Unterrichtsmaterialien zum Thema „Wetter“ im ... · II In der folgenden Arbeit werden Nennungen einzelner Personengruppen zur Vereinfachung des Leseflusses stets in männlicher

Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main

Fachbereich Didaktik der Physik

Zulassungsarbeit zur ersten Staatsprüfung für das Lehramt an

Grundschulen

Unterrichtsmaterialien zum Thema

„Wetter“ im Sachunterricht der

Grundschule Aufbereitung für die Internetplattform SUPRA

Melanie Hoffmann

Betreuer:

Prof. Dr. rer. nat. habil. Thomas Wilhelm

Prof. Dr. Dr. Hartmut Wiesner

II

In der folgenden Arbeit werden Nennungen einzelner Personengruppen zur

Vereinfachung des Leseflusses stets in männlicher Form benannt. In allen Fäl-

len sind gleichermaßen Personen weiblichen und männlichen Geschlechts ge-

meint. Mit dieser Formulierung verbindet sich keinerlei Wertung irgendeines

Geschlechts.

Sofern im Verlauf der Arbeit keine weiteren Quellen für Fotografien und Illust-

rationen angegeben sind, sind sie von mir [Melanie Hoffmann] erstellt worden.

III

Inhaltsverzeichnis

1. Zielsetzung .................................................................................................. 1

1.1. Internetplattform SUPRA .................................................................... 2

2. Theoretischer Hintergrund .......................................................................... 2

2.1. Wetter ................................................................................................... 3

Atmosphäre ................................................................................... 4 2.1.1.

Wetterelemente und ihre Messung ............................................... 8 2.1.2.

2.2. Strahlung der Sonne ........................................................................... 13

Astrophysikalische Grundlagen .................................................. 15 2.2.1.

Jahreszeiten ................................................................................. 17 2.2.2.

2.3. Wind und Luft .................................................................................... 19

Statischer Auftrieb ...................................................................... 19 2.3.1.

Land- und Seewind ..................................................................... 22 2.3.2.

Wolken ........................................................................................ 23 2.3.3.

2.3.3.1. Entstehung von Wolken .......................................................... 23

2.4. Wasser und Niederschläge ................................................................. 26

Verdunstung ................................................................................ 27 2.4.1.

Kondensation .............................................................................. 28 2.4.2.

Niederschlag ............................................................................... 28 2.4.3.

Wasserkreislauf........................................................................... 28 2.4.4.

2.5. Treibhauseffekt und Ozon .................................................................. 29

3. Didaktische Überlegungen........................................................................ 30

IV

3.1. Naturwissenschaften in der Grundschule ........................................... 30

3.2. Wetter im Sachunterricht ................................................................... 33

3.3. Schülervorstellungen .......................................................................... 34

4. Unterrichtsvorschläge zur Erarbeitung des Thema Wetter im Rahmen des

Grundschulsachunterrichts ............................................................................... 36

4.1. Einheit 1: Das Wetter – Eine Einführung .......................................... 41

4.2. Einheit 2: Strahlung der Sonne .......................................................... 46

4.3. Einheit 3: Luft und Wind ................................................................... 59

4.4. Einheit 4: Wasser und Niederschlag .................................................. 75

4.5. Einheit 5: Treibhauseffekt und Ozon ................................................. 83

4.6. Fächerübergreifendes ......................................................................... 84

5. Ausblick .................................................................................................... 86

6. Anhang ...................................................................................................... 87

7. Literaturverzeichnis ................................................................................... V

8. Eigenständigkeitserklärung........................................................................ X

9. Tabellen- und Abbildungsverzeichnis ...................................................... XI

10. Danksagung ........................................................................................ XIV

1 Zielsetzung

1

1. Zielsetzung

Das Wetter ist in unserem täglichen Leben allgegenwärtig. Jeder Mensch hat

mit dem Wetter als einen momentanen Zustand bereits Erfahrungen gemacht.

Es ist für alle spürbar und sichtbar. Doch nur wenige können Wetterphänomene

erklären und verstehen. Mein Anliegen ist es, bereits den Schülern der Grund-

schule zu verdeutlichen, in welchen Zusammenhängen die einzelnen Themati-

ken im Bereich des Wetters stehen und inwieweit sich das Wettergeschehen

beeinflusst. Diese Themenbereiche sollen damit sinnvoll verbunden und moti-

vierend gestaltet sein. Das Zusammenwirken von verschiedenen Faktoren wird

von einem Teilgebiet der Geowissenschaften, der Meteorologie (griechisch:

Lehre der Himmelserscheinungen) untersucht und aufgrund der Komplexität

und des Umfangs zumindest teilweise erklärt.

Viele Themen werden in der Grundschule maximal aus biologischer Perspekti-

ve behandelt und lassen andere naturwissenschaftliche Sichten kaum zu1. So

möchte ich mit meiner Arbeit physikalische und chemische Hintergründe im

Bereich des Wetters für die Lehrkräfte erklären und darüber hinaus Unter-

richtsmaterial erstellen, das im Grundschulunterricht eingesetzt werden kann.

Die vorliegende Arbeit ist in drei Abschnitte unterteilt: Im ersten Teil werden

die theoretischen Hintergründe (Kapitel 1 und 2) zu den Einzelthemen gege-

ben, damit das Verständnis der Zusammenhänge ermöglicht ist. Für die Kinder

werden die Erklärungen vereinfacht und an Experimenten verdeutlicht. Es fol-

gen im zweiten Teil didaktische Überlegungen zum Thema „Wetter“ in der

Grundschule (Kapitel 3). Der dritte Teil der Arbeit, der das 4. Kapitel umfasst,

bietet verschiedene Unterrichtsvorschläge. Anschließend daran folgt das er-

stellte Unterrichtsmaterial im Anhang, das nach Abschluss der Arbeit auch auf

der Internetplattform SUPRA zu finden sein wird.

Meine Arbeit baut auf einer schriftlichen Hausarbeit im Rahmen des Ersten

Staatsexamens von Katrin Olk auf. Diese heißt „Unterrichtsvorschläge zum

Thema Wetter in der Grundschule“2. Im Folgenden werden Teile aus ihrer Ar-

beit in Form von Gedanken- und Ideenansätzen übernommen und dementspre-

1 vgl. Heran-Dörr; Kahlert; Wiesner (2007), S. 1

2 Olk (2012): Unterrichtsvorschläge zum Thema Wetter in der Grundschule

2 Theoretischer Hintergrund

2

chend gekennzeichnet. Meine theoretische Auseinandersetzung mit dem fachli-

chen Hintergrund bezüglich des Wetters ist intensiver und umfangreicher. Das

Unterrichtsmaterial ist von mir in Gänze überarbeitet und aufbereitet worden.

