En­er­gie

Di­dak­ti­scher Hin­weis

Das Thema En­er­gie kann auf zwei ver­schie­de­nen Wegen ver­mit­telt wer­den. Es bie­tet sich der „tra­di­tio­nel­le“ Weg über Kraft, Ar­beit und schließ­lich En­er­gie an. In die­ser Hand­rei­chung wird ein wei­te­rer mög­li­cher Weg das Thema En­er­gie zu ver­mit­teln auf­ge­zeigt.

Als Ein­stieg in die The­ma­tik bie­ten sich ein­fa­che All­tags­bei­spie­le an, bei­spiels­wei­se die Fahrt eines Spiel­zeug­au­tos. Die­ses kann ent­we­der mit einer Feder auf­ge­zo­gen oder mit­hil­fe von Bat­te­ri­en be­trie­ben wer­den. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler sol­len nun die Frage klä­ren, warum sich das Auto in bei­den Fäl­len in Be­we­gung setzt. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­ken­nen, dass dem Auto ein En­er­gie­vor­rat mit­ge­ge­ben wird. Wäh­rend der Fahrt des Autos wird die En­er­gie, die zu Be­ginn im Auto steckt (Fe­der­ener­gie, elek­tri­sche En­er­gie) in Be­we­gungs­en­er­gie um­ge­wan­delt. Nun wird nach wei­te­ren Bei­spie­len ge­sucht, bei denen En­er­gie­um­wand­lun­gen statt­fin­den (Handy, mp3-Play­er, Spie­le­kon­so­le, Bohr­ma­schi­ne, Kü­chen­herd, Tram­po­lin…)

Die ge­sam­mel­ten Bei­spie­le zei­gen, dass es viele un­ter­schied­li­che Arten von En­er­gie gibt. Diese kann man in Form einer Mind-Map sam­meln und, falls zu einem spä­te­ren Zeit­punkt noch neue En­er­gie­ar­ten ent­deckt wer­den, er­gän­zen.

Einen al­ter­na­ti­ven Ein­stieg lie­fert das Fa­den­pen­del. Hier kann man eine Kugel mit gro­ßer Masse als Pen­del­kör­per ver­wen­den und eine Schü­le­rin/einen Schü­ler fra­gen, ob sie/er sich traut, ste­hen zu blei­ben, wenn man das Pen­del di­rekt vor sei­ner Nase los­lässt. Am Pen­del kann man sehr schön die Um­wand­lung von En­er­gie dis­ku­tie­ren und auch auf den En­er­gie­er­hal­tungs­satz ein­ge­hen (s. Ar­beits­blatt ).

An den er­ar­bei­te­ten Bei­spie­len kön­nen die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­ken­nen, dass En­er­gie von einem Kör­per auf einen an­de­ren Kör­per über­tra­gen wer­den kann (beim Tram­po­lin wird die Fe­der­ener­gie an den Sprin­ger über­tra­gen) oder sie kann um­ge­wan­delt wer­den.

Die En­er­gie­über­tra­gung kann am Bei­spiel eines Krans un­ter­sucht wer­den. Die elek­tri­sche En­er­gie des Krans wird auf die Last über­tra­gen, die sich da­durch an­hebt. Zur Ver­an­schau­li­chung kann im Un­ter­richt das Mo­dell eines Krans ge­baut wer­den; ent­we­der mit­hil­fe von Sta­tiv­ma­te­ri­al und einer Um­lenk­rol­le oder, falls es von je­mand aus der Klas­se zur Ver­fü­gung ge­stellt wer­den kann, mit einem Spiel­zeug­kran. An dem Mo­dell kann nun de­mons­triert wer­den, dass die über­tra­ge­ne En­er­gie von der Kraft und dem Weg ab­hän­gig ist. Jetzt kön­nen die Schü­le­rin­nen und Schü­ler die über­tra­ge­ne En­er­gie quan­ti­ta­tiv be­rech­nen und ler­nen auch die Ein­heit der En­er­gie ken­nen.

Die Um­wand­lung von En­er­gie kann am Bei­spiel der Ach­ter­bahn im Frei­zeit­park, beim Elek­tro­mo­tor, beim Kraft­werk oder even­tu­ell mit einem tech­ni­schen Sys­tem aus dem Tech­nik­un­ter­richt nach­voll­zo­gen wer­den. An die­ser Stel­le würde sich auch eine Grup­pen­ar­beit oder ein Grup­pen­puz­zle an­bie­ten, bei dem bei­spiels­wei­se die En­er­gie­um­wand­lung an ver­schie­de­nen Kraft­wer­ken (Gas, Kohle, Was­ser, Wind Solar, Kern) un­ter­sucht wird. Eine an­de­re Mög­lich­keit wäre es, die Schü­le­rin­nen und Schü­ler her­aus­fin­den zu las­sen, wie bei ihnen zu Hause ge­heizt wird (Gas, Öl, Wär­me­pum­pe, Holz, Pel­lets). Dann könn­ten die Schü­le­rin­nen und Schü­ler sich in Grup­pen zu­sam­men­fin­den und aus­ar­bei­ten, wel­che En­er­gie­um­wand­lun­gen beim Heiz­pro­zess bei ihnen zu Hause statt­fin­den.

Bei ge­naue­rer Be­trach­tung ei­ni­ger En­er­gie­um­wand­lun­gen (Schau­kel, Fahr­rad­fah­ren) ist zu er­ken­nen, dass schein­bar En­er­gie „ver­lo­ren geht.“ Diese Vor­gän­ge wer­den nun ge­nau­er un­ter­sucht und dabei fest­ge­stellt, dass keine En­er­gie ver­lo­ren geht, son­dern ein Teil der En­er­gie in Wärme um­ge­wan­delt wird. Dies lässt sich leicht bei einem Elek­tro­mo­tor spü­ren, da die­ser sich nach einer ge­wis­sen Lauf­zeit spür­bar er­wärmt.

Wei­te­re Bei­spie­le für Pro­zes­se, bei denen En­er­gie über­tra­gen oder um­ge­wan­delt wird, sind im Quel­len­ver­zeich­nis zu fin­den. Dort gibt es auch Hin­wei­se auf Bü­cher mit mög­li­chen Ver­su­chen zum Thema „En­er­gie.“

Das Kar­ten­rät­sel kön­nen die Schü­le­rin­nen und Schü­ler am Ende der Un­ter­richts­ein­heit zur Wie­der­ho­lung der Be­griff­lich­kei­ten durch­füh­ren. Hier­zu müs­sen die Kar­ten aus­ge­druckt und aus­ge­schnit­ten wer­den. Wenn alle Be­grif­fe ihrem rich­ti­gen Part­ner zu­ge­ord­net wur­den, er­gibt sich eine Py­ra­mi­de als Lö­sung.

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