Astronomie: Willkommen im Fachportal

Nanotechnologie gilt als eine der großen Fortschrittshoffnungen des 21. Jahrhunderts. Diese Unterrichtseinheit lädt ein, dem Begriff Nano auf die Spur zu kommen und einige wichtige Zusammenhänge für den Einstieg in die Thematik zu erkennen.Nach "Mikro" und "Mega" erfreut sich "Nano" heute in der Techniksprache großer Beliebtheit: Von der Wissenschaftssendung bis zum iPod ist das Wort allgegenwärtig. Nano ist einerseits Verheißung (weniger Krankheiten, mehr Reichtum und ein komfortables Leben ohne Kratzer im Autolack und Kalkablagerungen in der Badewanne), andererseits gibt es auch Ängste (lungengängige Partikel, mangelnde Abschätzung der Folgen). Die Annäherung an die "Nanowelt" erfolgt in dieser Unterrichtseinheit über den Begriff und die Kenntnis einiger wichtiger Anwendungsfelder der Nanotechnologie.Die Schülerinnen und Schüler überlegen zunächst im Plenum, wo ihnen das Wort Nano im Alltag begegnet ist. Anschließend tauchen sie interaktiv in die "Nanowelt" ein und erkennen, um welche Größenordnung es geht. Im nächsten Schritt erkunden sie, welche Anwendungsgebiete für Nanotechnologie es gibt, und finden exemplarisch Lösungen und Pläne aus der Materialkunde, der Medizin, und der Informationstechnologie. Eine vertiefende Beschäftigung mit der Nano-Forschung und möglichen Lösungen findet am Beispiel des Lotus-Effekts und der Frage statt, wie Insekten und andere Tiere die Schwerkraft überwinden können. Ablauf der Unterrichtseinheit Die Unterrichtseinheit nutzt Informationen und Präsentationen aus dem Internet. Umfang und fachliche Tiefe können flexibel gestaltet werden. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen sich ein Bild davon machen, wo sich die "Nanowelt" (Moleküle und Atome) befindet. herausfinden, welche Anwendungsfelder von Nanotechnologie es gibt. erkennen, wie in der Nanotechnologie von der Natur abgeschaut wird. einfache Phänomene wie den Lotus-Effekt kennenlernen. sich mit dem Risiken von Nanomaterialien für Mensch und Umwelt auseinandersetzen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen die Informationen selbstständig nach Vorgaben im Internet finden. Textinformationen auswerten. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen lernen, Modebegriffe nach ihrem tatsächlichen Inhalt zu hinterfragen. Thema Nano! Nutzen und Visionen einer neuen Technologie Autor Michael Fiedler Fach Chemie/Biologie/Physik Zielgruppe Klasse 8/9 aller Schulformen, empfohlen für Gymnasien und Gesamtschulen Zeitraum 5 Unterrichtsstunden Technische Voraussetzungen Computer mit Internetzugang für Einzel- und Gruppenarbeit Inhalt Das Arbeitsblatt fragt zunächst das vorhandene Wissen zum Thema Nano ab. Der Begriff dürfte für die meisten Schülerinnen und Schüler nicht neu sein. Deshalb können auf diese Weise bereits etliche Facetten des Themas deutlich werden. Das Arbeitsblatt 1 regt dazu an, nachzudenken, wo überall im Alltag der Begriff Nano auftaucht, beispielsweise iPod Nano, Fernsehsendung, allerlei Putz- und Pflegemittel, Farben. Falls die Suche nicht ergiebig genug ist, können die Schülerinnen und Schüler eine Internetrecherche anschließen. Inhalt Ein Nanometer ist 10 -9 m klein. Mithilfe einer sehr gut umgesetzten Internetseite nähern sich die Schülerinnen und Schüler diesem Maßstab an. Weitere Reiseangebote Zwei weitere "Reiseangebote" in den Nanokosmos sind technischer, zeigen das Innere eines Notebooks und einer LED-Beleuchtung. Die drei Reisen in die Nanowelt ergänzen das Arbeitsblatt 1 und bereiten das Arbeitsblatt 3 vor. nanoreisen.de Von dieser Website aus starten die Lernenden ihre Reisen in die Nanowelt. Inhalt Die Schülerinnen und Schüler finden mithilfe einer weiteren Internetseite heraus, auf welchen Feldern die Nanowelt erforscht wird: von der Materialkunde über die Medizin bis hin zur Sport- und Freizeit. Arbeitsmaterial Die Schülerinnen und Schüler lernen verschiedene Forschungsansätze und Anwendungsgebiete kennen und stellen fest, dass es sicht um eine Querschnittstechnologie handelt, die in vielen Bereichen eingesetzt werden kann. Inhalt Die Schülerinnen und Schüler finden auf einer Internetseite Informationen über die Erforschung eines Phänomens in der Natur: Insekten und andere Tiere scheinen die Schwerkraft überwunden zu haben. Für die Forscherinnen und Forscher ist die Natur Lehrmeisterin. Die Lernenden erkennen damit eine wichtige Forschungsstrategie und können anhand des Beispiels nachvollziehen, wie die gewonnenen Erkenntnisse in der Nanotechnologie umgesetzt werden. Arbeitsmaterial Arbeitsblatt 4 leitet zu der Frage hin, wie es Insekten und Geckos möglich ist, scheinbar schwerelos an Decken und Wänden zu kleben. Der Link führt zu einem Text, der genau dies erklärt. Inhalt Die Schülerinnen und Schüler finden auf dem Arbeitsblatt die Anleitung für ein einfaches Experiment zum Lotus-Effekt. Arbeitsmaterial Mit Arbeitsblatt 5 erkennen die Schülerinnen und Schüler, dass Wassertropfen sich auf unterschiedlichen Oberflächen unterschiedlich verhalten. Sie stellen fest, dass das Wasser vom Kohlrabiblatt rückstandsfrei abläuft, vom Salatblatt dagegen nicht. Durch Reiben wird die Oberflächeneigenschaft des Kohlrabiblatts zerstört. Inhalt Die Schülerinnen und Schüler betätigen sich in dieser Phase als Risikoforscher. Dabei sollen sie erkennen, dass Nanomaterialien - wie viele andere chemische Stoffe auch - Risiken für Mensch und Umwelt mit sich bringen können. Diese müssen systematisch erforscht werden, um unsere Sicherheit als Arbeitnehmer, Verbraucher und Bürger zu schützen. Arbeitsmaterial Arbeitsblatt 6 macht die Schülerinnen und Schüler zu Risikoforschern. Sie sollen auf der Internetseite herausfinden, wie die von Nanomaterialien eventuell freigesetzten ultrafeinen Partikel in den menschlichen Körper und in die Umwelt gelangen können. Schließlich lernen die Schülerinnen und Schüler mit Exposition und Gefährdungspotenzial die zwei wesentlichen Säulen einer Risikobeschreibung kennen.