1.1. Internetplattform SUPRA

Die Internetplattform SUPRA ist eine Möglichkeit für Lehrkräfte, fachdidak-

tisch reflektierte Materialien zu erhalten. Die von mir erstellten Arbeitsmateria-

lien werden nach Abschluss der Arbeit ebenso auf die Internetplattform SUP-

RA gestellt, sodass Grundschullehrkräfte, bei denen eine Distanz zu physikali-

schen Inhalten bekannt ist und oftmals ebenso eine fachdidaktische Ausbildung

fehlt, diese Materialien nutzen können. Zudem werden die Schülervorstellun-

gen für die Unterrichtsvorschläge berücksichtigt. SUPRA bietet nicht lediglich

Arbeitsblätter und Experimente, sondern ebenso eine Einbettung diverser Mög-

lichkeiten in das Gesamtkonzept.3 Ebenso wie in dieser Arbeit werden auf der

Internetseite Sachinformationen für die Lehrkraft, fachdidaktische Informatio-

nen, Ziele, Vorbereitungen, Ideen zum möglichen Unterrichtsverlauf und eben

vor allem Unterrichtsmaterial zu finden sein. Die Unterrichtsvorschläge sind in

erster Linie an die Primarstufe gerichtet. Mit der Aufbereitung des Themas

Wetter für den Grundschulunterricht möchte ich physikalisches Wissen für

Lehrkräfte und Schüler verständlich darstellen. In Gesprächen mit anderen

Lehrkräften wurde deutlich, dass die Physik im Sachunterricht oft nicht behan-

delt wurde, da sie Angst hatten, physikalisches Fachwissen falsch zu unterrich-

ten. Auch diesem Konflikt soll mit vielen Informationen zum Fachwissen und

zur Fachdidaktik entgegengewirkt werden. So ist es möglich, die Haltung so-

wohl von Lehrkräften als auch von Schülern zum Fach Physik zu verändern.4

Es soll verdeutlicht werden, dass die Physik ein sehr interessanter Bereich ist

und ebenso nötig ist, um die Umwelt zu verstehen.

2. Theoretischer Hintergrund

Die folgenden Erläuterungen dienen dem fachlichen Hintergrund für die Lehr-

kraft zur Ausführung der Unterrichtseinheiten. Elementarisierungen der

Fachinformationen für Grundschüler werden im dritten Teil aufgenommen.

3 vgl. Heran-Dörr, Kahlert & Wiesner (2008), S. 1

4 vgl. ebd. S. 242


3

2.1. Wetter

Das Wetter beschreibt den „Zustand der Atmosphäre zu einem bestimmten

Zeitpunkt an einem bestimmten Ort“.5 Eine Vielzahl an meteorologischen Pa-

rametern entscheidet über das Wetter, etwa die Einwirkung durch die Sonne

oder die Bewölkung (Art und Anzahl), sowie Niederschläge. Des Weiteren

gehören Temperatur, Luftfeuchtigkeit (Feuchte) und Luftdruck, Windge-

schwindigkeit und Windrichtung dazu. Abzugrenzen ist der Begriff des Wet-

ters von der Witterung und dem Klima6: Die Witterung beschreibt einen be-

stimmten Charakter des Wetterablaufs im Zeitraum von einigen Tagen bis hin

zu ganzen Jahreszeiten.7 Werden Wetterphänomene mithilfe von statistischen

Verfahren über Jahre hinweg beobachtet, können Aussagen über die mittleren

und typischen meteorologischen Verhältnisse getroffen werden, dem Klima.

Dazu gehören „Mittelwerte und deren Standardabweichungen, absolute und

mittlere Maximum- und Minimumwerte, Schwellenwerte, Kälte- und Wärme-

summen, Häufigkeitsverteilungen sowie mittlere und extreme Tages- und Jah-

resabläufe.8

Der Durchschnittswert, der aus vielen verschiedenen Werten einen neuen Wert

ergibt, heißt Mittelwert. Mittlere Werte hingegen stellen einen Wert in der Mit-

te einer Datenreihe dar. Von Interesse sind daher neben den aktuellen Tempe-

raturwerten weiterhin Höchst- und Tiefstwerte.

Zeitspanne

Wetter Stunden bis Tage

Witterung Tage bis Monate

Klima ≥ 30 Jahre

Tabelle 1: Darstellung der Zeiträume von Wetter, Witterung und Klima

5 s. Wetter und Klima (2009), S. 349

6 Der Begriff Klima (griechisch: klíma bzw. klímatos) heißt übersetzt „Neigung“, was auf den

Einstrahlungswinkel der Sonne hinweist. Durch die verschiedenen Winkel erwärmt sich die

Erdoberfläche unterschiedlich. (Dieses Phänomen wird im weiteren Verlauf mit einem Expe-

riment verdeutlicht.) 7 vgl. Wetter und Klima (2009), S.368

8 s. Häckel (2012), S. 316


4

Die Beobachtungen von ähnlichen meteorologischen Daten in bestimmten Ge-

bieten über einen längeren Zeitraum führten dazu, dass sie zu bestimmten Kli-

mazonen zusammengefasst wurden: Tropen, Subtropen, hohe bzw. gemäßigte

Mittelbreiten/Zone und Polargebiete.

Atmosphäre 2.1.1.

Allgemein ist die Atmosphäre die Gashülle, die einen Stern oder einen Plane-

ten umgibt.9 Sie ist für die Erde der Ausgangspunkt aller Wetter- und Klima-

verhältnisse. Eine Voraussetzung, dass ein Himmelskörper eine Atmosphäre

besitzt, ist eine entsprechende Größe, um eine ausreichende Anziehungskraft

auf die Gasteilchen ausüben zu können, damit diese nicht in den Weltraum

entweichen können. Eine weitere Voraussetzung ist die Temperatur an der

Oberfläche des Himmelskörpers. Durch eine zu hohe Temperatur wäre es theo-

retisch möglich, dass das Gas entfliehen kann. Der Grenzwert für diese Tempe-

ratur ist bei jedem Himmelskörper unterschiedlich. Ein großer Körper mit ho-

her Gravitation ermöglicht eine höhere Temperatur, bevor die Gasteilchen ent-

fliehen könnten. Zudem muss das Verhalten der verschiedenen Gase berück-

sichtigt werden: Moleküle, die ein geringeres Molekulargewicht haben als an-

dere und sich damit schneller bewegen als andere Teilchen (Beispiel: Helium

und Wasserstoff), können eher dem Einfluss der Gravitationskraft entkommen.

Schwerere Moleküle wie Sauerstoff, Stickstoff und Kohlendioxid bewegen

sich im Vergleich zu Sauerstoff und Helium langsamer und werden zudem von

der Gravitationskraft des Planeten stärker angezogen.10

Die Atmosphäre hängt

eng mit der Entstehung der Erde zusammen. Sie hat sich im Laufe von 4,6

Mrd. Jahren von Grund auf in ihrer chemischen Zusammensetzung immer wie-

der geändert. Durch das unterschiedliche Zusammenwirken der Atmosphäre,

der Sonne und dem Wasser haben sich verschiedene Veränderungen ergeben,

die sich maßgeblich auf das Wetter und auf das Klima auswirken.

Die Atmosphäre setzt sich aus einem Gemisch verschiedener Gase zusammen.

