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Physik der Geysire

Physik der Geysire. Dr. Christian Reimers Faculty of Earth Sciences, Geography and Astronomy University of Vienna Austria. Einleitung und Vorbereitungsphase.

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Presentation Transcript

  1. Physik der Geysire Dr. Christian Reimers Faculty of Earth Sciences, Geography and Astronomy University of Vienna Austria

  2. Einleitung und Vorbereitungsphase • Kurzbeschreibung: Die Erde besitzt einen heißen Kern und glutflüssigen Mantel auf der die Erdkruste liegt. Durch Konvektionsbewegungen entsteht Plattentektonik und Vulkanismus. An Stellen, an denen das Magma bis nahe an die Oberfläche reicht, können sich Geysire bilden, deren Funktionsweise sich mit anschaulichen Experimenten und physikalischen Hintergründen erläutern lassen. • Schlagworte: Erdaufbau, Geothermie, Erdwärme, Geysire, Vulkanismus, Wärmelehre, Clausius-Clapeyron-Gleichung, Dampfdruckkurve, Siedepunkt, P-T-Diagramm • Zielgruppe: SchülerInnen, Informelle Lernende • Alter: 12-15 • Zuordnung: Physik (Wärmelehre), Erdkunde • Benötigte Zeit: 2 x 50 min (mehr, falls ein Besuch in einem Science Center geplant ist) Christian Reimers, Universität Wien

  3. Einleitung und Vorbereitungsphase • Technische Voraussetzungen: PC, Internetverbindung, evtl. Physiklabor • Hintergrund des Autors: Lehrveranstaltungsleiter für Physik für Erdwissenschaften • Lehrplanbezug: Thermodynamik, Struktur der Erde • Lernziele: • Verhalten von Wasser abhängig von Temperatur und Druck • Naturphänomene mit physikalischen Konzepten untersuchen • Eigenständige Untersuchungen durchführen • Verfassen eines wissenschaftlichen Berichts • Anleitung für die Vorbereitung: Organisation einer Exkursion zu einem Science Center mit hands-on Aktivitäten zu Vulkanismus und Geysiren Christian Reimers, Universität Wien

  4. Lehrphase 1: Fragen hervorrufende AktivitätenNEUGIER WECKEN > Lehrperson: Präsentiert und zeigt Materialien, um Neugier zu wecken Bilder / Videos von Vulkanen und Geysiren Höchste Fontänen und andere interessante Daten Arten vulkanischer Aktivität: Supervulkane, etc. Christian Reimers, Universität Wien

  5. Lehrphase 1: Fragen hervorrufende Aktivitäten DEFINITION VON FRAGEN ZUM DERZEITIGEN WISSENSSTAND > Lehrperson: Präsentiert Fragestellungen entsprechend dem derzeitigen Wissensstand • Wo findet man Vulkane und/oder Geysire? • Wie ist die Struktur der Erde? • Welche Mechanismen können Vulkanismus und Geysire erklären? • Welche physikalischen Prozesse sind beteiligt? • Was weiß man über Vulkanismus auf anderen Planeten oder Monden im Sonnensystem? > Studierende: Sammeln Daten von den vorangegangenen Präsentationenund versuchen eine Verbindung zu oben gestellten Fragen zu finden Christian Reimers, Universität Wien

  6. Lehrphase 2: Aktive UntersuchungenVORSCHLAG VORLÄUFIGER ERKLÄRUNGEN ODER HYPOTHESEN > Lehrperson: Bereitstellen notwendiger Materialien (Referenzen) um eine Erklärung der Fragen zu ermöglichen; Leitung der Studierenden, um eine korrekten Lösungsansatz zu finden Verhalten von Wasser abhängig von der Temperatur: solid, fluid, gas Temperaturgradient in der Erdkruste Wasserzyklus: Grundwasser; Woher kommt es? > Studierende: Untersuchung von Materialien und Erstellung von Präsentationen mit möglichen Lösungen und Erklärungen und Präsentation vor den anderen Christian Reimers, Universität Wien

  7. Lehrphase 2: Aktive Untersuchungen PLANUNG UND DURCHFÜHRUNG EINFACHER UNTERSUCHUNGEN > Studierende: Suche nach physikalischen Konzepten über Vulkanismus und Geysire Physikalisches Konzept: „Physik in interessanten Kontexten“ von Rainer Müller, Seite 39ff. „Der Ausbruch eines Geysirs“ http://www.uni-kiel.de/piko/downloads/Physik_in_interessanten_Kontexten_RMueller.pdf Experimente: „Versuchsbericht zum Thema: Schweredruck in Flüssigkeiten“ http://www.didaktik.physik.uni-duisburg-essen.de/veranstaltungen/soe/versuchsberichte/WS0809/Berichte/Versuchsbericht%20Schweredruck.doc > Studierende: Beobachtete Vorgänge wiederspiegeln und dokumentieren > Lehrperson/Studierende: Vorbereitung eines Experiments im Physiklabor oder einem Besuch in einem Science Center mit hands-on Aktivitäten zu Vulkanismus und Geysiren Christian Reimers, Universität Wien