Das Energieeffizienzspiel "Energie Rallye" regt spielerisch dazu an, energieverbrauchende Geräte im Haushalt ausfindig zu machen und Wege zum Energiesparen zu finden.In unserem Alltag verbergen sich vielfältige Möglichkeiten, den Energieverbrauch zu senken. Dieses Potenzial besteht sowohl für private Haushalte als auch für öffentliche Gebäude wie Schulen. Die Schülerinnen und Schüler können sich auf spielerische Weise mit Energiespar-Tipps vertraut machen. Die Sensibilisierung für das Thema findet anhand eines einfach zu bedienenden Online-Spiels statt. Das Energieeffizienzspiel von Schulen ans Netz e.V. und die begleitenden Unterrichtsmaterialien dienen als Einstieg in das Thema.Als Einstieg kann das Energieeffizienz-Spiel genutzt werden. Die Arbeitsblätter umfassen eine Reihe von Vorschlägen zur Vermittlung verschiedenster Aspekte der einzelnen Themen. Die Schülerinnen und Schüler sollen die jeweiligen Themen weitgehend selbstständig bearbeiten. Die Lehrerin oder der Lehrer sollte die vorgeschlagenen Themen formal einführen. Spielverlauf und Unterrichtsmaterialien Hier finden Sie Anregungen, wie Sie das Thema Energieeffizienz in den Unterricht einbringen können. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen die Ursachen und Auswirkungen des Klimawandels in Bezug auf den eigenen Haushalt kennenlernen. verschiedene Energiequellen identifizieren können. Wege zur Reduzierung des Energieverbrauches nennen können. Multiplikatorenschulungen für ihre Umgebung entwickeln. erkennen, dass globales Denken in lokales Handeln münden muss. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen das Internet als Recherchemedium nutzen. Thema Energieeffizienz und Energiesparen im Haushalt und in der Schule Autorin Jana Haberstroh Fach Physik, Geographie, Politik/SoWi, fächerübergreifend Zielgruppe ab Klasse 7 Zeitraum 2 bis 6 Stunden, je nach Vertiefungsgrad Technische Voraussetzungen Alle gängigen Browser und plattformunabhängig (Windows, Mac und Linux; Bildschirmauflösung von 1024x768 Pixel) Energieverbraucher im Haushalt Der Einstieg in das Thema Energieeffizienz findet anhand eines einfach zu bedienenden Online-Spiels statt. Grundidee dabei ist, Energieverbraucher im Haushalt aufzuspüren und Optionen zur Minimierung des Energieverbrauchs aufzuzeigen. Eine Vertiefung, zum Beispiel im Unterricht, kann anhand der begleitenden Unterrichtsmaterialien erfolgen. Es handelt sich um ein Singleplayergame. Ein Vergleich zu anderen Spielerinnen und Spielern findet über eine Highscore-Liste statt. Spielkonzept Die Spielerinnen und Spieler bewegen sich durch einen virtuellen Haushalt. In allen Räumen befinden sich energieverbrauchende Geräte. Diese Geräte gilt es zu finden. Ziel des Online-Spiels ist es, die Schülerinnen und Schüler anzuregen, den eigenen Haushalt im Hinblick auf Potenziale zum Energiesparen zu erforschen. Ein virtuelles Energie-Messgerät dient als Werkzeug, um beispielsweise Fernseher, Handy-Ladestation oder Kühlschrank genauer unter die Lupe zu nehmen. Spieldauer Eine vollständige Spielrunde beinhaltet die Simulation eines ganzen Jahres und dauert ungefähr 30 Minuten. Energiequellen und Energiesparen Die Schülerinnen und Schüler sollen auf das Thema Energie einstimmt werden und es sollen erste Schwachstellen beim Energie- und Wasserverbrauch der Schule geortet werden. Weiterhin soll nach Veränderungen gesucht werden, die durch intelligentes Verhalten zu erreichen sind. Ziel ist es, den Stellenwert der Energie für das persönliche Leben zu thematisieren und das individuelle Fachwissen zur Energiethematik zu reaktivieren. Checkliste Energie-Rundgang Der Energie-Rundgang dient dazu, dass die Schülerinnen und Schülern zum Energiesparen angeregt werden. Die Schülerinnen und Schüler sollen die potenziellen Schwachstellen hinsichtlich des Energie- und Wasserverbrauchs der Schule kennenlernen.

Organische Leuchtdioden (OLEDs) besitzen enormes Zukunftspotenzial als energieeffiziente Beleuchtungsmittel. Neben einem deutlich geringeren Energieverbrauch als bei LED-Displays weisen OLEDs eine hervorragende Bildqualität und noch viele weitere Vorteile auf.Organische Leuchtdioden (OLEDs) revolutionieren derzeit die Beleuchtungsindustrie. Energiesparlampen und Halogenstrahler - in wenigen Jahren werden diese Lichtquellen vielleicht vergessen sein. Bei OLEDs handelt es sich um dünne Folien, die tagsüber transparent sind und nachts in allen denkbaren Farben leuchten. Organische Leuchtdioden sind hocheffiziente Lichtquellen, die viele positive Eigenschaften haben: sie sind äußerst energiesparend, leuchten großflächig, sind extrem dünn und außerdem voll dimmbar. Außerdem haben OLEDs keine Verzögerungszeit beim Einschalten und sie sind so flexibel und transparent herzustellen, dass man sie sogar in Fensterscheiben integrieren kann. Relevanz des Themas Die Unterrichtseinheit kann beispielsweise zu einer längeren Unterrichtsreihe in Physik zum Thema "Licht" eingegliedert werden. Zunächst müssen im Unterricht wichtige Grundlagen der Strahlen- und Wellenoptik sowie der Quantenphysik erarbeitet werden. Zu den vorab zu behandelnden Themen sollten unter anderem die Reflexion, Brechung, Brechungsgesetz, Beugung und Interferenz von Licht sowie der Welle-Teilchen-Dualismus des Photons gehören. Die Schülerinnen und Schüler sollen sich mit aktuellen Forschungsergebnissen zur Bedeutung von OLEDs für neue optische Licht- und Speichermedien auseinandersetzen und diese auswerten. Hintergrundinformationen zu OLEDs Hier finden Sie nähere Informationen zu OLEDs und Biolumineszenz von Leuchtkäfern sowie zu Perspektiven für die Medizinforschung. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen den Aufbau und das Funktionsprinzip einer Organischen Leuchtdiode verstehen und beschreiben können. ein Thema selbstständig recherchieren und beschreiben können. wichtige Anwendungsbereiche für OLEDs kennenlernen. in reduzierter Form wissenschaftliche Neuentwicklungen für OLEDs bewerten. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen eine interaktive Lernumgebung bedienen können. Informationen zur Thematik aus einem Text entnehmen, wesentliche Aussagen verstehen und in eigenen Texten wiedergeben können. die Nutzungsmöglichkeiten des Internets kennen- und anwenden lernen. Thema Organische Leuchtdioden aus Kohlenstoff Autorin Jana Haberstroh Fächer Physik, Chemie, Biologie, Technik, Naturwissenschaften Zielgruppe ab Klasse 7 Zeitraum circa 2-3 Unterrichtsstunden Technische Voraussetzungen Internetzugang (am besten für je 2 Personen), Beamer Der deutsche Chemiker Herbert Naarmann hat bereits 1969 Strom leitende Polymere - die Vorstufe der OLED - beobachtet, doch es sind noch ganze 21 Jahre vergangen, bis eine Forschergruppe in Cambridge erstmals eine Leuchtdiode herstellte. Die verwendeten organischen Halbleiterschichten waren nur etwa 100 Nanometer dick, also zehntausend Mal dünner als ein Millimeter. Alleine die Leuchteffizienz und Lebensdauer der OLEDs blieben jahrelang hinter der Konkurrenz zurück. Immer wieder entdeckten Forscher "Nebenwirkungen", wie zum Beispiel die Verkürzung der Lebensdauer durch kleinste Verunreinigungen. Auch der Aufbau wurde immer komplizierter. Um gegen Luftfeuchtigkeit resistent zu werden, müssen die OLEDs hinter Glas geschützt werden. Aufbau einer organischen Leuchtdiode Ein transparentes Substrat (Glas, Quarz oder Polymerfolie) dient als Basis für den Aufbau. Die Anode, eine ITO-(Indium-Zinn-Oxid-) Schicht ist elektrisch leitfähig und für sichtbares Licht durchlässig. Das Licht entsteht in den "aktiven" organischen Schichten, wenn dort Paare von Elektronen und "Löchern" rekombinieren und jeweils ein Photon erzeugen. Das Licht wird durch das optisch transparente Substrat abgestrahlt. Um eine hohe Effizienz zu erreichen, werden für den Transport von Ladungsträgern eine oder mehrere zusätzliche Schichten aufgebracht. Schließlich wird als Kathode ein optisch nicht transparenter Metallkontakt aufgedampft. Beim Anlegen einer äußeren Spannung von weniger als 5 Volt zwischen Kathode und Anode kommt es zur Emission von Licht, dessen Farbe von den eingesetzten aktiven Materialien abhängt. Die Chemie der OLEDs Die OLED basieren auf organischen Kohlenstoffmolekülen, also Verbindungen aus mehreren Kohlenstoffteilchen mit anderen Elementen. Setzen sich mehrere gleiche Molekülketten aneinander, dann entstehen sogenannte Polymere. Diese verhalten sich wie Halbleiter, was zur Folge hat, dass sie elektrischen Strom leiten. Und mit diesem bringt man die Folien zum Leuchten. Die Lichtfarben bestehen aus Kohlenstoff-Ringstrukturen, in die ein metallisches Zentralatom integriert wird - beispielsweise Edelmetalle wie Platin oder Iridium. Der OLED-Regenbogen Die OLEDs leuchten beim Anlegen einer Spannung, ob gelb, grün, rot oder blau - alle Farben sind möglich. Die Farbe der Emission wird anders als bei den anorganischen LEDs durch die Energielücke des Halbleiters bestimmt (durch die Energie, die frei wird, wenn ein Elektron und ein "Loch" zusammentreffen und rekombinieren). Diese Energie und damit die Farbe der Emission kann durch die Wahl des organischen Materials gezielt verändert werden. Innerhalb weniger Jahre hat man bereits sämtliche Farben von Rot über Grün bis Blau realisiert. Die Entwicklung ist bereits so weit fortgeschritten, dass erste vollfarbige Bildschirmprototypen hergestellt werden konnten. LED versus OLEDs Anders als bei den anorganischen LEDs wird weißes Licht durch Mischen der Grundfarben rot, blau und gelb erzeugt. Blau ist die Achillesferse der weißen OLED - dieser Farbstoff ist am kurzlebigsten. Multitalent OLED Der größte Markt für OLEDs ist der Bereich "Display", das heißt, OLEDs werden beispielsweise für Fernseher oder Displays von Mobiltelefonen eingesetzt. Displays aus organischen Leuchtdioden benötigen keine Hintergrundbeleuchtung und ermöglichen einen geringen Stromverbrauch. Sie ermöglichen zudem einen größeren Betrachtungswinkel. Zukunftsvision leuchtende Tapeten Organische Leuchtdioden dienen sogar als Basis für Tapeten, die Licht erzeugen und sogar, je nach Stimmung, die Farbe wechseln können. Diese gedruckte Elektronik wird im Fachjargon Polytronik genannt. Die Leuchtfolie emittiert ein für das Auge angenehmes, monochromatisches Kaltlicht, das auch bei Staub, Rauch oder Nebel besser sichtbar sein soll als jede andere Lichtquelle. Die Glühwürmchen sind die OLEDs des Tierreiches. Sie können ihr gelbliches Licht, welches in der Paarungszeit werbewirksam eingesetzt wird, ein- und ausschalten. Forscherinnen und Forscher haben die dahinter stehenden Grundlagen der Lumineszenz analysiert und festgestellt, dass einige natürliche Polymere Halbleitereigenschaften haben und somit für den Transport elektrischer Ladungen geeignet sind. Solche konjugierten Polymere können mittlerweile künstlich und genau spezifiziert hergestellt werden. Halbleiter und andere elektrische Bauteile sind also bald nicht mehr auf Kristallstrukturen angewiesen, sondern können aus Kunststoffen gefertigt werden. In der medizinischen Forschung benutzt man ebenfalls Zellen oder Bakterien mit integiertem Luciferase-Gen. Injiziert man beispielsweise einer Maus Salmonellen-Erreger, die das Luciferase-Gen tragen, so breiten sich die Erreger in ihrem Körper aus. Infusiert man eine Luciferinlösung, so kann man diese Ausbreitung durch das entstehende Licht von außen verfolgen, ohne die Maus zu töten. Analog verhält es sich mit markierten Karzinomen bei denen man die Metastasenbildung und Verbreitung optisch durch das emittierte Licht verfolgen kann.

