In dieser Unterrichtseinheit wird die Löslichkeit von Gasen in Wasser mithilfe einfacher medizinischer Spritzentechnik untersucht und durch die kritische Hinterfragung von Werbeaussagen zu einem sauerstoffhaltigen "Powergetränk" kontextnah erarbeitet.Ausgehend von der Werbung für ein sauerstoffhaltiges Getränk wie ?Active O2? wird in der Sekundarstufe I untersucht, wie viel Sauerstoff sich in Wasser lösen kann. In der Oberstufe kann man anhand der Löslichkeit von Kohlenstoffdioxid in Wasser das Prinzip von Le Chatelier einführen und dieses dann auf das sauerstoffhaltige Getränk übertragen. Sämtliche Experimente lassen sich kostengünstig, sicher und unkompliziert mit medizintechnischen Geräten durchführen. Die Verknüpfung mit der Lebenswelt der Schülerinnen und Schüler ermöglicht neben einer Einführung der Löslichkeit von Gasen auch Berechnungen zu den Gasgesetzen oder zum Massenwirkungsgesetz. Dabei liefert der motivierende Aufhänger des Modegetränks ?Active O2? die Gelegenheit zur kritischen Auseinandersetzung mit Werbeaussagen. Klasse 9 und 10: Was ist dran am "Powergetränk"? Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die in einem Getränk gelösten Gase, bestimmen die Löslichkeit von Sauerstoff in Wasser und hinterfragen die Werbeversprechen zum "Powergetränk". Jahrgangsstufe 11: Le Chatelier und die Kohlensäure Ausgehend vom Kontext "Kohlensäure in Getränkeflaschen" werden die Möglichkeiten zur Beeinflussung der chemischen Gleichgewichts untersucht, bevor das sauerstoffhaltige "Powergetränk" kritisch bewertet wird. Die Schülerinnen und Schüler sollen gemäß der Bildungsstandards (PDF-Download) im Kompetenzbereich "Fachwissen" die Löslichkeit von Gasen in Abhängigkeit verschiedener Parameter kennen lernen und diese beeinflussen (F3). gemäß der Bildungsstandards im Kompetenzbereich "Erkenntnisgewinnung" Versuche eigenständig entwickeln, durchführen und gegebenenfalls optimieren (E1-E5 und E8). gemäß der Bildungsstandards im Kompetenzbereich "Kommunikation" im Team Versuche durchführen, dokumentieren und fachsprachlich korrekt präsentieren (K3, K5 und K6). gemäß der Bildungsstandards im Kompetenzbereich "Bewertung" erkennen, dass wissenschaftlich anmutende Behauptungen in der Werbung häufig suggestiv wirken und zu bewerten sind. gemäß der Bildungsstandards im Kompetenzbereich "Bewertung" in die Lage versetzt werden, ihr Konsumverhalten kritisch zu hinterfragen (B3-6). Thema Das Prinzip von Le Chatielier - einmal anders Autor Gregor von Borstel Fach Chemie Zielgruppe Klasse 9 und 10, Jahrgangsstufe 11 Zeitraum Klasse 9 und 10 (Löslichkeit von Sauerstoff): 1 Stunde Jahrgangsstufe 11 (Löslichkeit von Kohlenstoffdioxid und Sauerstoff): 2 Stunden Technische Voraussetzungen Computer mit Abspielmöglichkeit für Videoclips, Kunststoffspritzen und Zubehör Planung Tabellarischer Verlaufsplan für Das Prinzip von Le Chatelier - einmal anders (Klasse 9 und 10 ) sowie Das Prinzip von Le Chatelier - einmal anders (Jahrgangsstufe 11) Gregor von Borstel und Andreas Böhm Le Chatelier einmal anders, Gleichgewichtsverschiebungen am Kontext Sprudelwasser, Naturwissenschaft im Unterricht Chemie, Heft 96, Sicher Experimentieren, 6/2006, S. 34-37 Gregor von Borstel und Andreas Böhm "Active O2" - Powerstoff mit Sauerstoff, kontextorientierte Prüfung von Werbeaussagen, MnU 59/7 (15.10.2006), S. 413-415 Seit 2001 ist "Active O2" auf dem Markt. Es handelt sich um ein "Sauerstoffwassergetränk", das, verglichen mit einem konventionellen Mineralwasser, mit der 15-fachen Menge an Sauerstoff angereichert ist. Nach den Angaben des Herstellers wird der Sauerstoff unter Veränderung der physikalischen Parameter Druck und Temperatur und unter starker Verwirbelung in das Wasser eingebracht. Der Sauerstoff ist dann physikalisch im Wasser gelöst. Nach dem Öffnen der Flasche dauert es überraschend lange, bis er langsam entweicht und sich ein neuer Gleichgewichtszustand einstellt. "Active O2" ist gegenwärtig in der Sport- und Outdoor-Szene als "Powerstoff zum Auftanken" sehr gut positioniert und somit vielen Schülerinnen und Schülern bekannt. Ausgehend von der Werbung für das Getränk wird die Frage aufgeworfen, warum es so beliebt ist und was sich konkret hinter der Werbeaussage verbirgt, es enthalte 15-mal mehr Sauerstoff als herkömmliches Mineralwasser. Damit ist der Anreiz gegeben, das Getränk einmal genauer zu untersuchen. Active-O2-Homepage Auf der Webseite wirbt der Hersteller für die Vorzüge des Produktes. Partner- oder Gruppenarbeit Experimentell können die Schülerinnen und Schüler die Werbeaussage mit sehr einfachen medizintechnischen Plastikgeräten in Partner- oder Gruppenarbeit untersuchen: Welches Gas ist im Getränk gelöst? Alles Gas wird durch Auskochen aus dem Getränk ausgetrieben und aufgefangen. Das gewonnene Gas untersucht man durch einfache Nachweisreaktionen darauf, ob es sich im Wesentlichen um Sauerstoff handelt. Lösen von Sauerstoff in Wasser Einen etwas anderen Weg beschreitet man, wenn die Schülerinnen und Schüler untersuchen lässt, wie viel Sauerstoff sich tatsächlich bei Raumtemperatur und Normaldruck in Wasser löst. Austreibung und Nachweis gelöster Gase Das Gas kann direkt aus einer Getränkeflasche ausgetrieben werden. Will man die Flasche nicht öffnen, stülpt man über den Flaschenverschluss ein Stück eines abgequetschten, alten Fahrrad- oder Silikonschlauchs zur Abdichtung und durchbohrt Schlauch und Verschluss mit der Kanüle. Die Kanüle verbindet man gasdicht mit mehreren leicht laufenden Luer-Lock Spritzen zum Auffangen des Gases. Die Flasche wird dann im Wasserbad erwärmt. Um zu überprüfen, ob man neben Sauerstoff auch Kohlenstoffdioxid freisetzt, leitet man etwas Gas pneumatisch in ein Reagenzglas um und führt die Glimmspanprobe durch. Dann spritzt man den Rest des aufgefangenen Gases mithilfe einer flexiblen Kunststoffkanüle durch wenige Milliliter Kalkwasser. Prinzipiell kann man durch Überleiten über heißes Kupfer oder Eisen den freigesetzten Sauerstoff auch quantitativ erfassen. Wie viel Sauerstoff löst sich in Wasser? Sehr leicht kann man auch ohne Glasgeräte herausfinden, wie viel Sauerstoff sich bei Raumtemperatur und Normaldruck in einer vorgegebenen Menge Wasser löst. Dazu werden zwei Spritzen gasdicht miteinander verbunden. In die eine füllt man 40 Milliliter abgekochtes und auf Zimmertemperatur abgekühltes Wasser, in die andere im Überschuss Sauerstoff. Das Gas wird solange durch das Wasser gedrückt, bis sich kein weiteres löst. Verblüfft stellen die Schülerinnen und Schüler fest, dass dies in der Regel nur ein Milliliter ist. Damit wird die Aussage, dass in der Flasche 15-mal mehr Sauerstoff als in normalem Wasser enthalten sind, zugleich begreifbar und hinterfragt. Die Ergebnisse werden vorgestellt und festgehalten. Um wieder auf das Eingangsproblem zurückzukommen ("Wie ist die Werbeaussage zum ?Powergetränk' zu bewerten?"), kann man zum Vergleich ausrechnen, wie viel Sauerstoff man mit einem tiefen Atemzug aufnehmen kann. Vereinfachend geht man von einem maximalen Lungenvolumen von fünf Litern und einem Sauerstoffanteil in der Atemluft von 20 Prozent aus. Basierend darauf kann der mögliche Wirkungsgrad des Powergetränks bezüglich der Sauerstoffversorgung des Organismus über den Verdauungstrakt eingeschätzt, und auf die Frage hingelenkt werden, ob sich der Kauf des Getränkes aufgrund des versprochenen Sauerstoffgehaltes überhaupt "auszahlen" kann. Um den Slogan "Der Powerstoff mit Sauerstoff" weiter zu hinterfragen bietet es sich auch an, im Internet die Informationen des Getränkeanbieters mit seriösen Aussagen zu vergleichen (im Unterricht oder als Hausaufgabe). Zum Abschluss kann den Schülerinnen und Schülern die Frage gestellt werden, welche Auswirkungen die gefundenen Ergebnisse auf ihr Verbraucherverhaltens haben werden. Bei der Herleitung des für viele Sachverhalte grundlegenden Prinzips von Le Chatelier steht zunächst die Frage im Mittelpunkt, welche Parameter die Lage eines dynamischen Gleichgewichts beeinflussen. Herkömmlicherweise greift man in der Schule auf Versuche mit Stickstoffdioxid oder Kobaltchlorid zurück, die aufgrund der toxischen beziehungsweise kanzerogenen Eigenschaften nicht von den Schülerinnen und Schülern durchzuführen sind. In dieser Unterrichtseinheit werden die Möglichkeiten zur Beeinflussung des chemischen Gleichgewichts am Kontext Kohlensäure eingeführt. Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten dabei die meisten Versuche mit einfachen Plastikmaterialien aus der Medizintechnik völlig eigenständig (unter der Voraussetzung, dass sie mit dem Einsatz medizinischer Spritzentechnik im Chemieunterricht vertraut sind). Im Rahmen dieser als "Egg Race" bezeichneten Unterrichtsform können die Lernenden Experimente selbstständig entwickeln und so eigene Wege finden. Egg Races und Robinsonaden - kreatives Experimentieren Allgemeine Informationen und verschiedene Egg-Race-Ideen für den Chemieunterricht auf der Website des Autors. Spritzentechnik "ChemZ" Unterrichtsideen und Informationen zu der hier eingesetzten Spritzentechnik auf der Website des Autors. Filme zur Spritzentechnik und zum Kohlenstoffdioxid Videos zum Umgang mit medizinischer Spritzentechnik für Ungeübte (Lehrkräfte, Schülerinnen und Schüler) auf der Website des Autors. 1. Löslichkeit von Kohlenstoffdioxid unter Normalbedingungen Der Einfluss von Druck und Temperatur auf die Löslichkeit von Gasen ist den meisten Schülerinnen und Schülern prinzipiell vertraut - zum Beispiel über Sodastreamer oder aufgewärmte Sprudelflaschen im Sommer. Was noch fehlt, ist eine quantitative Erfassung dieser Faktoren. Ausgehend vom Sprudelwasser wird die Frage aufgeworfen, wie viel Kohlenstoffdioxid sich in Wasser lösen kann. Mithilfe eines einfachen Versuchs untersuchen die Schülerinnen und Schüler dies zunächst unter Standardbedingungen (CO2_le_chatelier.pdf, Versuch 1). Die in den Schülerversuchen ermittelten Ergebnisse liegen in der Regel bei 20 bis 22 Milliliter gelöstem Kohlenstoffdioxid pro 25 Milliliter Wasser und damit nahe am Literaturwert. Die Ergebnissicherung beinhaltet zugleich die Frage, was beim Lösen passiert. Wenn man dazu die entsprechenden Reaktionsgleichungen festhält, lässt sich im Anschluss diskutieren, welche Parameter das Gleichgewicht beeinflussen könnten. Aufbauend auf Alltagserfahrungen mündet die Hypothesenbildung (Temperatur, Druck, pH-Wert) in weitere Versuche, die mit medizinischer Spritzentechnik durchgeführt werden können (CO2_le_chatelier.pdf, Versuche 2 bis 5). 2. Einfluss der Temperatur Die Schülerinnen und Schüler erstellen mit dem aus dem ersten Experiment bekannten Versuchsaufbau eine Messreihe mit abgekochtem Wasser unterschiedlicher Temperatur. Heißes Wasser wird in einer Thermoskanne bereitgestellt und mit bereits erkaltetem gemischt, um die gewünschten Wassertemperaturen zu erhalten. Aus Sicherheitsgründen sollte das verwendete Wasser nicht heißer als 50 Grad Celsius sein! Heizungsrohrisolierungen aus dem Baumarkt, die über die Spritzen gezogen werden können, gewährleisten, dass die Wassertemperatur während des Versuchs nur um wenige Grad abnimmt. 3. Einfluss von Druck Zur Untersuchung des Einflusses von Druck gibt man etwas Sprudelwasser in eine Spritze, verschließt diese und erzeugt durch Ziehen des Stempels einen Unterdruck. Etwas weiter geht die Variante mit Indikator (Unisol 113 für pH 1 bis 13, steht in den meisten Schullaboren zur Verfügung). Dazu wird eine Spritze wie folgt präpariert: Man zieht den Stempel maximal heraus und durchbohrt ihn mit einem erhitzten Nagel. Später wird der Nagel dann als "Riegel" benutzt, um den Stempel bei Unterdruck zu fixieren (siehe Grafik im Arbeitsblatt CO2_le_chatelier.pdf). Danach zieht man in diese Spritze zehn Milliliter abgekochtes Wasser mit Indikator (wenig) und sprudelt Kohlenstoffdioxid durch das Wasser, bis die Farbe gerade nach gelb umschlägt (etwa fünf Milliliter). Überschüssiges Kohlenstoffdioxid wird verworfen, und die Flüssigkeit auf zwei Spritzen verteilt. Beide Spritzen werden verschlossen. Eine dient später dem Farbvergleich. Der Stempel der präparierten Spritze wird maximal herausgezogen (Erzeugung eines Unterdrucks) und fixiert. Die Lösung wird geschüttelt. Zu beobachten ist das Ausperlen von Gas sowie ein deutlicher Farbwechsel, der auf eine Erhöhung des pH-Wertes von etwa 3 auf 5 zurückgeführt werden kann. Die Schülerinnen und Schüler schlagen bei der Untersuchung des Einflusses von Druck in der Regel zunächst vor, per Überdruck eine größere Löslichkeit des Gases zu erreichen. Die damit einhergehende pH-Wert Erniedrigung solle über einen Indikator sichtbar gemacht werden. Dies lässt sich in der Praxis jedoch nicht umsetzen, so dass man den hier beschriebenen, umgekehrten Weg der Druckerniedrigung und der Beobachtung von ausperlendem Gas wählen sollte. 4. Einfluss des pH-Wertes Auch in dieser Versuchsreihe wird mit abgekochtem Wasser gearbeitet, das durch Zugabe von Natronlauge/Salzsäure leicht sauer/alkalisch gemacht wurde. Man kann 0,1 bis 1-molare Lösungen verwenden. In 1-molarer Natronlauge löst sich mehr als zweieinhalb Mal soviel Kohlenstoffdioxid wie in abgekochtem Wasser. Auch wenn die Gefahr der Verätzung bei 0,1-molaren Lösungen auch sehr gering ist, müssen - wie bei allen Versuchen - die Sicherheitsvorschriften beachtet werden. Sollten Sie sich für den Einsatz höher konzentrierter Lösungen mit deutlicheren Ergebnissen entscheiden, müssen die Schülerinnen und Schüler insbesondere bei der Verwendung der Natronlauge auf die Verätzungsgefahr hingewiesen werden. 5. Gelöste Stoffe Wenn die Zeit reicht, können die Schülerinnen und Schüler auch noch den Einfluss gelöster Stoffe auf die Löslichkeit von Kohlenstoffdioxid in Wasser untersuchen. Dabei bietet es sich an, eine Messreihe mit verschieden konzentrierten Kochsalzlösungen durchzuführen. Wenn die Schülerinnen und Schüler im Umgang mit medizinischer Spritzentechnik noch nicht geübt und der Egg-Race-Unterrichtsform noch nicht verraut sind, können sie "klassisch" mit Versuchsanleitungen versorgt oder unterstützt werden. Im Anschluss an die Sicherung der Ergebnisse erfolgt eine Verallgemeinerung. Anknüpfungspunkte bietet der Kalkkreislauf in Natur und Technik, der außerdem als Klausuraufgabe denkbar wäre. Zudem kann auch auf den Einfluss der Weltmeere auf den natürlichen Kohlenstoffdioxidkreislauf und den Treibhauseffekt eingegangen werden. Einen bewährten Schlusspunkt des Themas stellt die Untersuchung des vielen Schülerinnen und Schülern bekannten "Powergetränks Active O2" dar. Wie in den Ausführungen zur Bearbeitung des Themas in Klasse 9 und 10: Was ist dran am "Powergetränk"? beschrieben, können die Lernenden auch hier mithilfe medizinischer Spritzentechnik völlig eigenständig ermitteln, wie viel Gas in einer Getränkeflasche gelöst ist und wie viel Sauerstoff sich unter Normalbedingungen in Wasser löst. Die im Chemieunterricht sich selten bietende Gelegenheit des Transfers von Vorwissen zur kritischen Hinterfragung von Werbeaussagen sollte auf jeden Fall genutzt werden.

