- Kühlschrank
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UE Kühlschrank

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Autoren:

Bettina Laurer, Alexander-von-Humboldt-Gymnasium, Konstanz,  BeLauKN@aol.com
Matthias Metzler, Alexander-von-Humboldt-Gymnasium, Konstanz,  metzler.off@t-online.de

Vorbemerkungen:

Ausgehend vom Kühlschrank als konkretem Gegenstand und immer wieder zu ihm zurückkehrend, ergeben sich viele Verbindungen zu alltagsrelevanten Themen, die in vielfach praktisch tätiger Form bearbeitet werden können.
Das physikalische Thema Wärmelehre lässt sich wunderbar integrieren (Zusammenarbeit mit Physik).
Das Thema hat einen ausgeprägt Fächer verbindenden Charakter und einen starken Bezug zur Technik.

Es können sehr gut individuelle Schwerpunkte gesetzt werden, je nach Kompetenzen der unterrichtenden Lehrer und Interessenlage der Schüler. Einzelne Aspekte können problemlos ausgebaut oder auch teilweise weggelassen werden. Am besten ist dies aus der Mindmap zu diesem Thema ersichtlich. Eher fakultative Elemente sind hier mit „Exkurs“ gekennzeichnet.

Bezug zu den Standards

Das Thema Kühlschrank behandelt einen breiten Ausschnitt der Bildungsstandards für das Fach NwT. Dabei können je nach Interesse und Neigung von Schülern und Lehrern unterschiedliche Schwerpunkte gesetzt werden. Folgende Schaubilder verdeutlichen einige Kompetenzen und Inhalte, die durch das Thema Kühlschrank abgedeckt werden.

Interner Link  Abbildung

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Unterrichtsverlauf
Zeit Thema Inhalt Methoden und Materialien
1h Themensammlung Mindmap erstellen
Vorschlag für den Einstieg mit Bildern vom haushaltsüblichem Kühlschrankinhalt, von Kühllastwagen auf der Autobahn, Getränkeflaschen, …
Mindmap als Plakat (bleibt im NwT-Raum) oder Folie/Kopie
Moderationsmethode
Interner Link  Mindmap Kühlschrank Unterrichtsmaterial
2 h Planung der Kühlbox Planung einer Kühlbox mit Haushaltsmitteln. Bau als Hausaufgabe Gruppenarbeit
Interner Link  Materialien zum Bau einer Kühlbox

3 - 5 h
RGT-Regel Temperaturabhängigkeit der Gasproduktion einer Brausetablette Interner Link   Praktikum zur RGT-Regel
Anregung:
RGT-Regel Interner Link  biologisch
6 - 7 h

Exkurs Kältemischungen

Kältemischungen herstellen und vergleichen

Praktikum: Interner Link  Kältemischungen

8 - 9 h

Praktikum
Lebensmittel-konservierung
Bakterienwachstum unter verschiedenen Konservierungsbedingungen Interner Link  Praktikum in arbeitsteiligen Gruppen
Interner Link  Hinweise für das Praktikum
10 - 11 h Auswertung des Praktikums Zusammenfassung der Ergebnisse der verschiedenen Praktikumsgruppen

Kurzvortrage über die Ergebnisse des einzelnen Gruppen und Diskussion

12 - 13 h

Exkurs: Nahrungsschädlinge

Nahrungsschädlinge im Haushalt Arbeitsteilige Interner Link  Gruppenarbeit mit Plakaterstellung: Interner Link  Hinweise

Exkurs: Praktikum: Isolationswirkung verschiedener Materialien

Vergleich der Kühlwirkung
(siehe Isolationswirkung). Diskussion: Worauf kommt es an beim Isolieren? (Wärmebrücken, Schichtdicke, mögliche Konvektion)

Interner Link  Experimente

14 h Prämierung der Kühlboxen Vorstellung der Boxen durch die Gruppen.
Zusammenfassung an der Tafel.
15 - 16 h Auswertung des Praktikums Präsentation, Vergleich und Diskussion der Ergebnisse Interner Link  Auswertungsergebnisse
17 h Kühlung Aufbau des Kühlschrank, Kühlrippen, Drehregler, Kompressor, … Interner Link  Untersuchung des Kühlschranks im Klassenzimmer. Schemazeichnung zum Aufbau
18 - 20 h Kühlung Praktikum Phänomene des Kühlschranks Interner Link  Praktikum
21 h Wie funktioniert ein Kühlschrank? Kühlkreislauf Lehrerzentriert mit Abbildung, z. B. aus dem Physikbuch
22 - 24 h Exkurs: Temperaturmessung