Ebenso enthalten sind Wasserdampf, Wassertröpfchen und Eispartikel (Hyd-

rometeore), letztere beobachten wir als Wolken und Niederschlag. Weiterhin

enthält die Atmosphäre flüssige bzw. feste Partikel (z.B. Salzkriställchen), die

9 vgl. Wetter und Klima (2009), S. 23

10 s. Häckel (2012), S. 18


5

Stickstoff 78%

Sauerstoff 21%

Argon 0,93% Kohlendioxid

0,03%

Sonstiges 0,04%

Zusammensetzung der Erdatmosphäre

Stickstoff

Sauerstoff

Argon

Kohlendioxid

Sonstiges

Aerosole. Die Konzentration einiger Gase sind von den Menschen beeinflusst

worden, was eine Bedeutung für das Klima (z.B. Treibhauseffekt, siehe Kapitel

2.5) und für die Qualität der Luft hat. Die schädlichen Fluorkohlenwasserstoffe

(FCKW) sind erst durch die Menschen in die Atmosphäre gelangt.

Die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre ergibt sich wie folgt:

Abbildung 1: Zusammensetzung der Erdatmosphäre

Die Atmosphäre erstreckt sich von der Oberfläche aus rund 2400 km ins Welt-

all hinein und besteht aus mehreren Schichten: Nahe an der Erdoberfläche be-

findet sich die Troposphäre (0-20 km Höhe). Sie endet mit der Tropopause,

bei der die ozonbedingte Schichtung beginnt.11

Die Stratosphäre reicht etwa

von 20 bis 50 km, in der auch keine Wolken mehr auftreten. Das ist so, da die

„wärmere Stratosphäre wie ein Deckel auf der kälteren Troposphäre liegt“.12

Die Stratosphäre wird auch als Ozonschicht bezeichnet, da sich ca. 90 % des

Ozons dort befinden. Das Ozon (O3) bildet sich unter dem Einfluss der Sonne

(kurzwellige UV-Strahlung) aus molekularem Sauerstoff. Durch die Absorpti-

on von UV-Strahlen zerfällt das Ozon immer wieder. Sauerstoffmoleküle la-

gern sich jedoch wieder an frei gewordene Sauerstoffatome an. Es besteht ein

Gleichgewicht zwischen Entstehung und Zerfall von Ozon. Die Ozonschicht ist

für uns besonders wichtig, da sie den größten Teil der UV-Strahlung absorbiert

11

vgl. Häckel (2012), S. 59 12

s. Crummenerl (2010), S. 5


6

und damit verhindert, dass diese Strahlung in vollem Umfang auf die Erde ge-

langt. Außerdem spielt das Ozon noch eine weitere wichtige Rolle, da es den

Wärmehaushalt der Erde kontrolliert: Bei der Strahlungsabsorption wird

gleichzeitig Strahlungsenergie in Wärmeenergie umgewandelt. Daraus folgt

eine Temperaturzunahme in der Stratosphäre. Würde sich der Ozongehalt in

der Stratosphäre vermindern und erhöhen, hätte dies weitreichende Folgen für

das Klima auf der Erde. Ozon kann auch in Bodennähe entstehen und zu Smog

führen. Dieses entsteht in Gebieten mit hoher Abgasbelastung. Das Ozon in der

Stratosphäre ist jedoch für den Wärmehaushalt auf der Erde zwingend notwen-

dig.13

Die Mesosphäre reicht von etwa 50 bis 80 km, die Thermosphäre von 80 bis

500 km und ab etwa 500 km spricht man von der Exosphäre. Die Troposphäre

und die Stratosphäre enthalten über 99 Prozent der Luftmasse der Atmosphäre.

Darüber hinaus ist die Luftdruck so gering, dass nicht mehr von Luft gespro-

chen werden kann.14

Das Wetter spielt sich jedoch ausschließlich in der unters-

ten Sphäre, der Troposphäre ab.

Die Ionosphäre15

erstreckt sich über mehrere Stockwerke, angefangen mit der

Mesosphäre bei 60 km Höhe, über die Thermosphäre, bis zu der Exosphäre in

etwa 1000 km.16

Die Ionisierung der vorhandenen Gase erfolgt bereits „in den

unteren Schichten der Atmosphäre durch kosmische Strahlung und die Strah-

lung radioaktiver Elemente der obersten Bodenschicht“.17

In höheren Schichten

kommt die Ultraviolettstrahlung der Sonne hinzu, die durch die Ionisierung

bewirkt, dass dort Radiowellen reflektiert oder absorbiert werden.

Die Höhenangaben der verschiedenen Sphären sind innerhalb der Literatur

unterschiedlich angegeben. Die genannten Daten sind aufgrund der nachvoll-

ziehbaren Daten (insbesondere für Kinder) dem WAS-IST-WAS-Buch von

CRUMMENERL (2010) entnommen.18

13

vgl. Häckel (2012): S. 30f. 14

s. Crummenerl (2010), S. 5 15

vgl. Deutscher Wetterdienst 16

vgl. Wetter und Klima (2009), S. 151 17

s. ebd., S. 151 18

s. Crummenerl (2010), S. 5


7

Eine Übersicht der beschriebenen Sphären bietet die folgende Übersicht, eben-

so aus dem genannten WAS-IST-WAS-Buch von CRUMMENERL entnom-

men. Diese Übersicht ist insbesondere für Kinder geeignet und ansprechend.

Abbildung 2: Schichten der Erdatmosphäre

Abbildung 3: 19

Atmosphäre (vereinfacht)

Nicht alle Himmelskörper haben eine Atmosphäre, z.B. der Erdmond. Dieser

ist kleiner als die Erde. Der Mond besitzt nur etwa 17% der Anziehungskraft

im Vergleich zur Erde. Es gibt dort keine Atmosphäre, die ein Leben ermög-

licht.

Die sonnenbeschienende Seite der Erde wird in Extremfällen wärmer als 40°C,

auf dem Mond wird hingegen eine Temperatur bis zu 130°C erreicht.20

Diese

19

s. Undorf (2011): S. 12


8

Ansicht ist hierbei sehr vereinfacht und knapp dargestellt, tatsächlich handelt

es sich dabei um einen nicht vollständig geklärten und komplizierten Sachver-

halt.

Zusammenfassend gilt damit, dass in der Troposphäre das ganze Wetterge-

schehen stattfindet.

Wetterelemente und ihre Messung 2.1.2.

Meteorologische Elemente beschreiben den Zustand der Atmosphäre oder ihre

Vorgänge. Dazu gehören Strahlung, Temperatur, Luftdruck, Wind, Wolken,

Luftfeuchtigkeit, Bodenzustand und Verdunstung. Diese Elemente werden im

Folgenden erklärt. Zudem wird beschrieben, wie diese Erscheinungen gemes-

sen und ausgewertet werden können.

Temperatur

Der Begriff der Temperatur kann wie in SUPRA ausgeführt, in Anknüpfung an

das Empfinden für warm und kalt eingeführt werden.

Es besteht ein Zusammenhang zwischen der Temperatur eines Körpers und der

Bewegungsintensität der Atome bzw. Moleküle. Ist die Bewegung der Atome

stärker, umso wärmer ist der Gegenstand, sind sie schwächer, ist der Körper

kälter. Bei einer Temperaturerhöhung eines Festkörpers bleiben die „Gitterbau-

steine“ prinzipiell an ihrer Position, bewegen sich in ihrem Raster jedoch mehr.