Mit einem Bildbearbeitungsprogramm und physikalischen Formeln prüfen Schülerinnen und Schüler, ob eine Filmszene der NASA von der Mondoberfläche eine Fälschung sein könnte. In diesem Beitrag stellen wir Ihnen eine motivierende Anwendung der Kenntnisse zum schrägen Wurf aus der Mechanik vor. Am 20. Juli 1969 landeten die Amerikaner Neil Armstrong und Edwin Aldrin gegen 21:17 Uhr mitteleuropäischer Zeit auf dem Mond. Doch Verschwörungstheoretiker sind der Meinung, dass die Mondlandungen der Apollo-Missionen nie stattgefunden hätten. Sie behaupten, die US-amerikanische Regierung sowie die NASA hätten die Mondlandung vorgetäuscht. Die Lernenden sollen untersuchen, ob ein NASA-Film, der eine Fahrt mit dem Mondauto der Apollo 16 Mission zeigt, tatsächlich auf der Erde entstanden sein könnte. Mechanik - Wurfgesetze und Erdbeschleunigung Nach der Behandlung der Wurfgesetze im Physikunterricht bildet der Auftrag, die Authentizität des Mondauto-Videos mithilfe des Gelernten auf die Probe zu stellen, eine anwendungsorientierte Aufgabe, die Abwechslung in den Unterrichtsstoff der Mechanik bringt. Raumfahrt Die kritische Hinterfragung der Mondlandung und der Argumente der "Skeptiker" mithilfe von NASA-Material aus dem Internet kann im Rahmen eines Projekts zum Thema Raumfahrt für Spannung sorgen. Ausgehend von ihrem physikalischen Wissen agieren die Schülerinnen und Schüler dabei als Detektive, die zur Frage "Fake oder echt?" einen eigenen Standpunkt entwickeln und begründen sollen. Die Auseinandersetzung mit den verschiedenen Argumenten der Mondlandungsskeptiker kann dabei arbeitsteilig erfolgen. Die Analyse des Mondauto-Videos ist dann nur eine Facette des Themas. Durchführung und Ergebnisse der Berechnungen Mit den Werten für die Erd- und die Mondbeschleunigung sowie der Höhenformel des schrägen Wurfs wird das "Mondvideo" analysiert. Die Schülerinnen und Schüler sollen die Höhenformel des schrägen Wurfs anwenden. mithilfe ihres physikalischen Wissens die Authentizität eines NASA-Videos überprüfen. ein Bildbearbeitungsprogramm als Werkzeug der naturwissenschaftlichen Bildauswertung kennen und nutzen lernen. motiviert werden, sich mit den Argumenten der "Mondlandungs-Skeptiker" kritisch auseinanderzusetzen und dabei ihre physikalischen Kenntnisse anzuwenden. Thema Waren die Amerikaner auf dem Mond? - Anwendung der Kenntnisse zum schrägen Wurf Autoren Arif Purtul, Heinrich Kuypers Fächer Physik, Naturwissenschaften, Astronomie Zielgruppe Jahrgangsstufe 11 Zeitraum maximal 1 Stunde mit Diskussion Technische Voraussetzungen Computer für die Internetrecherche, Bildbearbeitungsprogramm Die Verschwörungstheoretiker haben zahlreiche Argumente gegen die Mondlandung gesammelt - das bekannteste bezieht sich auf die "wehende" Fahne. Filmaufnahmen vom Aufstellen der amerikanischen Flagge auf der Mondoberfläche zeigen, dass die Flagge "flattert". Da auf dem Mond aber keine Atmosphäre vorhanden ist, sehen die Verschwörungstheoretiker darin einen stichhaltigen Beweis für die Vortäuschung der Mondlandung. Die Bewegungen der Fahne wurden jedoch durch Vibrationen der Stangenkonstruktion im luftleeren Raum verursacht. Doch man muss nicht unbedingt ein großer Physiker sein, um die Richtigkeit der Filmaufnahmen und die Mondlandung zu hinterfragen zu können, wie diese Unterrichtseinheit zeigt. Während der letzten drei Apollo-Missionen (15, 16 und 17) führten die Landefähren Mondautos mit, die die Reichweite der Astronauten bei der Erkundung der Mondoberfläche erhöhen sollten. Videoaufnahmen der Mondfahrten sind im Internet zu sehen. Aber fuhr das Auto tatsächlich auf dem Mond? Oder wurden die Aufnahmen in einem Filmstudio auf der Erde gedreht, wie es die Verschwörungstheoretiker behaupten? Für die Überprüfung des NASA-Videos benötigt man lediglich ein einfaches Bildbearbeitungsprogramm (zum Beispiel Paint), einige technischen Daten des Mondautos (Lunar Roving Vehicle), die im Internet recherchiert werden können, und einen geeigneten Screenshot aus einem NASA-Video (siehe Internetadressen), der das Mondfahrzeug in Aktion zeigt. Am rechten Bildrand - und darauf kommt es bei der Analyse an - ist über dem Mondhorizont von den Rädern des fahrenden Autos hochgeworfenes Mondmaterial zu sehen. Das Mondauto dient als Maßstab für die Vermessung der Szene. Seine Länge - die Schülerinnen und Schüler können dies schnell im Internet recherchieren - beträgt 3,099 Meter. Danach wird der Mondauto-Screenshot mit einem Bildbearbeitungsprogramm, zum Beispiel Paint, geöffnet. Nun zeichnet man unmittelbar unter dem Fahrzeug sowie am rechten Bildrand Linien ein, die der Länge des Autos und der Höhe des hochgeschleuderten Staubs entsprechen. Am unteren Rand des Bildbearbeitungsfensters liest man, während man eine Linie zeichnet, ab, über wie viele Bildpunkte (Pixel) sich die Linien erstrecken. Danach wird mit einem Dreisatz die Höhe des aufgeworfenen Staubs ermittelt (Tabelle): Bildpunkte Länge 166 Bildpunkte 3,099 Meter 1 Bildpunkt ? 0,019 Meter 115 Bildpunkte ? 2,19 Meter Durch die grafische Auswertung haben wir die Höhe der vom Mondauto hochgeschleuderten Partikel ermittelt. Für den nächsten Schritt brauchen wir folgende Informationen: die maximale Geschwindigkeit des Mondautos: 13 km/h den Wert der Erdbeschleunigung (g): 9,81 m/s² den Wert der Mondbeschleunigung: 1,62 m/s² die Höhenformel des schrägen Wurfs (alpha = Abwurfwinkel): Der Abwurfwinkel lässt sich aus dem Screenshot über das Anlegen einer Tangente an die Staubspur kurz nach dem Hinterreifen bestimmen. Er beträgt 47 Grad. Nun kann die maximal mögliche "Wurfhöhe" berechnet werden. Wir nehmen dafür an, dass das Fahrzeug im Video mit Höchstgeschwindigkeit fuhr: Berechnung der maximalen Wurfhöhe für die Erde: Auf der Erde wäre demnach eine maximale Wurfhöhe von etwa 35,5 Zentimetern möglich gewesen. Das liegt jedoch deutlich unter dem im ersten Schritt (Videoanalyse) ermittelten Wert (? 2,19 Meter). Berechnung der maximalen Wurfhöhe für den Mond: Auf dem Mond wäre bei maximaler Geschwindigkeit eine maximale Wurfhöhe von 2,15 Metern möglich. Die kleine Abweichung der bei der Videoanalyse bestimmten Wurfhöhe von diesem Wert kann durch die Lage des Fahrzeugs zustande kommen, das in dem für die Messung verwendeten Screenshot nicht exakt parallel zur Abszisse steht. Die aus der grafischen Analyse berechneten Werte zeigen, dass die im Video zu sehende Höhe des aufgeworfenen Mondmaterials auf der Erde nicht hätte erreicht werden können. Somit kann man sagen: Die Amerikaner waren auf dem Mond!