Wie und wie schnell fliegen eigentlich Raketen? Das und wie man die Geschwindigkeit einer Rakete berechnet und die Raketengleichung herleitet, können Schülerinnen und Schüler der Stufen 10 bis 13 in dieser Unterrichtseinheit "Die Raketengleichung" erfahren! Um sich fortzubewegen, stößt die Rakete heiße Gase mit hoher Geschwindigkeit aus und verliert dadurch Masse. Dies bewirkt eine Erhöhung der Geschwindigkeit. Die Geschwindigkeit, die die Rakete dabei erreicht, lässt sich mittels der Raketengleichung berechnen. Der Schub des ausströmenden Gases gibt der Rakete einen Impuls und die Rakete wird beschleunigt. Die Raketengleichung geht aus der Impulserhaltung hervor. Der Impuls eines Systems, zum Beispiel einer Rakete, ist definiert als Masse mal Geschwindigkeit. Vor dem Start ist die Rakete mit ihrem Treibstoff gefüllt und bewegt sich nicht. Sie ist in Ruhe. In diesem ruhenden Zustand sagt man, die Rakete mit ihrem Treibstoff haben keinen Impuls in unserem Bezugssystem. Wird der Treibstoff dann gezündet, strömt am unteren Ende der Rakete Gas aus dem Treibstofftank. Er hat also einen nach unten gerichteten Impuls. Dadurch wird an die Rakete ein Impuls gegeben, sodass diese sich nach oben bewegt und von der Erde abhebt. Werden nach und nach mehr Triebwerke gezündet, vergrößert sich die Geschwindigkeit weiter. Die Aufgaben können einzeln im Unterricht oder als Teil der Moon Camp Challenge oder als Vorbereitung für den CanSat-Wettbewerb bearbeitet werden. Die Schülerinnen und Schüler sollten über Grundlagen der Rechnung mit Logarithmen verfügen. Nach verständlicher Einführung durch die Lehrkraft oder durch eigenständiges Erarbeiten der beigefügten Grundlagen/Einführung kann das Arbeitsblatt auch als Hausaufgabe erarbeitet werden. Jahrgangsstufe: 10 bis 13 Unterrichtsfach: Physik/Mathematik Niveau: Mittel Zeitbedarf: 1 bis 2 Schulstunden Themen: Raketengleichung, Impulse Die Schülerinnen und Schüler führen Berechnungen mit dem natürlichen Logarithmus durch. untersuchen die Geschwindigkeitsänderung am Beispiel einer Rakete. nutzen eine vorgegebene Gleichung für Berechnungen. verstehen die Herleitung der Raketengleichung durch die Impulserhaltung.

Schülerinnen und Schüler nutzen Aufnahmen und Spektren, die mit dem Hubble-Weltraumteleskop gewonnen wurden, um die Masse eines Schwarzen Lochs in der Galaxie M87 zu berechnen. Mithilfe des Doppler-Effekts können Schülerinnen und Schüler die Geschwindigkeit ermitteln, mit der sich Gas in einer bestimmten Entfernung um das Zentrum der Galaxie M87 bewegt. Aus diesen Daten können sie dann auf die Masse schließen. Die mit einfachen Mitteln zu erzielenden Resultate sind durchaus mit den in der Literatur publizierten Werten vergleichbar. Das vom Hubble-Weltraumteleskop aufgenommene Bild (links) zeigt den aktiven Kern der Galaxie, aus dem ein gebündelter Jet aus Elektronen und subatomaren Teilchen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit herausschießt. Das hier vorgestellte Projekt ist eine von mehreren Schülerübungen mit Originaldaten des Hubble-Weltraumteleskops, die von der Arbeitsgruppe Fachdidaktik der Physik und Astronomie an der Physikalisch-Astronomischen Fakultät der Friedrich-Schiller-Universität Jena entwickelt wurden (weitere Projekte: Die Entfernung der Supernova SN 1987A und Die Entfernung der Galaxie M100 ). Von den mathematisch anspruchsvollen Übungen stellt das hier vorgestellte Projekt die höchsten Anforderungen an die Schülerinnen und Schüler. Die Suche nach Schwarzen Löchern Neben der Geschwindigkeit von Sternen oder Gas im Kern der Galaxien müssen bei der Suche nach möglichen Schwarzen Löchern noch weitere Kriterien herangezogen werden. Die Schülerinnen und Schüler erklären den Verlauf der Rotationskurven von Galaxien mit und ohne Schwarzem Loch im Kern der Galaxie. bestimmen mithilfe des Doppler-Effekts die Geschwindigkeit, mit der das Gas in Abhängigkeit von der Entfernung zum Zentrum der Galaxie M87 rotiert und schließen daraus auf die Masse. beziehen die Geometrie der um das Zentrum der Galaxie rotierenden Gasscheibe (Projektion des kreisförmigen Rings als Ellipse an die Himmelssphäre) in ihre Berechnungen mit ein und schulen dadurch ihr räumliches Vorstellungsvermögen. erkennen, dass die Auflösung des Hubble-Weltraumteleskops nicht ausreicht, in der Nähe des Schwarzschildradius relativistische Geschwindigkeiten nachzuweisen zu können. lernen für das Vorhandensein eines Schwarzen Lochs im Zentrum einer Galaxie neben den charakteristischen Eigenschaften der Rotationskurve noch weitere Indizien kennen. In letzter Zeit mehren sich die Anzeichen dafür, dass Schwarze Löcher nicht nur theoretisch möglich sind, sondern tief im Innern vieler Galaxien auch wirklich existieren. Sie könnten durch dynamische Vorgänge in den Galaxienzentren, wie etwa der Akkretion von Materie aus einer Gasscheibe, entstanden sein und so die am wenigsten exotische Erklärung für die Aktivitäten von Galaxienkernen, wie zum Beispiel intensive Röntgen- und Radiostrahlung und die Aussendung von Materie-Jets, darstellen. So deuten seit Langem gleich mehrere Indizien darauf hin, dass auch die riesige elliptische Galaxie M87 (Abb. 1), die zum Virgo-Galaxienhaufen gehört, ein massereiches Schwarzes Loch beherbergt. Dem hohen Auflösungsvermögen des Hubble-Weltraumteleskops verdanken wir die Entdeckung einer rotierenden Scheibe aus ionisiertem Gas im Zentrum dieser Galaxie. Keplersch oder nicht? Die empirische Abhängigkeit der Rotationsgeschwindigkeit v vom Abstand R ist bei normalen Galaxien nicht keplersch. Die inneren Partien von Spiral- und elliptischen Galaxien rotieren nämlich wie starre Körper, das heißt, die Bahngeschwindigkeit wächst linear mit dem Abstand. Dies lässt auf eine konstante Massendichte schließen. Weiter außen bleiben dann die Bahngeschwindigkeiten über große Abstände nahezu konstant, das heißt, dort wächst die Masse linear mit dem Abstand. Enthielte das Zentrum einer Galaxie nun ein Schwarzes Loch mit der Masse von einer Milliarde Sonnen, zeigt die Rotationskurve bei enger Annäherung an dieses Zentrum einen keplerschen Verlauf, so wie die des Sonnensystems. Geschwindigkeit von Sternen oder Gas im Kern der Galaxien Damit liegt eine Strategie für die Suche nach Schwarzen Löchern in Galaxienzentren auf der Hand: Wir müssen in möglichst kleinen Abständen vom Zentrum einer Galaxie die Geschwindigkeit von Sternen oder Gas messen. Ist die Rotationskurve dann keplersch, gibt dies einen deutlichen Hinweis darauf, dass im Galaxienzentrum ein sehr massereiches, kompaktes Objekt verborgen ist. Ein beeindruckendes Beispiel dafür ist die mit dem Langspalt-Spektrographen des Hubble-Weltraumteleskops aufgenommene Rotationskurve für das Zentrum der Galaxie M84. Abb. 2 zeigt die Zentralregion der Galaxie M84 in einer Aufnahme der Weitwinkelkamera des Weltraumteleskops (links). Der rechte Bildteil zeigt die Verteilung der Geschwindigkeiten von Sternen und Gas über die von dem Rechteck im linken Bild markierten Abstände vom Zentrum. Diese Radialgeschwindigkeitskurve zeigt die auf den Beobachter zu (blau) und von ihm weg (rot) gerichteten, messbaren Komponenten der Bahngeschwindigkeit. Ihre Auswertung führt auf 300 Millionen Sonnenmassen in einer Kugel mit 26 Lichtjahren Radius! Das begrenzte Auflösungsvermögen des Hubble-Weltraumteleskops verhindert bei Weitem die für den endgültigen Nachweis eines Schwarzen Lochs nötige Annäherung an dessen Schwarzschild-Radius, wobei sich relativistische Bahngeschwindigkeiten ergeben müssten. Aber auch dann, wenn die empirische Feststellung des keplerschen Verlaufs der Rotationskurve bei Annäherung an das Zentrum bei einem bestimmten kleinsten Abstand R abbricht, können wir aus einem ( R, v )-Messpunkt auf die von der Kugel mit dem Radius R eingeschlossene Masse schließen. Anschließend müssen jedoch andere Argumente zugunsten eines Schwarzen Lochs im Zentrum von M87 als die (für noch kleinere Abstände empirisch nicht mehr vorhandene) Rotationskurve herangezogen werden, um Alternativen auszuschließen: Viel Masse auf engem Raum Ein Schwarzes Loch wird umso wahrscheinlicher, je mehr Masse in einem bestimmten Volumen enthalten ist und je mehr diese die Masse der darin leuchtenden Materie übersteigt. Mathematische Modelle Dynamische Rechnungen zeigen, dass nicht leuchtende Himmelskörper, wie zum Beispiel Braune Zwerge, Neutronensterne und stellare Schwarze Löcher, in der erforderlichen Anzahl