Ähnlich verhält sich dies auch in flüssigen Stoffen. In Gasen bewegen sich die

Teilchen jedoch noch schneller.21

Für die Temperatur wird am häufigsten die für uns gebräuchlichste Skala, näm-

lich Celsius (°C) verwendet. Sie ist nach dem Gefrierpunkt (0°C) und dem Sie-

depunkt (100°C) des Wassers unter Normaldruck (1013,2 mbar) definiert.

Dennoch wird man die Angabe der Temperatur auch gelegentlich in Fahrenheit

(°F) finden. Eine weitere Skala wird in Kelvin (K) angegeben. Dieser wird

heutzutage hauptsächlich in der Physik verwendet. Der absolute Nullpunkt

20

vgl. Häckel (2012), S. 18 21

vgl. SUPRA [http://www.supra-lernplattform.de/index.php/lernfeld-natur-und-technik/warm-

kalt/sachinformationen-fuer-die-lehrkraft; Zugriff: 23.03.2014]


9

liegt bei 0 K ≙ 273,15°C. Eine Umrechnung von Kelvin zu °C funktioniert wie

folgt: K = °C + 273,15.

Ein Temperaturunterschied wird durch folgende Effekte deutlich:

Ausdehnung von Flüssigkeiten und festen Körpern

Änderung des elektrischen Widerstands

Thermoelektrischer Effekt bzw. Seebeck-Effekt

(Zwischen zwei Kontaktpunkten zweier unterschiedlicher elektrischer

Leiter, die eine verschiedene Temperatur haben, entsteht eine elektri-

sche Spannung. Diesen Effekt hat Thomas Johann Seebeck entdeckt.)

Strahlungsemission nach dem Planckschen Gesetz

(Jeder Körper, dessen Temperatur sich nicht beim absoluten Nullpunkt

befindet, sendet elektromagnetische Strahlung aus, die im Verhältnis

zur Temperatur und zur Wellenlänge steht. Die messbare, absorbierte

Strahlungsleistung ist direkt proportional zu T4. Damit kann von der

gemessenen Strahlungsleistung auf die Temperatur des abstrahlenden

Gegenstandes geschlossen werden.22

)

Dieses Basiswissen ist nützlich, um Temperaturänderungen zu verdeutlichen.

23Eine Ausdehnung von Flüssigkeiten ist sichtbar an einem Thermometer mit

Alkohol: Bei einem Temperaturanstieg steigt die Flüssigkeit in der engen Ka-

pillare empor. Mithilfe einer daran angebrachten Skala kann die Temperatur

abgelesen werden.

Niederschlag

Der Niederschlag wird in Millimetern (mm) Niederschlagshöhe pro Quadrat-

meter angegeben. Ein Niederschlagsmesser ist in vereinfachter Form ein Be-

hältnis, das den jeweiligen Niederschlag auffängt. Diese Menge wird in einem

Messzylinder gemessen. Trotz des recht einfachen Verfahrens ist es möglich,

dass dabei Messfehler entstehen. Darum muss darauf geachtet werden, dass

eine bestimmte Entfernung vom Niederschlagsmesser zu Hindernissen, wie

Bäumen oder Sträucher vorhanden ist. Auch Verdunstungsprozesse und andere

derartige Beeinflussungen spielen dabei eine Rolle. Im amtlichen Klimanetz

22


vgl. Häckel (2012), S. 375


10

wird der Niederschlag jeden Tag um 7 Uhr abgelesen, um möglichst gute und

vergleichbare Ergebnisse zu bekommen. Es gibt verschiedenartige Nieder-

schläge. Eine ausführlichere Darstellung ist in Kapitel 2.4.3. zu finden.

Sonnenstrahlung

Bei der Sonnenstrahlung ist die Strahlungsintensität (W/m²) und die Sonnen-

scheindauer (in Stunden) zu messen. Die Intensität wird mit einem Pyrometer

gemessen. Diese „bestehen aus einer geschwärzten Thermosäule aus mehreren

Thermoelementen, die einen Wärmestrom erzeugen, dessen Stärke ein Maß für

die Strahlungsintensität ist“.24

Die Sonnenscheindauer gibt an, wie lange die

Sonne an einem bestimmten Punkt an den einzelnen Tagen des Jahres über

dem Horizont stehen kann (Horizontvermessung).25

Die tatsächliche Sonnen-

scheindauer wird mit einem Sonnenscheinautographen gemessen und aufge-

zeichnet.

Luftdruck

Der Luftdruck ist der Druck, der in der Lufthülle der Erde herrscht. Er kommt

zustande durch die Gravitationskraft, die die Erde auf die Lufthülle ausübt.

Gemessen wird diese mithilfe eines Barometers und in Hektopascal (1 hPa = 1

mbar = 105N/m

2) angegeben. Der Luftdruck hängt von der Höhe (vom Meeres-

niveau aus betrachtet) ab, mit der Höhe nimmt er ab. In 3000 m über dem Mee-

resspiegel ist er auf 68% gesunken.

Luftfeuchtigkeit

Für die Messung der Luftfeuchtigkeit gibt es verschie-

dene Möglichkeiten. Eines davon ist das Hygrometer.

Es misst die relative Luftfeuchte der Luft oder allge-

mein von Gasen. Durch eine Luftfeuchtigkeitsände-

rung folgt beispielsweise bei einem Haarhygrometer

eine Längenänderung des Haars, die durch ein Hebel-

system eine Anzeige auf einer Skala bewirkt.26

24

s. Wetter und Klima (2009), S. 263 25

vgl. Häckel (2012): S. 403 26

s. Wetter und Klima (2009), S. 149

Abbildung 4: Haarhygrometer


11

Verdunstung

Die Verdunstung ist eine sehr unsichere meteorologische Größe. Die Menge

des verdunsteten Wassers kann in einer Verdunstungspfanne direkt in mm ab-

gelesen werden. Bei anderen Messgeräten wird das Gewicht der wassergefüll-

ten Schale gemessen. Die Ergebnisse der unterschiedlichen Messvariationen

sind untereinander nicht vergleichbar.27

Wind

Der Wind hat eine Windrichtung und ebenso eine Windgeschwindigkeit. Die

Windrichtung wird überwiegend mit einer Windfahne oder mithilfe eines Scha-

lenkreuzanemometers angegeben.

Abbildung 5: Schalenanemometer

28

Die Richtungsangabe erfolgt in Grad (Osten = 90°, Süden = 180°, Westen =

270° und Norden = 360°) Die Windgeschwindigkeit wird in verschiedenen

Maßen angegeben, wie z.B. in Meter pro Sekunde (m/s) oder Kilometer pro

Stunde (km/h). Die Windstärke bezeichnet die Stärke des Windes in Boden-

oder Wasseroberflächennähe (ca. 10 m Höhe). Sir Francis Beaufort hat Wind-

wirkungen beobachtet und diese in verschiedene Stufen unterteilt. Die Beau-

fort-Skala ist in 13 (0 – 12) Grade unterteilt. Diese 13-stufige Skala orientiert

sich an den sichtbaren Auswirkungen des Windes auf dem Land bzw. auf See

an.