Flexible Stromnetze, in denen die Schwankungen zwischen Angebot und Nachfrage ausgeglichen werden, gelten als die Entwicklung der Zukunft. Welche Herausforderungen sind mit dieser intelligenten Steuerung verbunden?Die zunehmende Erzeugung von Strom aus erneuerbaren Energien hat zur Folge, dass die Abstimmung zwischen Stromangebot und -nachfrage schwieriger wird. Schließlich ist das Energieangebot beispielsweise von Solar- und Windkraftanlagen schwankend und nicht immer exakt vorherzusagen. Hier greift das Konzept der Intelligenten Stromnetze, bei dem Stromerzeugung und -verbrauch in einem sich selbst überwachenden System besser gesteuert werden sollen. Ziel ist eine Erhöhung der Energieeffizienz bei einer Verringerung der Treibhausgasemission.Die Lernenden bearbeiten die Arbeitsaufträge auf dem Arbeitsblatt. Dabei sind zur Unterstützung einige Quellen aus dem Internet angegeben. Eine animierte Grafik kann optional als Einstieg in die Thematik dienen. Die Schülerinnen und Schüler können sich allein oder in Gruppenarbeit mit dem Thema beschäftigen. Elemente eines Smart Grid Ein intelligentes Stromnetz ist durch dezentrale Energieerzeugung gekennzeichnet, dessen Bestandteile miteinander kommunizieren. Die Schülerinnen und Schüler sollen verstehen, wie ein Smart Grid aufgebaut ist und wie damit eine höhere Energieeffizienz erreicht werden kann. nachvollziehen, wie sich die Rollen der Akteure in einem Smart Grid ändern. sich mit den Vorteilen und Herausforderungen beschäftigen, die mit der Einführung intelligenter Stromnetze verbunden sind. Thema Smart Grids - Intelligente Stromnetze Autor Antje Schmidt Fach Physik, Geographie, Politik/SoWi Zielgruppe ab Klasse 10 Zeitraum 2 Stunden Technische Voraussetzungen Internetzugang (am besten für je 2 Personen), Beamer Stromproduktion und -verbrauch optimieren Ziel ist es, mithilfe von Smart Grids vorhandene Ressourcen effizienter und kostengünstiger zu nutzen. Insbesondere seit zunehmend Strom aus erneuerbaren Energiequellen erzeugt und eingespeist wird, ist die Regelung und der optimale Netzbetrieb schwieriger geworden. Smart Grids sollen also die Schwankungen zwischen Angebot und Nachfrage ausgleichen. Die notwendige Infrastruktur dazu muss allerdings noch aufgebaut werden. dezentrale Energieerzeugung Zwei-Kanal-Kommunikation Intelligente Stromzähler (Smart Meter) Rolle der Akteure verändert sich Die Endverbraucherinnen und -verbraucher können ihren Energieverbrauch mithilfe von Smart Metern besser überwachen und steuern. Zudem können sie selbst in das Stromnetz einspeisen (beispielsweise aus einer privaten Fotovoltaikanlage auf dem Dach oder aus dem Speicher des Elektroautos) und damit zu Stromproduzenten werden. Steigerung der Energieeffizienz durch Verschiebung von Lastspitzen in verbrauchsarme Zeiten und Füllen von Lasttälern Verbraucherinnen und Verbraucher können selbst entscheiden, wann sie bestimmte Geräte einschalten, um günstige Tarife auszunutzen Da die Daten zum Stromverbrauch über das Internet an die Netzbetreiber geleitet werden, stellt sich die Frage nach der Datensicherheit in solchen Systemen. Ebenso fraglich ist das tatsächliche Einsparpotenzial durch intelligente Stromzähler. Wie viel lässt sich durch die Verlagerung des Stromverbrauchs bestimmter Geräte in Zeiten mit günstigeren Tarifen tatsächlich einsparen? Zu berücksichtigen sind hierbei auch die Kosten und jährlichen Gebühren für den neuen intelligenten Zähler. Letztlich eignen sich nicht alle Haushaltsgeräte für die Steuerung durch intelligente Zähler. Wer gerade geduscht hat und einen Fön benötigt oder um eine bestimmte Zeit kochen muss, wird diese Nutzung nicht wegen eines möglicherweise günstigeren Tarifes um Stunden verschieben wollen oder können. Hier bieten sich Diskussionsansätze, mit denen sich die Schülerinnen und Schüler kritisch auseinandersetzen können. Die flächendeckende Realisierung von Smart Grids wird noch einige Jahrzehnte in Anspruch nehmen. Dies beinhaltet sowohl den Aufbau einer IT-Infrastruktur als auch den Ausbau des Stromnetzes an die zukünftigen Erfordernisse. Dafür werden Investitionen in Milliardenhöhe notwendig. Wenn das "kluge" Stromnetz Realität wird, kann der produzierte Strom tatsächlich effizienter genutzt werden. Und das Ziel, den Anteil erneuerbarer Energien bis 2020 auf 30 Prozent anzuheben, erscheint ohne ein Smart Grid kaum umsetzbar.

Der Ausbau erneuerbarer Energien macht gleichzeitig auch die Weiterentwicklung von Speichertechnologien notwendig, da Stromproduktion und Stromnachfrage im Zeitverlauf schwanken. Gerade beim Thema Erneuerbare Energien spielen Speichertechnologien eine bedeutsame Rolle. Denn häufig ist die Menge der Stromproduktion aus Solar- oder Windkraft nicht genau vorhersehbar und entspricht nicht immer der Nachfrage. Speichertechnologien sind aus diesem wichtig, um überschüssigen Strom (beispielsweise bei starkem Wind) zwischenzuspeichern und in Zeiten höherer Nachfrage in das Netz einzuspeisen. Ohne sie erscheint ein weiterer Ausbau Erneuerbarer Energien kaum denkbar. Ziel dieser Unterrichtseinheit ist es, den Schülerinnen und Schülern zu vermitteln, dass der Ausbau erneuerbarer Energien ebenso eine parallele Weiterentwicklung von Möglichkeiten zur Energiespeicherung erfordert. Die Lernenden sollen im Internet verschiedene Speicherformen und ihre Funktionsweise recherchieren und die Ergebnisse dann im Plenum präsentieren. Energiespeicher in Stromversorgungssystemen Der Text des VDE bietet zusammenfassende Informationen zu verschiedenen Formen von Energiespeichern und kann als Ausgangsbasis für die Internetrecherche dienen. Die Schülerinnen und Schüler sollen lernen, dass Stromversorgungssysteme mit einem hohen Anteil an regenerativen Energien wie Solar- oder Windkraft aufgrund des schwankenden Angebots Energiespeicher benötigen. im Internet Informationen zu Energiespeichern recherchieren und dabei verschiedene Energieformen unterscheiden (mechanisch, chemisch). in Partner- oder Gruppenarbeit das Funktionsprinzip einzelner Speichertechnologien genauer erarbeiten. ihre Ergebnisse den Mitschülerinnen und Mitschülern in geeigneter Form präsentieren. Thema Energiespeicher in Stromversorgungssystemen Autor Antje Schmidt Fach Physik, Technik Zielgruppe Klasse 8 bis 10 Zeitraum 2-3 