rasch zu einem einzigen Schwarzen Loch kollabieren würden. Materie-Jet Nahezu senkrecht auf der Gasscheibe im Zentrum von M87 steht ein sogenannter Materie-Jet (Abb. 3), der radioastronomischen Beobachtungen zufolge aus einem Gebiet von höchstens sechs Lichtjahren Durchmesser austritt. Zur Erklärung dieses Phänomens wird seit Langem ein Schwarzes Loch diskutiert. Die in diesem Projekt durchgeführte Auswertung der M87-Daten drängen zu folgender Schlussfolgerung: Wenn wir die in einem relativ kleinen Volumen konzentrierte Masse nicht als die eines Schwarzen Lochs deuteten, wüssten wir nach dem heutigen Stand der Wissenschaft gar keine Erklärung dafür abzugeben. Um uns dieser Deutung noch mehr zu vergewissern, müsste die Bewegung von Sternen und Gas in noch größerer Nähe zum Zentrum der Galaxie analysiert werden. Zumindest für das Milchstraßensystem ist dies in jüngster Zeit geschehen (siehe Links und Literatur ). Eckart, A., Genzel, R. Erster schlüssiger Beweis für ein massives Schwarzes Loch?, Physikalische Blätter 54 (1998) (l) 25-30 Eckart, A., Genzel, R. Der innerste Kern des galaktischen Zentrums, Sterne und Weltraum 37 (1998) (3) 224-230 Ford, H.C., Tsvetanov, Z.I. Massive Black Holes in the Hearts of Galaxies, Sky & Telescope (1996) (6) 28-33 Ford, H.C., Harms, R.J., Tsvetanov, Z.I. et al Narrow Band HST Images of M87: Evidence for a Disk of Ionized Gas Around a Black Hole, Astrophysical Journal Letters 435 (1994) L27-30 Harms, R.J., Ford, H.C., Tsvetanov, Z.I. et al HAST FOS Spectroscopy of M87: Evidence for a Disk of Ionized Gas Around a Massive Black Hole, Astrophysical Journal Letters 435 (1994) L35-38 Lotze, K.-H. Schwarze Löcher - vom Mythos zum Unterrichtsgegenstand, Praxis der Naturwissenschaften/Physik 49 (2000) (5) 21-27 Lotze, K.-H. Schülerübungen mit Originaldaten des Hubble-Weltraumteleskops, Projekt Nr. 1: Die Entfernung der Supernova SN1987A, Der Mathematische und Naturwissenschaftliche Unterricht (MNU) 51 (1998) (4) 218-222 Lotze, K.-H. Praktische Schülerübungen mit Originaldaten des Hubble-Weltraumteleskops, Projekt Nr. 2: Die Entfernung der Galaxie M100, Der Mathematische und Naturwissenschaftliche Unterricht (MNU) 52 (1999) (2) 85-91 Rubin, V.C. Dark Matter in Spiral Galaxies, Scientific American 248 (1983) (6) 96-106

In dieser Unterrichtseinheit zum Thema Treibhauseffekt lernen die Schülerinnen und Schüler was Treibhausgase sind und welchen Effekt diese auf die Umwelt und damit auch auf uns Menschen haben. Im Rahmen der Unterrichtseinheit "Treibhauseffekt verstehen: die Erde unter dem Deckel" werden die Kenntnisse der Schülerinnen und Schüler zum Thema Treibhauseffekt gefördert und erweitert. Sie lernen den Begriff Atmosphäre und dessen Beschaffenheit kennen. Die Schülerinnen und Schüler bauen in dieser Aufgabenreihe ein Modell, um zu verstehen, was der Treibhauseffekt ist. Dabei wird anschaulich gemacht, wie sich der Treibhauseffekt auf die Atmosphäre der Erde auswirkt und in der Temperatur sichtbar niederschlägt. Anschließend analysieren die Lernenden ein Video, um die Folgen einer zunehmenden Menge an Treibhausgasen zu erörtern. Die Unterrichtseinheit wurde im Rahmen der Projekte ESERO Germany und "Columbus Eye - Live-Bilder von der ISS im Schulunterricht" an der Ruhr-Universität Bochum entwickelt. Durch unsere Atmosphäre und die in ihr enthaltenen Treibhausgase wird die Erde zu einem bewohnbaren Planeten. Ohne sie würde Leben in der Form, wie wir es kennen, nicht existieren. Leider verändert die Zunahme der vom Menschen erzeugter Treibhausgase die "normale" Menge dieser Gase in unserer Atmosphäre und verursacht dadurch die übermäßige Erderwärmung. Ohne den Treibhauseffet wäre kein Leben auf der Erdoberfläche möglich, jedoch bedingt die starke Erhöhung der Treibhausgase eine Zerstörung der Atmosphäre des Planeten. Die Folge davon ist eine sich immer weiter erhöhende und unnatürliche Erderwärmung. Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten zur Veranschaulichung der ablaufenden Prozesse des Treibhauseffektes in Gruppen ein Modell: Bei der Versuchsdurchführung werden mithilfe des Modells die Auswirkungen des Treibhauseffekts in Form von Temperaturmessungen veranschaulicht und durch die Schülerinnen und Schüler festgehalten. Zu beobachten ist dabei der wichtige Aspekt einer intakten Atmosphäre. Im Folgenden analysieren die Schülerinnen und Schüler ein Lehrvideo und stellen fest, dass die Zunahme der durch Menschen verursachten Treibhausgase die Menge dieser Gase in unserer Atmosphäre verändert und dadurch die Erderwärmung verursacht, beziehungsweise erhöht wird. Die Schülerinnen und Schüler lernen, was der Treibhauseffekt und Treibhausgase sind. erfahren, was die positiven und negativen Folgen des Treibhauseffekts sind. erkennen, dass es ohne den Treibhauseffekt auf der Erde kein Leben in der Form, wie wir es kennen, gäbe. führen Temperaturmessungen selbstständig und genau durch. erkennen, dass die durch den Menschen bedingte Steigerung des Treibhauseffekts die Erderwärmung verursacht wird.

Mithilfe von Animationen und interaktiven Arbeitsblättern setzen sich die Schülerinnen und Schüler mit dem Lernbereich „Druck und seine Wirkungen“ auseinander. Auch der Bereich „Physik an Kraftfahrzeugen“ wird teilweise abgedeckt.Zuerst wird die Entstehung des Kolbendrucks anhand des Teilchenmodells der Körper erklärt. Bei der Modellbildung spielt der Unterschied zwischen den Teilchen eines Gases und einer Flüssigkeit die entscheidende Rolle. Es folgen interaktive Übungen zu Druck, Fläche und Kraft. Den zweiten Schwerpunkt bilden Übungsaufgaben an verschiedenen hydraulischen Anlagen. Aufbau und Funktionsweise werden hierbei mittels Computeranimationen erklärt (interaktive VRML-Dateien, für ?Plugin-Muffel? auch animierte GIFs und Flash-Dateien). Zum Schluss werden Anwendungen an der hydraulischen Bremsanlage von Personenkraftwagen behandelt. Dabei kann dieser Zusammenhang ebenfalls als Computeranimationen veranschaulicht und interaktiv gestaltet werden. Einsatz im Unterricht Der Einsatz der Sammlung von interaktiven Übungen und 3D-Animationen zur Hydraulik sollte unterrichtsbegleitend erfolgen. Nach der Behandlung des jeweiligen Themas im Unterricht (Arbeitsblätter als Word-Dokumente im Download-Paket "hydraulik_materialien.zip") können Übungsphasen im Computerkabinett den Unterricht lebendiger gestalten und zur Binnendifferenzierung genutzt werden. Die Verwendung der 3D-Animationen soll dabei die Anschaulichkeit und somit das Verständnis erhöhen und durch die Visualisierung der gewählten Aufgabenstellung die Motivation steigern. Hinweise zur Nutzung der interaktiven Arbeitsblätter Wenn die Schülerinnen und Schüler die Arbeit mit interaktiven Arbeitsblättern noch nicht gewohnt sind, hat sich der Einsatz des Beamers bei der Einführung bewährt. Ein Hinweis auf die Notwendigkeit einer korrekten Schreibweise und der korrekten Anwendung der Rundungsregeln führt zu erhöhter Konzentration und weniger Frusterlebnissen, wenn Fragen inhaltlich richtig aber mit fehlerhafter Rechtschreibung beziehungsweise falscher Rundung beantwortet wurden. Auch Partnerarbeit von Lernenden mit guten Deutschkenntnissen zusammen mit Schülerinnen und Schülern, welchen die deutsche Sprache schwer fällt (Integrationskinder), ist hier gut möglich. Hilfen Im Hilfeteil der Materialien ("p6" im linken Menü) werden noch einmal alle zur Bearbeitung der Aufgaben notwendigen fachlichen Informationen in Form von Links zu Online-Nachschlagewerken angeboten. Ein interaktives Kreuzworträtsel dient der Binnendifferenzierung. Hier finden Sie auch die Möglichkeit zum Plugin-Download sowie eine kurze Bedienungsanleitung. Technische Hinweise Um die 3D-Modelle öffnen zu können, ist ein VRML-Plugin nötig. Alle animierten GIFs und interaktiven 3D-Animationen der verwendeten Übungen wurden vom Autor der Unterrichtseinheit mithilfe des 3D-CAD-Programmes FluxStudio erzeugt. Dieses Programm ist für die pädagogische Arbeit als Freeware verfügbar (~ ~http://www.sn.schule.de/~ms16l/virtuelle_schule/Projektwoche_2008/index_projekt.htm~~).Die Schülerinnen und Schüler sollen Einblick gewinnen in Arten des Drucks. den Druck eingeschlossener Gase als Folge der Teilchenbewegung kennen. den Einfluss von Kraft und Fläche beherrschen. Möglichkeiten der Änderung des Druckes anwenden. die Funktion hydraulischer Bremsen beschreiben können. Einblick in die Funktion von Bremskraftverstärkern bekommen.