27

vgl. Häckel (2012), S. 395 28

s. ebd. S. 397


12

Windstärke Geschwin-

schwin-

digkeit in

km/h

Auswirkungen an

Land

Auswirkungen auf

See

0 Windstille bis 1 Rauch steigt senkrecht

auf spiegelglatte See

1 leichter Zug 1 – 5

Rauch zieht leicht ab,

Windfahne bleibt un-

bewegt

leichte Kräuselwel-

len

2 leichte Brise 6 – 11 Wind im Gesicht fühl-

bar, Blätter rascheln

kleine, kurze Wel-

len

3 schwache

Brise 12 – 19

Blätter und dünne

Zweige bewegen sich

Anfänge der

Schaumbildung

4 mäßige Brise 20 – 28

dünne Äste bewegen

sich, loses Papier hebt

sich

Wellen werden län-

ger, Schaumköpfe

treten ziemlich ver-

breitet auf

5 frische Brise 29 – 38

Größere Zweige und

kleine Bäume bewegen

sich

Längere Wellen,

überall weiße

Schaumkämme

6 starker Wind 39 – 49

Starke Äste bewegen

sich, Regenschirm ist

umständlich zu benut-

zen

Bildung großer

Wellen, Kämme

brechen sich, ver-

einzelt Gischt

7 steifer Wind 50 – 61 Bäume schwanken,

Gehen wird erschwert

weiße Schaumstrei-

fen, See türmt sich

8 stürmischer

Wind 62 – 74

Zweige brechen, Ge-

hen wird erheblich

erschwert

mäßig hohe Wel-

lenberge

9 Sturm 75 – 88

kleinere Schäden an

Häusern (Ziegel wer-

den abgeworfen)

hohe Wellenberge,

Gischt kann die

Sicht beeinträchti-

gen

10 schwerer

Sturm 89 – 102

Bäume entwurzeln,

bedeutende Schäden

an Häusern

sehr hohe Wellen-

berge, See weiß

durch Schaum

11 orkanartiger

Sturm 103 – 117

Autos werden aus der

Spur geworfen, Gehen

ist unmöglich

außergewöhnlich

hohe Wellenberge,

Gischt setzt Sicht

herab

12 Orkan 118 – 133 schwerste Verwüstun-

gen

See vollständig

weiß, keine Fern-

sicht Tabelle 2 Beaufort – Skala

29

29

vgl. Häckel (2012): S. 401f.


13

Wolken

Bereits vor der Zeitenwende vor der Geburt Christi wurden die Wolken als ein

Kennzeichen oder Vorbote für ein bestimmtes Wetter beschrieben. So wurden

diese in ihren Formen und Farben unterschieden, um damit Aussagen zum

Wetter zu treffen. So werden die Wolken noch heute klassifiziert, dokumentiert

ist dies im „International Cloud Atlas“. Wolken werden nach ihren verschiede-

nen Familien und Gattungen unterschieden. Die Wolkenfamilie beschreibt die

Höhe, in der sich die Wolken befinden. Die Gattung bestimmt die generelle

Wolkenform.30

Eine ausführliche Übersicht über die Wolkenfamilien und

Wolkengattungen ist im Kapitel 2.3.3.2. zu finden.

Bodenzustand

In der Praxis wird der Bodenwassergehalt häufig mit einem Tensiometer ge-

messen. Eine exakte Bestimmung ist dennoch auch mit heutiger Technik prob-

lematisch.31

2.2. Strahlung der Sonne

Die Sonne ist der entscheidende Faktor für das Leben auf der Erde. Ohne sie

gäbe es weder Leben noch jegliche Wettererscheinungen. Die Sonne erwärmt

die Erde, wodurch als Folge Druckunterschiede in der Luft entstehen, bei deren

Ausgleich Wind entsteht. Durch das Vorhandensein der Atmosphäre in der

bisherigen chemischen Zusammensetzung ist überhaupt Leben möglich. Wenn

die Sonnenstrahlung durch die Atmosphäre die Erde erreicht, sind zwei Szena-

rien denkbar: Es ist möglich, dass nichts Ungewöhnliches passiert und die

Strahlung die Erde einfach erreicht (direkte Sonnenstrahlung). Diese Strahlung

ermöglicht, dass die Sonne am Himmel zu sehen und die Schatten wirft.32

Des

Weiteren können Wechselwirkungen der Sonnenstrahlung mit Luftmolekülen

entstehen.

30

vgl. Häckel (2012), S. 311ff. 31

vgl. ebd. S. 396 32

vgl. Häckel (2012): S. 196


14

Streuung und Absorption

„Die Energieentnahme von einer einfallenden Welle und die nachfolgende

Wiederausstrahlung eines Teils der Energie nennt man Streuung.“33

Wenn die

Streuung nur in eine Richtung stattfindet, bezeichnet man diese als Reflexion.

Reflexion ist ein Sonderfall der Streuung. Dabei tritt durch Interferenz34

der

gestreuten Strahlung eine Vorzugsrichtung auf (Reflexionsgesetz). Ein Beispiel

für die Streuung ist der Zigarettenrauch in einem Zimmer, der durch einen her-

einfallenden Lichtstrahl „sichtbar“ wird. Dabei werden die Lichtstrahlen der

Staubpartikel so abgelenkt, dass die Lichtstrahlen ins Auge des Betrachters

fallen. So wird auch eine beschlagene Fensterscheibe trüb, weil die anhaften-

den Wassertröpfchen das Licht in alle Richtung streut und damit „das Erken-

nen der ursprünglichen Strahlungsrichtung unmöglich wird.“35

Der Anteil der

wiederabgestrahlten Energie hängt von der Beschaffenheit der bestrahlten

Oberfläche ab und hat eine große Bedeutung für das Wetter und das Klima. Ist

der Boden dunkel (Erde), reflektiert dieser nur einen geringen Anteil der Son-

nenstrahlung. Eine weiße saubere Schneedecke reflektiert den Großteil der

Strahlung, wirft sie also zurück. Die sogenannte Albedo ist ein Maß für den

Reflexionsgrad eines Körpers. Albedo stammt vom lateinischen Wort „albus“

und bedeutet wörtlich „Grad der Weißheit“.36

Je heller eine Fläche ist, auf die

Lichtstrahlen eintreffen, desto weniger Bewegungsenergie erhalten die Mole-

küle, die unter der Fläche sind. Je dunkler eine Fläche ist, desto mehr Bewe-

gungsenergie wird an die darunter liegenden Moleküle weitergegeben ( Ab-

sorption). Bei den Reflexionseigenschaften ist der Einfallswinkel der Strahlen

entscheidend: Treffen die Sonnenstrahlen senkrecht auf die Wasseroberfläche

ein, ist der reflektierte Anteil recht niedrig und liegt bei 3 – 10 %. Der Anteil

steigt aber mit sinkender Sonne schnell an und kann bei streifendem Einfall

sogar bei 100 % liegen.37

„Die Aufnahme von Licht und damit auch der Energie des Lichts durch Stoffe

wird als Absorption bezeichnet.“38

Die dunkle Erde absorbiert jedoch den

Großteil der Strahlen, nimmt sie also auf. Die Schneedecke hingegen absorbiert

33

s. Eugene Hecht, Optik, Addison-Wesley, 1989, S. 309 34

Interferenz meint die Überlagerung von Wellen. 35

s. Häckel (2012): S. 186 36

vgl. ebd. S. 194 37

vgl. ebd. S. 194 38

s. ebd. S. 324


15

nur einen geringen Teil des Lichtes. Fühlbar ist dies im Sommer an dunkler

Kleidung, die das Sonnenlicht absorbiert. Die Energie des Lichts wird dabei

aufgenommen und von dunkler Kleidung absorbiert. Die Moleküle werden

durch Aufnahme der Sonnenenergie selbst energiereicher. Spürbar ist dies als

Wärme.

