt. Circa 10 cm über der Wasseroberfläche wird eine Metallplatte mit einem Eiswürfel oben drauf befestigt. In diesem Fall wurde ein Metalldeckel von einem Einmachglas mit Hilfe von Bindfäden über dem Topf aufgehangen. Dazu wurden drei kleine Löcher in den Metalldeckel gebohrt, um die Fäden hindurchzuziehen und diese dann am Stativ zu befestigen.

Durchführung

Video 1: Durchführung

Das Wasser in dem Topf wird zum Kochen gebracht, sodass sich die kalte Metallplatte im aufsteigenden Wasserdampf befindet. Das Wasser kocht schneller, wenn man den Topf mit einem Deckel abdeckt und außerdem steigt, wenn man den Deckel erst abnimmt, sobald das Wasser kocht, viel Wasserdampf auf einmal auf. Video 1 zeigt die Durchführung des Experiments.

Beobachtung

Der aufsteigende heiße Wasserdampf kondensiert an der kalten Metallplatte und es bilden sich Tröpfchen, die zurück in den Kochtopf "regnen".

Abb. 1: Beobachtung

Sicherheitshinweise

Bei diesem Versuch ist zu beachten, dass die heiße Herdplatte und der heiße Topf nicht berührt werden darf. Außerdem sollte man nicht direkt in den heißen Wasserdampf fassen. Die Temperatur von dem Topf und der Herdplatte ist nicht zu sehen, aber normalerweise sollte dieses Wissen jede Schülerin und jeder Schüler aus dem Alltag besitzen.

Literatur

Alle Bilder und Videos in diesem Artikel wurden selbst erstellt.