In dieser Unterrichtseinheit zum Thema "Kohlensäure" untersuchen die Lernenden Mineralwasser und die darin enthaltene Kohlensäure genauer. Entstanden ist diese Unterrichtseinheit im Rahmen der Initiative "Naturwissenschaftliche Erlebnistage". Sie ermuntert zum eigenständigen experimentellen Erforschen naturwissenschaftlicher Phänomene.Die Materialien dieser Unterrichtseinheit sollen Schülerinnen und Schüler dazu befähigen, naturwissenschaftliche Projekte weitgehend selbstständig durchführen zu können. In dieser Unterrichtseinheit untersuchen die Lernenden Mineralwasser und die darin enthaltene Kohlensäure in praktischen Experimenten. Dabei beginnen sie mit eng geführten Arbeitsaufträgen, die detaillierte Versuchsanleitungen enthalten, und gehen zu zunehmend offeneren Arbeitsformen über. Das Arbeitsheft beinhaltet einen Pflicht- und einen Wahlteil. Letzterer regt zur vertieften Untersuchung des Themas an, etwa durch eine Experimentvorführung für die Klasse oder durch eine Online-Umfrage unter den Mitschülerinnen und Mitschülern.Die Anleitung zum Versuch stammt aus der Reihe "Projektidee" und bietet eine Hilfestellung bei der Bearbeitung der Aufgaben. Sie enthält Versuche und Rechercheaufträge. Die Lernenden führen die Versuche zur Kohlensäure eigenständig durch und dokumentieren ihre Ergebnisse im Projektidee-Heft der Naturwissenschaftlichen Erlebnistage. Sie können sich dabei allein oder in Gruppen mit dem Thema beschäftigen, wobei die Gruppenarbeit bevorzugt werden sollte. Leitfaden zur Durchführung der Experimente Hier finden Sie detaillierte Informationen zur Durchführung der Experimente.Die Schülerinnen und Schüler erweitern ihre naturwissenschaftlichen Kenntnisse und methodischen Fähigkeiten. bestimmen mit einem Indikator den Säuregrad des Mineralwassers und untersuchen das Lösungsverhalten des Kohlenstoffdioxids im Wasser. recherchieren im Internet und dokumentieren ihre Lernergebnisse. planen anhand der angeeigneten Methoden eigene Versuche und führen diese durch. erstellen eine Online-Umfrage. präsentieren die Versuche und Versuchsergebnisse. Einstieg Der Einstieg erfolgt über folgende Fragestellungen: Warum schmeckt das Mineralwasser sauer? Aus welchem Gas sind die Gasbläschen (in einer Mineralwasserflasche)? Wie kommen die Gasbläschen in das Wasser? Experimentierphase Die Schülerinnen und Schüler erhalten hier Anregungen für Versuche, die die Beantwortung der Fragen ermöglichen: Warum schmeckt das Mineralwasser sauer? Der Säuregehalt wird mit einem Indikator getestet. Aus welchem Gas sind die Gasbläschen? Der Nachweis von Kohlenstoffdioxid erfolgt mit Hilfe des Kalkwassers. Kann man Kohlenstoffdioxid im Wasser auflösen? Destilliertes Wasser wird mit dem Indikator versetzt, danach wird Kohlenstoffdioxid durch das Wasser geleitet. Recherche Die Schülerinnen und Schüler bekommen die Aufgabe, im Internet nach Informationen zum Thema "Saure Meere" zu suchen. Ziel ist es, herauszufinden, inwiefern der Kohlenstoffdioxid zu "sauren Meeren" führt. Außerdem sollen die Schülerinnen und Schüler recherchieren, welche Auswirkungen die Veränderung des pH-Wertes auf die im Meer lebenden Organismen hat. Dokumentation Auf dieser Seite schreiben die Schülerinnen und Schüler eine Zusammenfassung dessen, was sie bisher gelernt haben. Mit dieser Aufgabe wird der Pflichtteil abgeschlossen. Zur Vertiefung des Themas können die Lernenden für ihre Mitschülerinnen und Mitschüler die Versuche als Mitmach-Experimente präsentieren oder mit eine Umfrage durchführen. Der Wahlteil gliedert sich in drei Bereiche: Anleitungen zur Vorbereitung einer Präsentation Da die Schüler bei der Vorbereitung der Präsentation so viel Spielraum wie möglich erhalten sollen, sind diese Anmerkungen hier nur beispielhaft. Arbeiten mit einer digitalen Lernplattform Die Schülerinnen und Schüler werden bei der Erstellung einer Online-Umfrage angeleitet. Weiterführendes Die Arbeitsmaterialien enthalten eine Sammlung an Fragestellungen oder Problemen, denen die Schülerinnen und Schüler weitgehend selbstständig nachgehen können. Einzelne Aufgaben eignen sich auch als Hausaufgabe.