Astrophysikalische Grundlagen 2.2.1.

Die Sonne ist rund 4,5 Milliarden Jahre alt. Sie ist ein Stern von vielen Milliar-

den innerhalb der Milchstraße. Sie ist der Zentralkörper des Sonnensystems.

Die Sonne hat einen Durchmesser von ca. 1.392.530 km und ist damit 109-mal

so groß wie die Erde. Die mittlere Entfernung zur Erde beträgt 149,6 Mio. km.

Der Hauptbestandteil der Sonne ist Wasserstoff (92,1%), der Rest besteht aus

Helium (7,8%) und zu 0,1% aus Sauerstoff, Kohlenstoff, Neon und Stick-

stoff.39

Die Gasdichte nimmt von innen nach außen ab. Dabei wird vom Son-

neninneren und der Sonnenatmosphäre unterschieden.40

Die Photosphäre trennt

das Innere und das Äußere der Sonne. Sie ist allerdings nur 300 – 400 km breit.

In ihr „wird die Energie nur durch die Bewegung der Materie transportiert“.41

An manchen Stellen der Photosphäre sind Sonnenflecken zu finden, die starke

Magnetfelder enthalten. Da ihre Temperaturen geringer sind als die der Sonne,

kennzeichnen sich die Flecken durch eine dunklere Färbung. Im Inneren der

Sonne herrschen ungefähr 15 Mio. °C. An der oberen Grenze der Photosphäre

grenzt die Chromosphäre. Dieser Bereich ist kurz vor bzw. kurz nach einer

totalen Sonnenfinsternis als rötlicher Rand zu erkennen. Die Chromosphäre ist

im Gegensatz zur Photosphäre nicht nur 300 – 400 km breit, sondern hat eine

Dicke von bis zu 10.000 km.42

Die Sonne wird von den acht Planeten mit ihren

Monden umrundet. Die Erde benötigt 365 Tage, um die Sonne zu umrunden.

Des Weiteren dreht sich die Erde um ihre eigene Erdachse. Diese verläuft nicht

senkrecht, sondern hat einen Neigungswinkel von etwa 23° gegen die Bahn-

ebene um die Sonne. Eine Drehung um die Erdachse dauert einen Tag. Die

Erde hat einen Durchmesser von 17.756 km (am Äquator). Die Landfläche der

39

vgl. Wikipedia „Sonne“ 40

vgl. Deiters, Dr. Pailer, Deyerler (2008), S. 54 41

s. ebd., S. 59 42

s. ebd., S. 59


16

Erde hat einen prozentualen Anteil von ca. 41 % (149 Mio. km²), das Wasser

hat eine größere Fläche: 361 Mio. km².

Die Erde hat einen festen Innenkern, der von einem flüssigen äußeren Kern

umschlossen ist. Der Erdkern besteht vor allem aus Eisen und Nickel. Ein

Seismograph, ein sehr sensibles Gerät, kann Erdbebenwellen erfassen und

messen. Es gibt im Wesentlichen P-Wellen (Primär-Wellen) und S-Wellen

(Sekundär-Wellen). Die Wellen treffen dabei auf verschiedene Materialien, die

unterschiedliche Beschaffenheit und Dichten aufweisen. Dabei wird zudem die

Ausbreitungsgeschwindigkeit geändert und die Wellen werden reflektiert.

Hochempfindliche Seismographen erfassen diese und werten sie aus. Da dabei

auch Wellen unterschiedlicher Geschwindigkeiten ausgesandt werden, die mit

der verschiedenen Materialbeschaffenheit begründet werden, kam man daher

auf die Vorstellung des Schalenbaus der Erde.43

Der größte Teil ist der Erdmantel. Dieser umschließt den Erdkern und besteht

aus Silikatgestein. Der Erdmantel wird von der Erdkruste, die ebenfalls aus

Silikatgestein besteht umschlossen.44

Die ganze Erdkugel wird von der Atmo-

sphäre eingeschlossen.

Abbildung 6: Aufbau der Erde

43

s. Deiters, Dr. Pailer, Deyerler (2008), S. 88 44

vgl. Deiters, Dr. Pailer, Deyerler (2008), S. 88


17

Jahreszeiten 2.2.2.

Man unterteilt das Jahr in vier Jahreszeiten, die sich aufgrund ihrer astronomi-

schen und klimatischen Eigenschaften voneinander unterscheiden. Astronomi-

sche Jahreszeiten richten nach dem Stand der Sonne. Klimatische Eigenschaf-

ten werden dabei durch bestehende meteorologische Zustände beschrieben. Die

im Alltag gemeinten Jahreszeiten entsprechen den klimatischen Jahreszeiten;

Frühling, Sommer, Herbst und Winter. Die Jahreszeiten werden durch die un-

terschiedliche Sonneneinstrahlung und die damit verbundenen Wärmeverhält-

nisse auf der Erde verursacht und bewirken damit die unterschiedlichen klima-

tischen Bedingungen.

Die Umlaufzeit der Erde um die Sonne auf einer fast kreisförmigen Ellipse,

oder auch Evolutionsperiode oder Erdrevolution genannt, dauert 365 Tage. Die

Erde dreht sich zudem um ihre eigene Erdachse. Die Jahreszeiten verändern

sich dadurch, dass die Rotationsachse der Erde nicht senkrecht zu ihr steht,

sondern mit der Ebene der Umlaufbahn, der Ekliptik, einen Winkel von 66,5°

bildet und damit um 23,5° geneigt ist.45

Legt man die Dauer eines Tages durch

den Zeitunterschied zwischen zwei Höchstständen der Sonne fest, ergeben sich

im Laufe des Jahres Abweichungen bis zu 15 Minuten. Diese rühren vor allem

von der unterschiedlichen Bahngeschwindigkeit der Erde um die Sonne her.

Der Mittelwert aller Sonnentage ergibt recht genau 24 Stunden.46

Durch die

ellipsenförmige Umrundung der Erde um die Sonne folgt, dass sich der Ab-

stand zwischen der Sonne und der Erde ändert. In Sonnennähe (Periphel) be-

trägt sie 147,1 Millionen, in Sonnenferne (Aphel) 152,1 Millionen Kilometer.