Bimetall, Thermoelement, evtl. Flüssigkeitsthermometer
Genaue Absprache mit Physik!
Den SchülerInnen sollte bekannt sein, wie man eicht.
Vorsicht beim Umgang mit siedenden Wasser!
Interner Link  Zirkelpraktikum (Aufnahme von Messdaten selber planen, durchführen und auswerten).
Kann in mehreren Einzelstunden durchgeführt werden
25 - 26 h Regelung Bau einer geregelten Heizung mit Hilfe eines Bimetallschalters Interner Link  Praktikum
27 h Regelung Wie funktioniert ein Regelkreis? Lehrerzentriert, Interner Link  Folie
28 - 30 h Exkurs: Regelung Bau eines Lichtpfeifers Interner Link  Arbeitsblatt
31 h Exkurs: Transistor Verstehen, wie eine Transistor funktioniert, dessen Wirkungsweise beim Bau der Lichtpfeifers kennen gelernt wurde Lehrerzentriert / Interner Link  Folie / AB

32 h Exkurs: Regelung Bau oder Analyse einer geregelten Kühlung mit Hilfe von Transistor und Ventilator Interner Link  Demoversuch
33 - 34 h Exkurs:
Gegenstromprinzip
Bau und Untersuchung eines Modellanlage Interner Link  Demoversuch oder Referat
35 - 36 h Thermoregulation im Tierreich Thermoregulation bei wechsel- und gleichwarmen Tieren Interner Link  Gruppenarbeit oder Referat
37 h Thermoregulation beim Menschen Regelsystem Infoblatt, Interner Link Arbeitsblatt
38 h Kühlschrank und Umwelt Interner Link Referate, Interner Link Exkursion


Verwendete Materialien in der Übersicht

Folien

Interner Link  Transistor

Interner Link  Regelung

Arbeitsblätter

Interner Link  Thermoregulation Mensch

Interner Link  Thermoregulation Tier

Interner Link  Nahrungsschädlinge

Experimente

Interner Link  Bau einer Kühlbox

Interner Link   RGT- Regel

Interner Link  Kältemischungen

Interner Link  Konservierung

Interner Link  Schädlinge

Interner Link  Isolation durch Materialien

Interner Link  Kühlung

Interner Link  Zirkelpraktikum

Interner Link  Arbeitsblatt Regelung

Interner Link  Demoversuch Regelung


Materialien und Geräte

Bezugsquellen für elektrisch/elektronische Bauteile, Bausätze, Geräte und Literatur

Conrad Electronic GmbH, Klaus-Conrad-Straße 2, 92530 Wernberg-Köblitz,
Tel. 09604 408988, www.conrad.de, Bauteile, Bausätze, Werkzeug

  • Schallwandler: Bestellnummer: 75 16 69-50 Preis: € 1,31)
  • Transistor (npn-Transistor) z.B. BD 135 Bestellnummer: 15 09 83-50 Preis: € 0,34)
  • Fotowiderstände: Preis ca. € 1,00
  • Heißleiter NTC Bestellnummer 46 72 43-50, Preis: € 1,26 Temperaturbereich -55 bis
    +300 °C

ELV Elektronik AG, 26789 Lehr,
Tel. 0491 600888, www.elv.de , Bauteile, Bausätze, Werkzeug

Opitec-Handel GmbH, Postfach 20, Hohlweg 1, 97232 Giebelstadt-Sulzdorf,
Tel. 01805 908908, www.opitec.de, Bauteile, Bausätze, Werkzeug

Traudl Riess, Werklehrmittel, St-Georgen-Straße 6, 95463 Bindlach,
Tel. 09208 9119, www.traudl-riess.de, Bauteile, Bausätze, Werkzeug

AMTU, Arbeitsmittel für den Technikunterricht,
D. Apfelbach, Kreuzstraße 80, 73730 Esslingen,
Tel. 0711 3180480, www.amtu.de, Bauteile, Bausätze, Werkzeug

LPE-Technik, Eberbach, Tel. 06271 923432, www.technik-lpe.de, nur Bausätze

AATiS, Arbeitskreis Amateurfunk und Telekommunikation in der Schule,
Vorsitzender: Wolfgang Lipps, Sedanstraße 24, 31177 Harsum ;
email: dl4oad@aatis.de; www.aatis.de,