Die Auswirkungen des Hurrikans "Katrina" haben gezeigt, wie abhängig die Weltwirtschaft vom Erdöl ist und wie schnell Verbraucher weltweit Energieengpässe zu spüren bekommen. Langfristig müssen sie sich darauf einstellen, dass niedrige Ölpreise eines Tages Geschichte sein werden. Der Hurrikan "Katrina" verwüstete nicht nur weite Teile der amerikanischen Golf-Küste und forderte zahlreiche Menschenleben, er beschädigte auch wichtige Ölförderanlagen und Raffinerien im Süden der USA. Die Folgen waren selbst im fernen Europa deutlich zu spüren. Innerhalb von wenigen Tagen stieg der Rohölpreis auf den internationalen Märkten dramatisch. Vor allem die Autofahrer mussten an den Zapfsäulen deutlich höhere Preise bezahlen als noch vor "Katrina". Diese Verkettung zeigt, wie abhängig die industrialisierten Staaten von dem Energieträger Öl sind und wie schnell sich lokale Ereignisse in einer globalisierten Welt auf die Wirtschaft in weit entfernten Ländern auswirken können. In Deutschland hat die Entwicklung des Rohölpreises eine weitere Komponente, die bei den Verbrauchern für zusätzlichen Unmut sorgt: Die Gaspreise sind an den Ölpreis gekoppelt. Viele Energieversorger haben daher angekündigt, ihre Preise abermals kräftig erhöhen zu wollen. Die Schülerinnen und Schüler sollen sich über die Entwicklung des Ölpreises informieren. die Faktoren kennen lernen, die die Preisentwicklung beeinflussen. sich der stetig wachsenden Öl-Nachfrage auf dem Weltmarkt und der daraus resultierenden Konsequenzen bewusst werden. die weltweiten Ursachen und Auswirkungen der Öl-Nachfrage, die Alternativen zu fossilen Brennstoffen und die individuelle Verantwortung für den Umgang mit Rohstoffen diskutieren. das Internet als Informations- und Recherchemedium nutzen. Die Nachfrage bestimmt den Preis Kurz nach "Katrina" erreichte der Preis für ein Barrel (159 Liter) Rohöl auf dem für Europa maßgeblichen Markt in Rotterdam mit rund 71 Dollar einen neuen Höchststand. Zum Vergleich: Vor dem Wirbelsturm kostete er ungefähr 64 Dollar, und vor einem Jahr lag der Preis sogar bei nur 45 Dollar. Die Preise schnellten derart in die Höhe, weil der Wirbelsturm etwa ein Zehntel der Raffineriekapazitäten der USA zerstört oder außer Betrieb gesetzt hat. Außerdem liegen nach dem Hurrikan über 90 Prozent der US-Förderung im Golf von Mexiko brach, laut US-Regierung etwa ein Viertel der gesamten amerikanischen Fördermenge. "Katrina" hat kurzfristig zu einer Knappheit von Öl-Produkten wie Benzin oder Heizöl geführt und eine Energiekrise ausgelöst. Weil die USA durch den Ausfall ihrer Anlagen nicht genug Öl fördern und raffinieren konnten, mussten die USA in Rotterdam große Mengen Öl und Benzin einkaufen, um ihren Bedarf zu decken. Aufgrund dieser stark erhöhten Nachfrage stieg der Preis auf dem europäischen Markt so schnell. Diese Entwicklung hatte auch Folgen für die deutschen Autofahrer, denn der Spritpreis explodierte geradezu - ein Liter Super-Benzin kostet im Durchschnitt glatte 12 Cent mehr als vor "Katrina". Der Dieselpreis stieg immerhin um drei Cent. Damit mussten die Autofahrer nach "Katrina" rund 1,47 Euro für den Liter Super, 1,44 für den Liter Normalbenzin und rund 1,19 Euro für einen Liter Diesel bezahlen - Rekordpreise in Deutschland. Als sich der Hurrikan "Rita" ankündigte, drohte eine ähnliche Entwicklung, doch er sorgte glücklicherweise für weniger Zerstörungen als im Vorfeld befürchtet und nicht für neue Preisrekorde. Ölreserven sollen den Markt entlasten "Wir wissen nicht, wie lang und wie schwer die Krise sein wird", warnte der Chef der Internationalen Energieagentur (IEA) Claude Mandil. Er schätzte den Ausfall auf den Weltmärkten auf zwei Millionen Barrel pro Tag. Die Krise auf dem Benzin- und Heizölmarkt sei so schwerwiegend, dass die IEA habe eingreifen müssen, betont Mandil. Die USA hatten nämlich bei der IEA beantragt, Teile der internationalen Ölreserven in den Markt zu bringen und so zu verhindern, dass die Preise weiter stiegen. Die IEA folgte diesem Antrag und setzte erstmals seit der Ölkrise im Jahr 1991 ihre Notfallplanung in Gang und warf Teile der strategischen Ölreserven auf den Markt. 26 Staaten, darunter Deutschland, Frankreich, Spanien und Italien, erklärten sich bereit, insgesamt zwei Millionen Barrel pro Tag aus ihren Reserven zur Verfügung zu stellen. Diese Freigabe ist zunächst auf einen Monat befristet, könnte aber verlängert werden. US-Energieminister Samuel Bodman erklärte, die US-Regierung werde weitere 30 Millionen Barrel an eigenen Reserven freigeben. Ölvorräte für den Krisenfall Diese strategische Reserve für Krisenfälle regelt in Deutschland das so genannte Erdölbevorratungsgesetz. Demnach muss der Erdölbevorratungsverband (EBV) mit Sitz in Hamburg Benzin, Kerosin, Diesel und schwere Heizöle in so großer Menge lagern, dass die bundesdeutschen Verbraucher 90 Tage davon zehren können. Insgesamt lagern nach EBV-Angaben in Deutschland rund 25 Millionen Tonnen Rohöl und raffinierte Öl-Produkte. Wieviel Spielraum hat die OPEC? Nicht nur wegen der Auswirkungen der Wirbelstürme will die Organisation Erdöl exportierender Länder (OPEC) ihre Förderung um zwei Millionen Barrel pro Tag erhöhen. Diese Menge könne ab dem 1. Oktober 2005 geliefert werden, wenn der Bedarf bestehe, so der libysche Ölminister auf einem OPEC-Treffen am 20. September 2005 in Wien. Zugleich haben die Ölminister allerdings beschlossen, die offizielle Fördergrenze von 28 Millionen Barrel pro Tag unverändert zu lassen. Experten bezweifeln allerdings, dass dieser Beschluss tatsächlich dazu führen wird, dass die OPEC-Länder mehr Öl fördern. Sie halten diesen Beschluss lediglich für eine symbolische Geste der OPEC, die die nervösen Ölmärkte beruhigen soll. Nach Angaben von Claude Mandil verfüge die Organisation gar nicht über Reservekapazität von zwei Millionen Barrel pro Tag: Die meisten Ölländer produzierten bereits am Rande ihrer Möglichkeiten. Prognosen sagen langfristigen Anstieg voraus Experten rechnen damit, dass der Rohölpreis etwas nachgeben wird sobald die Schäden in den USA behoben sind. Langfristig rechnet man aber, dass der Rohölpreis kräftig steigen wird. Die Experten begründen dies vor allem mit dem hohen Rohöl-Bedarf der USA und der Volksrepublik China. Auch Indien entwickelt sich zu einem Industriestaat, der ernorme Mengen Öl benötigt. Peak-Oil: Nach der Spitze kommt der Abfall Allerdings sorgt nicht nur die steigende Nachfrage für steigende Preise, auch die Ölförderung selbst wird in absehbarer Zeit zu einer noch teureren Angelegenheit werden. Geologen weisen bereits seit längerem auf das Phänomen des so genannten Peak-Oil hin, das die maximale Förderkapazität eines Ölfeldes markiert. Sobald dieser Gipfel einmal überschritten ist, sinkt die Förderung beständig. Denn je mehr aus einem Ölvorkommen abgepumpt wird, desto geringer wird auch der Druck. Die Folge ist, dass die Ölförderung immer schwieriger und energieaufwändiger wird - und damit teurer. Der Geologe M. King Hubbert hat dieses Phänomen bereits im Jahre 1956 zum ersten Mal beschrieben und die Förderspitze der US-Ölfelder für Anfang der siebziger Jahre vorausgesagt: Und tatsächlich erreichte 1971 die Ölförderung in 48 US-Bundesstaaten ihren Höhepunkt. Wann der weltweite Peak Oil erreicht wird, ist unter den Experten umstritten. Während mache Geologen warnen, dass er bereits erreicht sei, rechnen die Experten der "Association for the Study of Peak Oil and Gas" (ASPO) damit, das es im Jahr 2008 soweit sei. Gewissheit wird ohnehin erst dann herrschen, wenn der weltweite Höhepunkt überschritten ist: Dann wird das Angebot kontinuierlich sinken, während gleichzeitig die Nachfrage ständig steigen wird. Ist dieser Punkt erreicht, werden die Rohölpreise in bislang nicht erreichte Höhen schnellen: der Ölexperte Matthew Simmons, er berät die US-Regierung in Energiefragen, rechnet damit, dass man sich auf einen Ölpreis von 200 bis 250 Dollar pro Barrel einstellen kann. Statistik belegt deutlichen Preisanstieg Das Bundesamt für Statistik hat errechnet, dass die Bundesbürger im August 2005 für leichtes Heizöl fast 35 Prozent mehr bezahlen mussten als im August 2004, Kraftstoffe kosteten immerhin 9,1 Prozent mehr. Auch andere Haushaltsenergien verteuerten sich überdurchschnittlich: Preise für Gas, Zentralheizung und Fernwärme erreichten mit einem Anstieg um 10,8 Prozent beziehungsweise 17,6 Prozent Jahreshöchststände. Die Kosten für Strom kletterten seit Anfang des Jahres um 4,4 Prozent. Gaspreis ist abhängig vom Öl Die wichtigste Ursache für die Entwicklung des Gaspreises ist schnell gefunden: Die Kosten für den Import von Erdgas nach Deutschland sind seit Beginn der ersten Gaslieferungen nach Deutschland in den 60er Jahren an den internationalen Ölpreis gekoppelt. Der Gaspreis folgt seitdem mit einem gewissen zeitlichen Abstand der durchschnittlichen Entwicklung der Rohölpreise: Wird Öl teurer, steigen mit einigem Abstand auch die Gaspreise. Mit dieser freiwilligen, nicht gesetzlich verankerten, Regelung in den Verträgen zwischen ausländischen Produzenten und den deutschen Importeuren wollte man damals sicherstellen, dass sich die