Die mittlere Entfernung beträgt 149,6 Millionen Kilometer.47

Diese Schwan-

kung bewirkt praktisch keinen Einfluss auf das Zustandekommen der Jahres-

zeiten auf der Erde, entscheidend dafür ist der unterschiedlichen Neigungswin-

kel der Sonnenstrahlen zur Erde. Am nächsten steht die Erde der Sonne in der

ersten Januarwoche, am entferntesten um den 6. Juli.48

Die Jahreszeiten kom-

men jedoch nicht durch die Entfernung der Erde zur Sonne zustande, da die

45

vgl. Häckel (2012): S.180 46

vgl. Wikipedia. Erdrotation.

[http://de.wikipedia.org/wiki/Erdrotation#Zeitliche_Ver.C3.A4nderlichkeit] und

Übelacker, Erich (1984): S. 16 47

vgl. ebd. S. 11 48

vgl. Übelacker, Ernst (1984): S.11


18

Sonne beispielsweise am 2. Dezember, also im Winter, der Erde zwar am

nächsten steht, aber gemessen an ihrer niedrigen Mittagshöhe kaum ins Ge-

wicht fällt.

Aufgrund dieser Neigung ist die Nord- bzw. Südhalbkugel im Sommer der

Sonne zugewendet, im Winter jedoch abgewendet. Ist auf der Nordhalbkugel

Sommer, ist aufgrund des Winkels der Rotationsachse zur Umlaufbahn auf der

Südhalbkugel Winter und umgekehrt. Im Herbst und im Frühling sind die Son-

nenstrahlen auf beide Hälften der Erde in etwa gleich stark.49

So bewirkt die

Sonne durch den Einstrahlungswinkel, sowie der Dauer und der Intensität eine

die unterschiedlichen klimatischen Bedingungen auf der Erde.

Abbildung 7: Jahreszeiten50

Zusammenfassend gilt:51

Der Umlauf der Erde um die Sonne und die Stellung der Erdachse beeinflussen

die Jahreszeiten. Da die Erdachse sich im Winkel von 23,5° zur Bahnebene der

Erde um die Sonne bewegt, entstehen dadurch unterschiedliche Sonnenein-

strahlungen und verschiedene Einfallswinkel, die bewirken, dass die Sonnen-

strahlen im Winter flach bzw. schräg auf die Erdoberfläche treffen. Im Sommer

ist der Einfallswinkel viel steiler. Ebenso resultiert daraus die Tatsache, dass

49

vgl. Crummenerl (2010): S.9 50

s. Crummenerl (2010): S. 9 51

vgl. SUPRA [http://www.supra-lernplattform.de/index.php/lernfeld-natur-und-technik/licht-

und-schatten/einheit-7-wie-entstehen-sommer-und-winter?showall=&start=1;Zugriff:

23.03.2014]


19

die Sonnenscheindauer im Sommer sehr hoch (etwa 16 Stunden) ist und Winter

eher niedrig (etwa 8 Stunden).52

2.3. Wind und Luft

Luft bezeichnet ein Gasgemisch der Erdatmosphäre. Im natürlichen Zustand ist

Luft geschmacks- und geruchsneutral und zudem nicht sichtbar. Die Luft in

ihrer Zusammensetzung spielt für alle Lebewesen eine überlebenswichtige Rol-

le.

Als Voraussetzung für den Verlauf zum Thema Wind und Luft wird zunächst

der statische Auftrieb erklärt. Anhand dessen sind weitere Erklärungen zu See-

und Landwind verständlicher.

Statischer Auftrieb 2.3.1.

Der Auftrieb in Flüssigkeiten und Gasen wird in SUPRA in der Lerneinheit

„Auftrieb“ (in Vorbereitung) ausführlich behandelt. Dort wird er anhand eines

getauchten U-Bootes erläutert. Hier wird der Entwurf eines noch nicht in

SUPRA veröffentlichten Sachtextes (pers. comm. Prof. Dr. Dr. Hartmut Wies-

ner) dargestellt.

Man unterscheidet zwischen dynamischem und statischem Auftrieb. Der dy-

namische Auftrieb beschäftigt sich mit der Kraft, die sich aus der Umströmung

einen Körpers (Beispiel Tragfläche eines Flugzeugs) ergibt. Der statische Auf-

trieb, der für das Wetter relevant ist, beschreibt eine Kraft, die sich aus Druck-

unterschieden in einem Medium wie Wasser oder Luft ergibt ( archimedi-

sches Prinzip). Dieser statische Auftrieb „ist eine der Schwerkraft entgegenge-

setzte Kraft in Flüssigkeiten oder Gasen“.53

„Ein getauchtes U-Boot ist von allen Seiten dem Wasserdruck ausgesetzt. Die-

ser Druck steigt mit der Wassertiefe an. Diese Abhängigkeit von der Wassertie-

fe bedingt, dass der Druck an der Unterseite des Bootes etwas größer als auf

der Oberseite ist. Das Wasser übt deshalb auf die Unterseite eine größere

Druckkraft auf das Boot (nach oben) aus als die Kraft, die auf der Oberseite

nach unten drückt.

52

vgl. Übelacker (1984): S.15 53

s. Wikipedia „Statischer Auftrieb“


20

Abbildung 8: Statischer Auftrieb

Die Druckkräfte Fs von den Seiten sind gleich groß, sie heben sich in ihrer

Wirkung gegenseitig auf. Wir lassen sie deshalb in den folgenden Betrachtun-

gen weg. Insgesamt bleibt also eine nach oben gerichtete Kraft übrig, die das

Boot nach oben schiebt. Diese nach oben gerichtete Kraft nennt man Auftrieb.

Es gibt aber noch eine weitere Kraft auf das Boot: die Gewichtskraft FG, die

die Erde auf das Boot ausübt und die das Boot nach unten zieht.

Die Druckkraft von oben und die Gewichtskraft schieben das Boot nach unten,

die Druckkraft von unten schiebt es nach oben. Ist die nach oben schiebende

Kraft insgesamt größer als die nach unten wirkende, wird das Boot so lange

nach oben geschoben, bis es auftaucht: es schwimmt. Es galt unter Wasser Fu

> Fo + FG. Aber wenn es aufgetaucht ist, wirkt die Druckkraft des Wassers von

oben nicht mehr (Fo = 0). Das Boot wird so lange aus dem Wasser geschoben,

bis die dadurch kleiner werdende Druckkraft Fu von unten genau so stark wie

die Gewichtskraft geworden ist.

Sind beim getauchten U-Boot Gewichtskraft und Druckkraft Fo von oben zu-

sammen größer als die nach oben schiebende Druckkraft Fu von unten, dann

sinkt das Boot. Es ist Fu < Fo + FG. Sind sie gleich, also Fu = Fo + FG, dann

schwebt das Boot im Wasser.