Stunden Technische Voraussetzungen Computer mit Internetzugang (im Idealfall ein Computer für 2 Personen) In einem Stromversorgungsnetz muss die erzeugte Leistung zu jeder Zeit dem Bedarf entsprechen. Insbesondere die meisten erneuerbaren Energien (Wind, Sonne, Laufwasser) sind jedoch nicht gleichmäßig verfügbar. Zudem werden keine Vorräte gebildet, und sie sind in ihrer Intensität im Voraus nicht exakt planbar. Daher stellt sich die Herausforderung, wie mit Schwankungen zwischen Stromangebot und -nachfrage umzugehen ist. Erforderlich sind flexible Lösungen, die kurzfristig Ausgleich schaffen können. Geplant ist der Ausbau erneuerbarer Energien bis 2020 auf bis zu 40 % der gesamten Stromerzeugung. Dies kann bei einem Überangebot (zum Beispiel bei Starkwind) dazu führen, dass thermische Kraftwerke zum Ausgleich gedrosselt oder abgeschaltet werden müssen, da erneuerbare Energien als CO 2 -freie Energiequelle Vorrang haben. Wenn solche thermischen Kraftwerke nur im Teillastbetrieb laufen, erhöhen sich der Verschleiß und die Aufwendungen für Wartung und Instandhaltung. Insgesamt sind dadurch steigende Stromerzeugungskosten zu erwarten. Ideal wäre es daher, Speichermöglichkeiten für Strom aus erneuerbaren Energiequellen zu haben, um den Strom dann abzurufen, wenn er gebraucht wird und Angebotsschwankungen abzufedern. Solche Energiespeicher können einen Überschuss an erzeugter Energie für einige Tage oder Wochen zwischenspeichern. Prinzipiell sind solche Technologien verfügbar, jedoch sind bis zur Marktreife noch hohe Investitionen für Forschung und Entwicklung erforderlich. Im Folgenden werden einige Speichertechnologien vorgestellt. Diese Wasserkraftwerke verbinden zwei Wasserbecken unterschiedlicher Höhe. Ist das Angebot an elektrischer Energie größer als die Nachfrage (in der Regel nachts), kann der Überschuss an Energie genutzt werden, um Wasser aus dem unteren Becken in das obere Becken zu pumpen. Bei Bedarf lässt man das Wasser zurück in das untere Becken fließen und so eine Turbine antreiben. Der mit der Turbine verbundene Motor-Generator kann dann die gespeicherte Energie wieder in Elektrizität wandeln und in das Stromnetz einspeisen. Der Wirkungsgrad liegt derzeit im Bereich 70 bis 80 %, da zum Hochpumpen mehr Energie benötigt wird als beim Herunterfließen des Wassers wieder gewonnen werden kann. Im Vergleich zu anderen Speichertechnologien ist die Leistung deutlich höher und die Generatoren können etwa 4 bis 8 Stunden Strom erzeugen. Pumpspeicher sind jedoch an bestimmte topografische Voraussetzungen gebunden. Abgesehen von den Landschaftseingriffen beim Bau solcher Anlagen sind geeignete Standorte in der Regel zu weit entfernt von Gebieten mit hohem Windpotenzial wie Küstengegenden. Diese auch als CAES-Kraftwerke bezeichneten Energiespeicher (CAES = Compressed Air Energy Storage) arbeiten nach dem Prinzip, ein Luftreservoir in einer unterirdischen Kaverne (meist ein ausgehöhlter Salzstock) zu verdichten. In Spitzenzeiten wird die so gespeicherte Energie zum Antrieb von Gasturbinen genutzt, indem man die komprimierte Luft sich wieder ausdehnen lässt. Eine solche Anlage dient im Wesentlichen zur Netzregelung, da sie zur Abfederung von Spitzenlasten eingesetzt wird. Ein wichtiges Merkmal ist die Fähigkeit, das ein solches Werk schnell gestartet werden kann (innerhalb von Minuten stehen 100 % der Leistung zur Verfügung). Weltweit gibt es derzeit zwei diabate CAES-Anlagen, davon eine in den USA und eine in Deutschland. Die deutsche Anlage in norddeutschen Huntorf hat die Aufgabe, Strom in Schwachlastzeiten vom Kernkraftwerk Unterweser zwischenzuspeichern. Daneben sichert sie die Stromversorgung des Kernkraftwerks im Fall eines Netzzusammenbruchs ab. Druckluftspeicher sind an bestimmte geologische Voraussetzungen gebunden (Salzstöcke), die in Norddeutschland häufig vorkommen. Damit können sie als Speicher für den weiteren Ausbau von Windkraftanlagen in der Nordsee dienen und zukünftig eine größere Bedeutung erlangen. Um elektrische Energie über längere Zeit zu speichern (mehrere Tage bis Wochen), kommen Systeme infrage, die Wasserstoff als Energieträger nutzen. Dazu wird mithilfe von Elektrolyse überschüssige elektrische Energie in Wasserstoff gewandelt, der dann verdichtet und in unterirdischen Kavernen gespeichert werden kann. Somit bieten insbesondere Wasserstoffspeicher die technische Möglichkeit, fluktuierende erneuerbare Energiequellen wie Sonne und Wind bei Bedarf auszugleichen. Aufgrund der höheren Energiedichte kann mit Wasserstoff in Kavernen im Vergleich zu Druckluftspeichern die 60-fache Nutz-Energiemenge gespeichert werden. Wasserstoff-Speichersysteme bieten zwei Vorteile: zum einen eignen sie sich für Szenarien, bei denen die Energie relativ selten, das heißt im Schnitt weniger als einmal pro Woche, benötigt wird. Zum anderen muss der Wasserstoff nicht zwingend in elektrische Energie zurückgewandelt werden, sondern es ist auch eine direkte Nutzung des Wasserstoffs etwa als Fahrzeugantrieb (Brennstoffzellen) oder in der industriellen Produktion denkbar. Grob lassen sich elektrochemische Speicher in zwei Gruppen einteilen: mit internem und mit externem Speicher. Zur ersten Gruppe zählen übliche Batterien für tragbare Geräte wie Laptops, Handys oder MP3-Player. In diesen Systemen wird die Energie dort gespeichert, wo auch die elektrochemische Reaktion stattfindet. Bei Systemen mit externem Speicher kann das Speichermedium getrennt der Reaktionseinheit gelagert werden, beide können unabhängig voneinander dimensioniert werden. Blei-Säure-Akkumulatoren Sie finden derzeit die größte Verwendung. Genutzt werden sie als Starterbatterien in Verbrennungsmotoren, als Traktionsbatterien in Elektrofahrzeugen sowie für die Notstromversorgung. Im Bereich erneuerbare Energien dienen Blei-Säure-Akkumulatoren als Zwischenspeicher für Photovoltaik- oder Windkraftanlagen. Lithium-Ionen-Batterien Schon seit einiger Zeit werden Lithium-Batterien erfolgreich in Laptops und Handys als Energiespeicher genutzt. Ihr Vorteil liegt in einer geringen Selbstentladungsrate und einer hohen Energiedichte. Sie gelten auch als vielversprechend für Elektrofahrzeuge (siehe auch Energiespeicherung im Verkehrssektor). Redox-Flow-Batterien Zur Langzeitspeicherung oder Spannungsregulierung