Investitionen in die Erdgas-Förderung und -Infrastruktur für den zu dieser Zeit neuen Energieträger lohnten. Abzocke oder langfristiger Schutz? Nicht erst nach dem durch Katrina ausgelösten Ölpreisschock fordern Politiker aller Parteien, diese Bindung endlich aufzuheben. Auch Ulf Böge, der Chef des Bundeskartellamtes, findet diese nicht mehr zeitgemäß. Gas sei ein eigenständiger Markt und im Ölpreis stecke "ein hohes Potenzial an Spekulation". "Das schlägt auf die Gaspreise durch, auch wegen dieser Koppelung." Wenn die Stadtwerke wegen hoher Ölpreise die Kosten fürs Gas erhöhten, sei das "oft nicht nachvollziehbar". Die deutsche Gaswirtschaft verteidigt die Regelung dagegen und bezeichnet sie als "wirksamen Verbraucherschutz". Die Ölpreisbindung schütze gegen überzogene Forderungen der Produzenten und biete den deutschen Importeuren Sicherheit für die Bezüge. Zudem würden dadurch die Investitionen der Importländer in die Erdgasförderung abgesichert, betont der Bundesverband der deutschen Gas- und Wasserwirtschaft. Allerdings dürfen sich die Versorger nicht unbegrenzt bei ihren Kunden bedienen: auf dem deutschen Gasmarkt herrscht noch kein Wettbewerb. Die regionalen Gasversorger besitzen eine Monopolstellung weil die Gaskunden ihren Anbieter nicht wechseln können. die Energieanbieter müssen die Preise nach "billigem Ermessen" festgelegen - so steht es im Paragraf 315 des Bürgerlichen Gesetzbuches (BGB). Der Versorger darf seine Gewinne also nicht willkürlich heraufsetzen, er darf aber Erhöhungen seiner Einkaufspreise an seine Kunden weitergeben. Um das zu überprüfen, müssten die Kunden allerdings Einblick in die Kalkulation der Gasversorger erhalten, bislang haben das aber alle Unternehmen verweigert. Doch die deutschen Verbraucherzentralen beobachten die Entwicklung der Energiepreise im Allgemeinen und die der Gaspreise im Besonderen schon seit einiger Zeit ganz genau. Verbraucher werden aktiv Nach den massiven Preissteigerungen im letzten Jahr haben sie die Gaskunden dazu aufgerufen, sich die angebliche Preistreiberei der Energieversorger nicht gefallen zu lassen und die Erhöhungen unter Berufung auf Paragraf 315 BGB nicht zu bezahlen. Um diese Preisfrage endgültig zu klären, haben sich zum Beispiel 52 Hamburger Gaskunden zu einer Sammelklage entschlossen und wehren sich nun mit Unterstützung der Verbraucherzentrale in Hamburg gerichtlich gegen die Preiserhöhungen des Energieriesen E.on Hanse. Das Unternehmen hatte den Gaspreis im Laufe des Jahres 2004 drei Mal um insgesamt 25 Prozent erhöht und dies mit den gestiegenen Ölpreisen begründet. In ihrer Musterklage argumentieren die Kunden, dass es in den Verträgen mit den Kunden gar keine Ölpreisbindung gebe, auch seien die Einkaufspreise auf den internationalen Märkten nicht gestiegen. Bundesweit wird geschätzt, dass sich eine halbe Million Gaskunden den Preisanhebungen ihrer Energieversorger verweigert haben. Anfang September 2005 konnten die Hamburger Musterkläger einen ersten Etappensieg verbuchen: Das Landgericht Hamburg hat entschieden, dass sich die Kunden zu Recht gegen die Preiserhöhung wehren, der Hinweis auf die Koppelung des Gaspreises an den gestiegenen Ölpreis reiche als Begründung nicht aus. E.on Hanse habe im Hamburger Raum faktisch eine Monopolstellung und sei daher dazu verpflichtet, die Kalkulation in der Verhandlung offen zu legen. Das Gericht ist der Meinung, dass die Verbraucher nur so überprüfen können, ob die erhöhten Gaspreise angemessen seien. Die endgültige Entscheidung soll aber erst am 8. Dezember verkündet werden. Das Unternehmen kündigte allerdings an, bei einer Niederlage in Berufung zu gehen; auch die Verbraucherzentrale will sich notfalls durch alle Instanzen klagen. Keine Rezession, aber auch kein Konsum "Eine Rezession sehe ich im Moment nicht aufziehen", meint etwa Torsten Schmidt vom Essener Wirtschaftsforschungsinstitut RWI. Das ohnehin nur moderate Wirtschaftswachstum in Deutschland werde allerdings durch den Kaufkraftentzug spürbar gedämpft. Ähnlich sieht das Bernd Gottschalk, der Präsident des Verbandes der Automobilindustrie, der schätzt, dass den Autofahrern in Deutschland durch die Verteuerung von Benzin und Diesel in den ersten acht Monaten des Jahres insgesamt rund vier Milliarden Euro in den Haushaltskassen fehlten. Durch den kräftigen Preisschub könnte das erwartete Überspringen des auf dem Export basierenden Wachstum auf den Konsum ausbleiben. Das Statistische Bundesamt gab bereits bekannt, dass sich der Verbraucherpreisindex in Deutschland im September 2005 gegenüber September 2004 voraussichtlich um 2,5% erhöht hat und im Vergleich zum Monat August noch einmal um 0,4 Prozent stieg. Ein Grund dafür sind die Preise für Heizöl und Kraftstoffe, die im September erneut anstiegen. In den zur Schätzung herangezogenen sechs Bundesländern war Heizöl zwischen 36,4 und 45,4 Prozent teurer als im Vorjahr, die Kraftstoffpreise stiegen im Vergleich dazu zwischen 15,3 und 19,4 Prozent. Wachstumsprognose für Eurozone gesenkt Nach Auffassung von Otmar Issing, er ist Chefvolkswirt der Europäischen Zentralbank (EZB) in Frankfurt, bedroht der hohe Ölpreis die allgemeine Preisentwicklung im Euroraum, das heißt in den Staaten, die den Euro als Währung eingeführt haben. Allerdings könne die EZB nichts gegen die unmittelbaren Wirkungen der höheren Ölpreise auf das gesamte Preisniveau tun. "Wir müssen aber verhindern, dass es nach dem Ölpreisschock zu einer Lohn-Preis-Spirale kommt", also zu einer Anhebung der Löhne, sagte Issing in einem Interview mit dem Anlegermagazin "Börse Online". Bislang beobachte die EZB eine derartige Entwicklung nicht. Aufgrund der höheren Ölpreise hatte die EZB ihre Wachstumsprojektionen für die Wirtschaft in der Eurozone gesenkt und die so genannten Inflationsprojektionen für 2005 und 2006, das heißt wie stark die Preise in diesem Zeitraum steigen könnten, angehoben. In dem Interview begründete Issing die allerdings vergleichsweise geringen Auswirkungen des gestiegenen Ölpreises auf die heimische Konjunktur damit, dass "sich die Abhängigkeit vom Öl im Vergleich zu den Preisschocks der siebziger Jahre über geringeren Verbrauch und alternative Energien halbiert hat". heute.de: Hoher Ölpreis belastet Kauflaune Die Konsumklimastudie des Nürnberger Marktforschungsinstituts GfK weist auf die weiter schwache Binnennachfrage hin (28.09.2005). Gesellschaft für Konsumforschung (GfK) Aktuelle Daten zum Konsumklima und Pressemitteilungen beleuchten das Wirtschaftsverhalten der Verbraucher in Deutschland.

In dieser Unterrichtseinheit untersuchen die Schülerinnen und Schüler unter Einbezug von Grundlagen der Mechanik die Geschwindigkeitsänderung einer Rakete.Das Prinzip der Impulsübertragung und -erhaltung spielt in der Raumfahrt eine große Rolle. Nach diesem Prinzip funktioniert der Antrieb einer Rakete, die beispielsweise in den Weltraum geschossen wird. Die Schülerinnen und Schüler schauen sich an, wie eine Rakete konstruiert werden muss, um die Impulsübertragung bestmöglich gewährleisten zu können. Des Weiteren werden zum besseren Verständnis und zur Einordnung der benötigten Antriebskraft beziehungsweise des Impulses verschiedene Vergleichsrechnungen mit impulsabhängigen Abläufen in der Natur und Technik angestellt. Außerdem überlegen die Schülerinnen und Schüler, welche Voraussetzungen geschaffen werden müssen, damit die Rakete nicht nur die Erde verlässt, sondern auch navigationsfähig und kontrollierbar bleibt. Dabei wird unter anderem auch die Erdanziehungskraft mit einbezogen. Um sich fortzubewegen, stößt eine Rakete heiße Gase mit hoher Geschwindigkeit aus. Dadurch verliert sie Masse und eine Erhöhung der Geschwindigkeit wird bewirkt. Die Beschleunigung einer Rakete geht aus der Impulserhaltung hervor. Der Impuls eines Systems (zum Beispiel eine Rakete) beschreibt, wie es sich zu einem Zeitpunkt t bewegt. Die Formel lautet: p = m • v mit m als Masse und v der Geschwindigkeit. Vor dem Start ist die Rakete mit ihrem Treibstoff gefüllt und bewegt sich nicht. Die Rakete mit ihrem Treibstoff haben keinen Impuls, der Gesamtimpuls ist also Null. Wird der Treibstoff jedoch gezündet, strömt er am unteren Ende der Rakete raus und hat demnach einen nach unten gerichteten Impuls. Dadurch wird ein entgegengesetzter Impuls an die Rakete gegeben, was dafür sorgt, dass sie von der Erde abhebt.Das Arbeitsblatt passt in den Physikunterricht im Zusammenhang mit Impuls und Kraft zum "Basiskonzept Wechselwirkung". Die Schülerinnen und Schüler sollten über Grundlagen der Mechanik verfügen (Zusammenhang von Geschwindigkeit, Strecke, Zeit, Beschleunigung). Nach verständlicher Einführung durch die Lehrkraft oder durch eigenständiges Erarbeiten der beigefügten Grundlagen/Einführung kann das Arbeitsblatt als Hausaufgabe erarbeitet werden. Dieses Projekt kann als inhaltliche Vorbereitung für ESA Wettbewerbe wie die "Moon Camp Challenge" benutzt werden. Die Schülerinnen und Schüler lernen die Erhaltung von Impulsen und den Aufbau einer Rakete kennen. untersuchen die Geschwindigkeitsänderung am Beispiel einer Rakete. tauschen sich über die Schwierigkeiten von Weltraummissionen aus.