  8. Lehrphase 3: ErstellungSAMMLUNG VON BEWEISEN DURCH BEOBACHTUNG > Lehrperson/Studierende: Durchführung eines Experiments eines Geysir-Modells im Physik-laborund Messung von Temperatur und Druck Instruktionen: • “Experiment Geysir“: Betriebsanleitung http://www.exphys.jku.at/didaktik/Lehre/Skripten/LA_2007/BA_Geysir.pdf • Geysir-Modell: „Druckabhängigkeit des Siedepunkts“http://vorsam.uni-ulm.de/Versuche/TH/PDF/TH080V00.PDF > Lehrperson/Studierende: oder ... Christian Reimers, Universität Wien

  9. Lehrphase 3: ErstellungSAMMLUNG VON BEWEISEN DURCH BEOBACHTUNG > Besuch eines Science Center (z.B. WELIOS in Wels) Themen über erneuerbare Energien: Gehe zum Bereich Geothermal-Energie ... Christian Reimers, Universität Wien

  10. Lehrphase 3: ErstellungSAMMLUNG VON BEWEISEN DURCH BEOBACHTUNG > Besuch eines Science Center (z.B. WELIOS in Wels) Erdkugel zum Öffnen Christian Reimers, Universität Wien

  11. Lehrphase 3: ErstellungSAMMLUNG VON BEWEISEN DURCH BEOBACHTUNG > Besuch eines Science Center (z.B. WELIOS in Wels) Modell von Magmakammern (‘Plumes’) und vulkanischer Aktivität Christian Reimers, Universität Wien

  12. Lehrphase 3: ErstellungSAMMLUNG VON BEWEISEN DURCH BEOBACHTUNG > Besuch eines Science Center (z.B. WELIOS in Wels) Experiment eines Geysirs > Studierende: Erstellung eines Protokolls der Beobachtungen und physikalischen Messungen Der Geysir startet bei:einer Temperatur von ca. 103° Celsius und einem Überdruck von 0.15 bar Christian Reimers, Universität Wien

  13. Lehrphase 4: DiskussionERKLÄRUNG BASIEREND AUF DEN BEWEISEN > Studierende: Analysieren der Daten und Diskussion dieser mit den anderen Verhalten von Wasser: Sieden, Verdampfen Phasenübergänge, Clausius-Clapeyron-Relation Druck, Temperatur Siedepunkt  Druck Christian Reimers, Universität Wien

  14. Lehrphase 4: DiskussionÜBERLEGUNG ANDERER ERKLÄRUNGEN > Lehrperson: Fragen, ob andere Erklärungen möglich sind Geysire oder Wasser-Fontänen ohne Hitze: • Kalt-Wasser-Geysire mit CO2, kohlendioxid-getrieben(z.B. Andernach, Deutschland) • Künstliche Fontänen mit Pumpen • Wasser-Hydrant (Wasserversorgung) • Verbundene Gefäße > Studierende: Überlegungen und Diskussion darüber Christian Reimers, Universität Wien

  15. Lehrphase 5: ReflektionKOMMUNIKATION DER ERKLÄRUNGEN > Studierende: Schreiben eines wissen-schaftlichen Berichts über den physikalischen Aspekt eines Geysirs: Phasen einer Eruption, P-T-Diagramm; Verwendung von Richtlinienfür die Verfassung wissenschaftlicher Berichte: <<Guidelinesfor Writing a Research Report Version2.1.pdf>> (in Englisch) • Struktur (Titel, Abstract, Einleitung, etc.) • Layout (Schriftart, Überschriften, Auflistungen, etc.) > Lehrperson: Bewertung und Diskussion der wissenschaftlichen Berichte als Referee und Leitung der Studierenden, um den überprüften Bericht im Lernmanagementsystem der Schule zu publizieren > Studierende : Erstellung von Quiz und Fragen für eine Selbstüberprüfung und Veröffentlichung Christian Reimers, Universität Wien

  16. NACHFOLGENDE AKTIVITÄTEN UND MATERIALIEN Datenblätter / Datenbanken Quiz / Tests Animationen / Simulationen Tutorials Hilfsreiche Links Adressen (WELIOS, …) Weitere Experimente Christian Reimers, Universität Wien

  17. … die lebende Erde Kontakt:christian.reimers@univie.ac.at

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