bieten sich Redox-Flow-Batterien an. Da hier das Seichermedium getrennt von der Umwandlungseinheit ist, kann die Energiemenge flexibel dimensioniert werden. In zwei Tanks werden die Flüssigkeiten, bestehend aus in flüssigen Elektrolyten gelösten Salzen, getrennt gelagert. Bei Bedarf werden die Flüssigkeiten mittels Pumpen der zentralen Reaktionseinheit für den Lade- oder Entladeprozess zugeführt. Diese Batterien haben den Vorteil, dass sie sich praktisch nicht entladen und daher sehr lange Energie speichern können. Für die zukünftige Entwicklung des Verkehrssektors werden erneuerbare Energien eine zunehmende Bedeutung haben. Viele Autokonzerne bringen derzeit Elektrofahrzeuge auf den Markt. Man unterscheidet drei Varianten: Hybridfahrzeug (HEV) Diese Fahrzeugart besitzt einen Speicher von etwa 1 kWh und lädt diesen nur während der Fahrt auf. Mithilfe des Elektroantriebs lässt sich eine Einsparung von Kraftstoff von bis zum 20% erzielen. Plug-in Hybrid (PEHV) Hier handelt es sich um ein Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb, dessen Elektroantrieb über eine Steckdose geladen werden kann. Der Speicher ist größer als bei einem reinen Hybridfahrzeug und enthält 5 bis 10 kWh. Die Reichweite des Elektromotors beträgt 30 bis 70 km, bei längeren Strecken erfolgt der Antrieb über Kraftstoff wie Benzin, Erdgas oder auch Biokraftstoffe. Elektrofahrzeug (EV) Ein reines Elektrofahrzeug hat derzeit eine Reichweite von 100 bis 300 km bei einem Speicher von 14 bis 40 kWh. Auch hier lässt sich die Batterie über Steckdosen gewöhnlicher Hausanschlüsse laden. Zeiten, in denen das Fahrzeug nicht benötigt wird, zum Beispiel während der Arbeitszeit oder in den Nachtstunden, können zum Aufladen genutzt werden. Als geeignete Speichertechnologie erweist sich dabei vorzugsweise die Lithium-Ionen-Batterie, da sie eine hohe Energiedichte besitzt. Viele der genannten Speichersysteme weisen ein erhebliches Entwicklungspotenzial auf. Teilweise ist noch Forschungs- und Entwicklungsarbeit notwendig, um die erforderliche Marktreife zu erreichen. Insbesondere die Batterieentwicklung als eine Schlüsseltechnologie für Elektrofahrzeuge wird eine große Rolle spielen. Bedeutsam für die Etablierung von Speichersystemen allgemein sind zudem planbare energiewirtschaftliche Rahmenbedingungen, wie sie beispielsweise Anreizsysteme bieten. Parallel zum Einsatz von Energiespeichern ist der Ausbau der Netzkapazitäten erforderlich, um die Menge an erzeugtem Strom durch regenerative Energieträger über lange Distanzen zu übertragen und lokale Netzengpässe zu entspannen. Der Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V. (VDE) hat im Jahr 2008 eine Studie veröffentlicht zum Thema "Energiespeicher in Stromversorgungssystemen". In ausführlicher Form behandelt die Studie die verschiedenen Energiespeicher und ihre Rolle bei der Entkoppelung von Angebot und Bedarf an elektrischer Energie. Interessierte Lehrkräfte können die Studie direkt beim VDE bestellen (250 Euro für Nichtmitglieder): VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V. Stresemannallee 15 60596 Frankfurt am Main service@vde.com

Das Potenzial an Energie, das die Sonne täglich auf die Wüsten unserer Erde einstrahlt, ist gigantisch. Die Idee, diese unerschöpfliche Energiequelle in großem Maßstab anzuzapfen, klingt äußerst reizvoll. Wüsten nehmen eine enorme Fläche auf unserer Erde ein. Aber nur ein Bruchteil muss genutzt werden, um den globalen Strombedarf zu decken. Zumindest theoretisch. Um das Desertec-Konzept Realität werden zu lassen, müssen eine Reihe von Herausforderungen überwunden werden. Diese Probleme sind nicht nur technischer, sondern auch ökonomischer, politischer und sozialer Natur. Die Schülerinnen und Schüler sollen sich über die Chancen, aber auch über die Risiken dieser großen Idee informieren und ihre eigene Meinung bilden können. Ziel dieser Unterrichtseinheit ist es, die Schülerinnen und Schüler zu befähigen, sich ein eigenes Bild zum Desertec-Konzept zu machen. Sie sollen lernen, welche enormen Chancen und welche Risiken damit verbunden sind. Zu Beginn steht die Beschäftigung mit dem enormen Potenzial, das die Sonne zur Verfügung stellt. Sowohl grafisch als auch in Form von Zahlen wird ein Gefühl für die Dimension des Projekts vermittelt. Darauf aufbauend wird die technische Umsetzung thematisiert. Wie funktionieren Solarthermische Kraftwerke? Und wie kommt der Strom aus der Wüste zu uns? Im letzten Schritt folgt die Auseinandersetzung mit kritischen Stimmen. Bei Bedarf kann ein kleines Rollenspiel durchgeführt werden. Ablauf der Unterrichtseinheit Anhand von Arbeitsblättern können sich die Schülerinnen und Schüler mit dem Desertec-Konzept beschäftigen und sich ihre eigene Meinung dazu bilden. Die Schülerinnen und Schüler sollen erfahren, welches Potenzial an erneuerbarer Energie in der Wüste zur Verfügung steht. sich mit den technischen Herausforderungen beschäftigen, die es im Rahmen des Desertec-Konzepts zu lösen gilt. die Grundlagen solarthermischer Kraftwerke verstehen. neben den Chancen auch die Risiken betrachten und sich mit kritischen Meinungen zu Desertec auseinandersetzen. Thema Desertec - Strom aus der Wüste Autorinnen und Autor Uwe Rotter, Sarah Otte Fach Geographie Zielgruppe Sekundarstufe II Zeitraum 2-3 Stunden Technische Voraussetzungen Je Arbeitsgruppe ein Computer für die Internetrecherche Das erste Arbeitsblatt thematisiert die Menge an Energie, die weltweit verbraucht wird und regt einen Vergleich an mit der zur Verfügung stehenden Sonneneinstrahlung. Es soll berechnet werden, welche Fläche notwendig ist, um unseren Strom komplett aus der Sonneneinstrahlung zu beziehen. Welche Möglichkeiten gibt es, aus Sonne Strom zu gewinnen? Die Schülerinnen und Schüler können ihr Wissen niederschreiben und bei Bedarf im Internet recherchieren. Im Rahmen des Desertec-Konzepts werden solarthermische Kraftwerke geplant. Hierzu soll eine Zeichnung beschriftet und vervollständigt werden. Konkrete Hinweise finden sich wieder im Internet. Das Desertec-Konzept ist nicht unumstritten. Die Schülerinnen und Schüler sollen sich mit den kritischen Argumenten und den Stellungnahmen der Desertec-Foundation auseinandersetzen. Anhand eines Rollenspiels können die Argumente erprobt werden.