In dieser Unterrichtseinheit gestaltet jede Schülerin und jeder Schüler einen Karton als Sammelbox, in welchen jede Familie einer Schülerin oder eines Schülers kleinteiligen E-Schrott sammeln kann. Auch Ben aus der Bildergeschichte "Hilfe, die Mülltonne brennt" lernt das sorgsame Trennen und Sammeln von Akkus und Batterien, nachdem er anfänglich durch die unsachgemäße Entsorgung seines ferngesteuerten Polizeiautos einen Brand verursacht hat. Zunächst gestalten die Schülerinnen und Schüler mit verschiedenen Bastelmaterialien einen Karton, der zuhause als Sammelbox für kleinteiligen E-Schrott benutzt werden soll. Im weiteren Verlauf lernen sie, dass sich bestimmte Materialien bei unsachgemäßer Entsorgung entzünden und einen Brand verursachen können. Dies gilt insbesondere für den Rohstoff Lithium, der ein wichtiger Bestandteil von Batterien und Akkus ist. Eine kindgerechte Bildergeschichte, die von den Kindern zu Ende erzählt werden kann, veranschaulicht diese Gefahr. Bereits in der vorangegangenen Unterrichtseinheit waren die Schülerinnen und Schüler von ihrer Lehrkraft angeregt worden, zu überlegen, was alle Kinder der Klasse/AG tun können, um E-Schrott richtig zu entsorgen und den E-Schrott-Müllberg kleiner zu halten. Sie haben zudem einen Einblick in das Leben und Arbeiten von Kindern auf der E-Schrott-Müllhalde Agbogbloshie bei Accra (Ghana) erhalten, die an den giftigen Dämpfen erkranken. Außerdem kennen die Schülerinnen und Schüler nun aus den vorangegangenen Unterrichtseinheiten die Inhaltsstoffe und Metalle von E-Schrott. Sie wissen, wie wertvoll diese sind, aber auch wie giftig und gesundheitsschädlich. In dieser Unterrichtseinheit erfahren sie zudem anhand einer leicht verständlichen und kindgerechten Bildergeschichte, dass die unsachgemäße Entsorgung von Elektroschrott, z.B. im Hausmüll, eine Brandgefahr darstellen kann. Um vorsorgen zu können, dass solche Brände bei ihnen zuhause nicht entstehen, können die Schülerinnen und Schüler Verantwortung übernehmen, in dem sie selbst etwas tun. Sie erhalten in dieser Unterrichtseinheit deshalb den Auftrag, dass jedes Kind für seine Familie aus einem (Schuh-)Karton eine kleine Sammelstelle für unbrauchbare Batterien, Akkus, Handy und elektronische Klein-Geräte gestaltet. Durch den kreativen Auftrag und das „Tun mit den Händen“ entsteht eine emotionale Verbindung zu dem sachlichen Thema. Den Höhepunkt stellt ein Ausflug zu einer sehr großen Sammelstelle – einem Wertstoffhof/Recyclinghof – dar. Weitere Sachinformation für Lehrkräfte: Lithium und dessen Brandgefahr Lithium ist ein silberweißes, weiches Leichtmetall und ein wichtiger Bestandteil vieler Akkus. Akkus sind Batterien, die sich aufladen lassen. Es sind also Energiespeicher, die elektrische Geräte mit Strom versorgen. Weil sich Lithium entzünden kann, sind Batterien, Akkus und andere elektronische Gegenstände eine große Brandgefahr, wenn sie falsch entsorgt werden. Selbst kleine Batterien und Akkus von Spielzeug können sich in der heimischen Abfalltonne oder im Müllfahrzeug entzünden und dort einen Brand auslösen. Diese Art der Brände nimmt in Deutschland zu. Lithiumhaltige Batterien und Akkus haben im Vergleich zu Batterien und Akkus der älteren Generation viele Vorteile. Sie zeichnen sich besonders durch hohe Energiedichten (hohe Zellspannungen und Kapazitäten), eine kaum wahrnehmbare Selbstentladung bei normalen Raumtemperaturen und lange Lebensdauern aus. Nachteilig ist die Brandgefahr, die bei unsachgemäßer Entsorgung am Ende ihrer Lebensdauer von ihnen ausgehen kann. Lithiumhaltige Batterien und Akkus befinden sich regelmäßig in Laptops und Tablets, Smartphones und Handys, Kameras, in Fernsteuerungen und -bedienungen, kabellosen (in-ear-)Kopfhörern sowie oft auch deren Lade-Case, im Modellbau, in Spielzeug, in Werkzeugen, Drohnen, Haushalts- und Gartengeräten, E-Zigaretten sowie in medizinischen Geräten. Zudem sind sie in der Regel die Hauptenergiequelle der Elektromobilität bei E-Autos, E-Bikes, Pedelecs oder E-Scootern. Enthält das Produkt bereits einen integrierten Akku, handelt es sich mit hoher Wahrscheinlichkeit um einen Lithium-Ionen-Akku. Lithiumhaltige Batterien und Akkus sind oftmals an der freiwilligen Kennzeichnung „Li“ oder „Li-Ion“ für Lithium zu erkennen. Brände durch Lithium lassen sich schwer löschen. So entsteht ein Brand: Lithium-Ionen-Akkus können beim Laden hohen Temperaturen ausgesetzt sein. Wenn es dabei zu Schäden in der Schichtstruktur der eingesetzten Metalloxide kommt, kann es zu einer thermischen Reaktion kommen. Dabei werden hohe Energiemengen freigesetzt und es bildet sich elementarer Sauerstoff. Mit dem hohen Wärmeeintrag verdampft die Elektrolytflüs sigkeit und es bilden sich leicht brennbare Gase. Sobald sich diese Gase entzünden, brennt die Lithium-Ionen Zelle. Der Brand der ersten Zelle löst dabei einen sich selbst verstärkenden Prozess aus, der nur schwer zu stoppen ist. Da die Gehäuse der Batterien meist thermisch isoliert sind, erreicht Löschwasser den Brandherd häufig nicht. Fächerübergreifend lernen Die vorliegende Unterrichtseinheit mit der Gestaltung von Kartons als Sammelstellen für kleinteiligen Elektroschrott eignet sich auch gut, um in einer klassenübergreifenden Aktion verschiedene Unterrichtsfelder zu integrieren. Gerade in der Kooperation mit Lehrkräften für den Unterrichtsbereich Kunst gibt es kaum eine Grenze, um aus den mitgebrachten Kartons der Kinder mehrdimensionale Kunstwerke zu zaubern, die auch über das Bemalen und Bekleben der Boxen hinausgehen (können). Darüber hinaus bietet sich das inzwischen angeeignete Sachwissen über das Thema E-Schrott an, Fachgebiete wie z. B. Physik (Thema Feuer) oder Chemie (entzündliche Stoffe) sowie Heimatkunde (Wo befinden sich Wertstoffhöfe oder Rückgabestellen im Handel? Welche Geschäfte halten Sammelstellen für Batterien bereit?) einzubinden. Im Fach Philosophie/Ethik/Religion kann anhand der Bildergeschichte (Ben wirft sein kaputtes ferngesteuertes Auto in den Müll) das übergeordnete Thema „Wegwerfgesellschaft/Konsumgesellschaft“ aufgegriffen und mit den UN-Zielen/Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE) verknüpft werden. Fachliche und methodische Kompetenzen Die Schülerinnen und Schüler • greifen auf ihr vorhandenes Wissen zurück und erweitern es. • lernen Fachworte und neue Themenwelten kennen. • entwickeln einen konkreten Ansatz für eigenes umweltgerechtes Verhalten. • handeln und denken proaktiv. • erfassen einen komplexen Sachverhalt und geben ihn mit eigenen Worten wieder. • verbinden einen komplexen Sachverhalt mit kreativem Tun. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler • reflektieren ihre Ideen und kommunizieren sie. • sind fähig, einander zuzuhören. • entwickeln Begeisterungsfähigkeit und Eigeninitiative. • üben sich in gruppenspezifischen Interaktionen. • üben sich in der Rückmeldung anhand von Feedback-Regeln.