Gemeinnütziger Verein, viele ideenreiche Bauvorschläge insbesondere für Projekte einzelner Schüler in den "Praxisheften" 1-12, auf CD's und in etwa halbjährlichen Heften "Rundschreiben", z.T. auch im Internet; liefert auch Platinen und Bausätze

LEU, Wiederholdstraße 13, 70174 Stuttgart, Hefteverkauf unter Tel. 0711 1849549

Leybold Didaktik, Leyboldstrasse 1, 50354 Hürth, Tel.: 02235-604-0, www.leybold-didactic.com

  • Bimetallstreifen Preis 8,90 DM (?)
  • Dampfentwickler Preis 258,00 DM Bestellnummer 303 28

Conatex, Rombachstraße 65, 66539 Neunkirchen, Tel.:06821-94110, www.conatex.com

  • Bimetallstreifen Preis: 2,40 €

Spezielle Bausätze und Geräte

Lichtpfeifer = Schrankwächter, Bausatz Nr. 105.107, 4,70 €, Opitec ;
Bimetallregler, Bausatz eher für Naturphänomene, Nr. 25.020.0, 3,90 €, Traudl Riess;
Lötkolben "Ersa 30" mit Dauerlötspitze, Nr. 40-241-54, 17,95 € , ELV
Netzgerät, 0-15 V, max. 2 A, regelbare Strombegrenzung, mit digitalen Strom- und
Spannungsanzeigen, Nr. 40-498-88, 49,95 €, ELV

Literatur

Boysen, Gerd et al.: Physik für Gymnasien, Sekundarstufe I, Länderausgabe B, Teilband 1 + 2, Cornelson Verlag Berlin 1990.

Dorn; Bader: Physik Mittelstufe, Hannover 1992.

Götz,Rainer; Dahncke,Helmut: Handbuch des Physikunterrichts, Sekundarbereich I, Bände 3 + 6, Aulis Verlag Köln 1986.

Informations- und Werbematerial zum Thema Kühlschrank gibt es unter folgenden Adressen:

Axima Refrigeration GmbH
Kemptener Str. 11-15
88131 Lindau

BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH
Hochstr. 17
81669 München

Foron Haus- Küchentechnik GmbH
Arnsfelder Straße 4
09518 Niederschmiedeberg

Fachverband für Energie-Marketing und –Anwendung (HEA): Kühl- und Gefriergeräte, 2001.

Bezugsquelle: VWEW Energieverlag Gmb
Rebstücker Straße 59
60326 Frankfurt am Main


Spezielle Literatur zur Elektronik:

Wörlen, Schell, Schneider, "Elektronik", Aulis Verlag Deubner, 2001, aus der Reihe Unterricht Physik, Unterrichtsmaterialien für Lehrer, 22.- €

Tietze, Schenk, "Halbleiter-Schaltungstechnik", Springer-Verlag, Berlin, 2002, 90.- €

Horowitz, Hill, "Die hohe Schule der Elektronik, Teil 1: Analogtechnik", Elektor-Verlag, 2002, 46.- €

Kiefer, Labs, "Messen, Steuern, Regeln mit dem PC", Verlag Handwerk und Technik, 1996, 80 S., 4.- € ( bei www.bol.de ), das Buch enthält eine Vielzahl einfacher Schaltungen zum Anschluss an die parallele, serielle oder Gameport-Schnittstelle eines PC's, alle mit kommentierten Programmen in BASIC und PASCAL, ideal für Schülerprojekte

Leu-Heft T 34, "Fräsen von Platinen mit dem Koordinatentischsystem KOSY", erfordert die CNC-Fräsmaschine KOSY der Firma Max-Computer, Schömberg im Schwarzwald, KOSY A5 ab ~ 1800.- € , www.max-computer.de;

Leu-Heft T 33, "Messen-Steuern-Regeln" beschreibt die schulische Anwendung des Ein- und Ausgabeinterfaces CIUS der Firma Max-Computer, Schömberg im Schwarzwald, 250.-€ , www.max-computer.de

Internet

Externer Link www.pflaum.de : Der Kühlschrank wird 75.

Externer Link  www.physik.uni.muenchen.de/didaktik/U_materialien/leifiphysik/kuehlschrank.htm
Animation Kühlschrankfunktion

Elektronik-Lehrgang im Internet: Externer Link  www.elektronik-kompendium.de

Fertige Arbeitsblätter mit Schaltungen für Schüler und Tipps zur Herstellung von Platinen im Ätzverfahren enthält die Internetseite Externer Link www.gutenbergschule.de

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