Schülerinnen und Schüler erkunden am Rechner Blitzschlagrisiken in der freien Natur. In einem zweiten Experiment können Lichtbogenüberschläge zwischen zwei Elektroden unter verschiedenen Bedingungen simuliert werden. Blitze sind "hochenergetische" Naturphänomene, die uns nicht nur faszinieren, sondern auch das Fürchten lehren können. Etwa fünf Menschen sterben in Deutschland pro Jahr durch Blitzschlag. Wie Blitze entstehen ist immer noch umstritten - möglicherweise sind sogar energiereiche Strahlen aus dem Weltall daran beteiligt. Wissenschaftlich gesichert ist jedoch, dass die Blitzhäufigkeit mit dem Eisgehalt der Wolken steigt. Auf dieser Beobachtung basiert auch das derzeit gängige Modell zur Blitzentstehung: Aufwinde tragen feine Wassertröpfchen in höhere und kalte Luftschichten, wo sie zu feinen Eispartikeln gefrieren. Diese kollidieren dort mit größeren Graupelkörnern. Die schweren Graupeln "stehlen" den Eiskristallen Elektronen und fallen nach unten. Die nun positiv geladenen feinen Kristalle verbleiben dagegen in den höheren Luftschichten. Auf diese Weise entsteht ein starkes elektrisches Feld in den Gewitterwolken. Die hier vorgestellten Online-Experimente zum Thema Blitz sind Teil des SWR-Angebots Warum ... ist der Himmel blau? Weitere Informationen zum Thema Blitze und Energie gibt es auch im Ezoom zum Wissenschaftsjahr 2010 - Die Zukunft der Energie. Vorentladungen - Fangentladungen - Hauptblitz Ein Blitz ist ein Potenzialausgleich innerhalb der Gewitterwolke oder zwischen der Erdoberfläche und dem unteren Teil der Wolke. Die Spannung muss dabei einige zehn Millionen Volt betragen. Der Entladung geht eine Serie von Vorentladungen (Leitblitzen) voraus, die gegen die Erdoberfläche gerichtet sind. Kurz bevor diese den Erdboden erreichen, gehen vom Boden eine oder mehrere Fangentladungen aus - meist von hohen Objekten (Bäume, Masten, Kirchtürme). Den so entstandenen Blitzkanal heizt der folgende Hauptblitz auf rund 30.000 Grad Celsius auf. Die heiße Luft dehnt sich explosionsartig aus und erzeugt intensive Schallwellen - den Donner. Die Stromstärke einer Hauptentladung beträgt etwa 20.000 bis 30.000 Ampere. Einsatz der Animationen Mit einem interaktiven Blitzsimulator aus dem Online-Angebot von SWR-Wissen können Schülerinnen und Schüler mit der Blitzschlaggefahr experimentieren. Sie lernen dabei wichtige Regeln für das Verhalten bei einem Gewitter im Freien kennen. Die virtuellen Experimente können das Unterrichtsgespräch per Beamer-Projektion unterstützen oder auch von den Lernenden im Rahmen einer Hausaufgabe am heimischen Rechner genutzt werden. Neben den interaktiven Materialien bieten die SWR-Wissen-Internetseiten vielfältige Informationen zum Thema Blitze. Von "Elfen" und "Kobolden" Bei der Behandlung von Blitzen bietet sich auch - als zusätzlicher "Motivations-Joker" - ein kleiner Exkurs zu "Elfen" und "Kobolden" an - rätselhaften Blitzerscheinungen, die oberhalb der Wolken auftreten. Beobachtet werden diese Blitzformen daher vorwiegend aus Flugzeugen oder Space Shuttles (siehe Zusatzinformationen). Gerade solche ungeklärten Phänomene üben auf Kinder einen großen Reiz aus und sind gut geeignet, naturwissenschaftliches Interesse zu entfachen. Inhalte und Funktionen der Blitz-Experimente Die interaktiven Möglichkeiten der SWR-Online-Experimente werden hier kurz beschrieben und per Screenshot vorgestellt. Die Schülerinnen und Schüler sollen wichtige Regeln für das Verhalten bei Gewitter kennenlernen. in einem virtuellen Experiment den Einfluss von elektrischer Spannung, Luftdruck, Temperatur und relativer Luftfeuchtigkeit auf Blitzentladungen untersuchen. Thema Blitze und Verhalten bei Gewitter - virtuelle Experimente Autoren Tilman Bischoff, Dr. André Diesel Fächer Physik (Elektrizitätslehre), Geographie (Wolkenbildung) Zielgruppe ab Klasse 8 (Physik), Sekundarstufe II (Geographie) Zeitraum variabel bei der Unterstützung des Unterrichtsgesprächs Technische Voraussetzungen Präsentationsrechner mit Beamer Einen Beitrag zur Verhaltenserziehung bei Gewittern bietet die SWR-Gewittersimulation. Vor gefährlichen Ratschlägen wie "Eichen sollst du weichen, Buchen sollst du suchen" wird gewarnt. Um bei den Schülerinnen und Schülern eine Sensibilisierung für die Mechanismen des Blitzeinschlags zu erzielen, werden die Auswirkungen und das Risiko des Verhaltens bei einem Gewitter im Freien bewertet. Als virtuelle Versuchskaninchen sind ein Golfspieler, eine hockende Person und ein weidendes Rind auswählbar. Der Golfspieler steht stellvertretend für Personen, die metallische Gegenstände bei sich tragen und damit die Gefahr, vom Blitz getroffen zu werden, drastisch erhöhen. Am Beispiel des Tieres wird auf die Gefährlichkeit des Erdstroms eingegangen, der - auch weiter vom Ort des Einschlags entfernt - zu tödlichen Strömen durch den Körper führen kann. In einer zweiten - stärker physikalisch ausgerichteten - Simulation können Lichtbogenüberschläge zwischen zwei Elektroden im Labormaßstab simuliert werden. So lassen sich Erkenntnisse über den Einfluss von elektrischer Spannung, Luftdruck, Temperatur sowie relativer Feuchte auf die Überschlagbedingungen gewinnen.

Das Hören aus biologischer Sicht ist in dieser kurzen Unterrichtseinheit ebenso Thema wie physikalische Grundlagen. Auf dieser Basis wird das Phänomen "Lärm am Arbeitsplatz" untersucht und damit werden Geräusche als Gefahr erkannt.Die Beschallung mit Geräuschen wird sehr unterschiedlich wahrgenommen, je nach den gegebenen Umständen. Ein Rockkonzert in Zimmerlautstärke würde kaum einen Fan vom Hocker reißen. Dem Gehör ist es hingegen egal, ob ein Lautstärkepegel als angenehm oder unangenehm empfunden wird, eine selbst kurze Überbeanspruchung kann zu einer dauerhaften Schädigung des Hörvermögens führen. Das beeinträchtigt nicht nur den Genuss eines Konzertbesuchs, sondern hat Auswirkungen auf viele Bereiche des Lebens, denn das Hören hat vielfältige Funktionen. Über die Funktionen des Gehörs und des Hörens hinaus möchte diese Unterrichtseinheit die physikalischen und biologischen Grundlagen des Hörens vermitteln und für Gefahrenpotenziale sensibilisieren.Mithilfe dieser Unterrichtseinheit sollen sich die Schülerinnen und Schüler zunächst die Funktionen des Gehörs und die möglichen Folgen seiner Beeinträchtigung erarbeiten. Anschließend setzen sie sich mit den Grundbegriffen der Akustik auseinander, schätzen die Lautstärke unterschiedlichster Geräusch- und Lärmquellen ein und bewerten diese hinsichtlich ihres Gefahrenpotenzials für das Gehör. In einem weiteren Schritt erarbeiten sich die Schülerinnen und Schüler die Funktionsweise des Gehörs, ermitteln die biologische Wirkung einer Überbeanspruchung und erfahren durch eine entsprechende interaktive Simulation die unmittelbaren Auswirkungen eines Gehörschadens. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler ermitteln die Funktionen des Gehörs. erarbeiten sich die physikalischen und biologischen Grundlagen des Hörens. recherchieren potenziell für das Gehör gefährdende Schallpegel und Schallquellen. erarbeiten sich die biologischen Grundlagen des Hörens und von Hörschäden . Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler recherchieren eigenständig relevante Informationen und werten diese aus. nutzen interaktive Anwendungen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erfahren, dass ein gesundes Gehör Voraussetzung für ein in vielfacher Hinsicht uneingeschränktes Leben ist.