Dichtevergleich und Auftrieb

Hat der Körper das Volumen VK, dann ist der Auftrieb (also die Differenz der

nach oben und der nach unten wirkenden Druckkraft) gegeben durch


21

FA = W·g·VK, wenn der Körper vollständig eingetaucht ist. W ist die Dichte

des Wassers (Dichte = Masse/Volumen). Das ist gerade die Gewichtskraft

einer Wassermenge mit dem Volumen VK. Oder mit anderen Worten: die Auf-

triebskraft FA ist gleich der Gewichtskraft FG der von dem Körper verdrängten

Wassermenge. Die Bedingungen für Schweben, Sinken oder Schwimmen in

Wasser lassen sich dann auch durch Vergleich der Dichten von Wasser und der

Dichte vom Körper angeben:

W = K Schweben

W < K Sinken

W > K Schwimmen

Für Anwendungen auf Schiffe, Boote, u.a. Körper, die oben offen sind, ist der

Dichtevergleich nicht so einfach wie es auf den ersten Blick aussieht. Denn

was ist das Volumen eines Ruderbootes oder eines Kreuzfahrtschiffes?

Warmes Wasser, das von kälterem Wasser umgeben ist, steigt auf

Nun nehmen wir an, an der Stelle des U-Bootes haben wir dort Wasser. Sein

Volumen ist VB. Auf diese Wassermenge wirkt eine Gewichtskraft, die dieses

Wasser nach unten zieht. Aber es wirkt auch eine Auftriebskraft nach oben.

Beide Kräfte sind gleich, so dass dieses Wasservolumen im umgebenden Was-

ser schwebt.

Jetzt nehmen wir an, dass das Wasser mit noch immer dem gleichen Wasservo-

lumen VB eine höhere Temperatur als das umgebende Wasser hat. Nun wiegt

aber ein Liter warmes Wasser weniger als ein Liter kalten Wassers, denn beim

Erwärmen vergrößert sich das Volumen des Wassers. Deshalb ist die Ge-

wichtskraft auf das Wasservolumen mit höherer Temperatur kleiner als auf ein

gleichgroßes Volumen kalten Wassers. Insgesamt ergibt sich eine nach oben

schiebende Kraft, das warme Wasser steigt auf.


22

Auftrieb in Luft

Ganz analog wie bei einem Boot im Wasser wirkt auf einen Körper, der von

Luft umgeben ist, ein Auftrieb (natürlich auch eine Gewichtskraft). Mit dem

Abstand von der Erdoberfläche nimmt der Luftdruck ab, denn mit der Höhe

nimmt die Dicke der darüber liegenden Luftschicht ab, dort wird die Luft nicht

mehr so stark gedrückt.

Wie beim Wasser ist deshalb die Druckkraft auf die Unterseite eines Ballons

größer als die Druckkraft auf die Oberseite, es gibt eine nach oben gerichtete

Auftriebskraft. Ist die Gewichtskraft auf den Ballon größer als der Auftrieb,

sinkt der Ballon nach unten. Sind Gewichtskraft und Auftrieb gleich stark,

schwebt er. Ist der Auftrieb größer als die Gewichtskraft, steigt er nach oben

(Aufstieg eines Heißluftballons).

Genauso, wie warmes Wasser in umgebendem kaltem Wasser aufsteigt, steigt

warme Luft auf, wenn sie von kälterer Luft umgeben ist. Ein Heizkörper er-

wärmt die ihn umgebende Luft und diese steigt dann in der kälteren Luft im

Zimmer auf. Insgesamt bildet sich ein Luftkreislauf aus und die Luft in dem

ganzen Zimmer wird erwärmt.“54

Land- und Seewind 2.3.2.

Wind entsteht durch Luftdruckausgleiche und ist damit bewegte Luft. Zu be-

trachten ist eine Küstenzone mit einer Landfläche und dem Meer. Diese Berei-

che sind gleichen Luftdrucks. Scheint nun die Sonne auf diese Flächen, ist zu

beobachten, dass das Land schneller erwärmt wird als das Wasser. Der Tempe-

raturanstieg der darüber liegenden Luft hat die Auswirkung, dass diese wärme-

re Luft sich ausdehnt und damit aufgrund der Dichtebeschaffenheit nach oben

bewegt. Dabei steigt der Luftdruck in der Höhe, bleibt am Boden jedoch un-

verändert. Über dem Land in der Höhe ist der Luftdruck also höher (Hoch-

druckgebiet) als in der gleichen Höhe über dem Wasser (Tiefdruckgebiet). Na-

he der Wasser- und Erdoberfläche ist der Luftdruck jedoch gleich. So bewegt

sich die Luftmasse, die zuvor in der Höhe über der Landfläche war, in der Hö-

he über das Wasser. In Boden- und Wassernähe ist diese Notwendigkeit durch

den gleichbleibenden Luftdruck nicht gegeben. So sammelt sich über dem

54

pers. comm. Prof. Dr. Dr. Hartmut Wiesner


23

Wasser eine größere Masse, der Luftdruck nah an der Wasseroberfläche steigt.

Wieder kommt es zu einer Druckdifferenz, die nun auch verstärkt wird, da in

der Höhe über dem Land die Luft wegfließt. Somit ist ein Kreislauf, eine Zir-

kulation, entstanden. Nachts sind die Verhältnisse umgekehrt: Das Land kühlt

schneller ab als das Wasser und so verringert der Luftdruck mehr als über dem

Wasser. Ebenso geschieht wieder eine Zirkulation, die genau anders herum

stattfindet. In Bodennähe entsteht ein Landwind, der in der Höhe von einem

Seewind überlagert ist.55

Abbildung 9: Land- und Seewind56

Wolken 2.3.3.

Bei Wolken handelt es sich um „sichtbare, in der freien Atmosphäre schwe-

bende Ansammlungen von Kondensationsprodukten des Wasserdampfs, das

heißt von sehr kleinen Wassertröpfchen (mittlerer Durchmesser unter 0,02 mm)

und/oder Eiskristallen.“57

Anhand ihrer Erscheinung (Formen und Farben)

wurden bereits vor mehr als 2000 Jahren Aussagen zum Wettergeschehen ge-

troffen.58

2.3.3.1. Entstehung von Wolken

Für die Entstehung von Wolken muss Luft mit einem ausreichenden Feuchte-

gehalt unter dem Taupunkt59

abgekühlt werden. Eine weitere Voraussetzung ist

das Vorhandensein von Kondensationskeimen, an denen sich die Wasser-

55

vgl. Häckel (2012): S.257f. 56

s. Crummenerl (2010): S. 13 57

s. Brockhaus (2009): S. 368 58

vgl. Häckel (2012): S. 110 59

Der Taupunkt beschreibt die Temperatur, bei dem ein Gas-Dampf-Gemisch mit Gas Dampf

gesättigt ist. Bei Abkühlung unter den Taupunkt kommt es zur Kondensation des Dampfes

aufgrund der Übersättigung. Ist Wasserdampf in der Luft, bilden sich Wassertröpfchen.


24

dampfmoleküle bei der Kondensation anlagern können.60

Im Wesentlichen

entstehen die Wolken dabei entweder durch horizontales Aufgleiten von

Warmluft über kältere Luft (Advektion) oder vertikales Aufsteigen, der Kon-

vektion. Die Abkühlung der Luft geschieht in erster Linie durch Konvektion,

wie beispielsweise an orographischen Hindernissen (z.B. Gebirge), beim Auf-

gleiten oder auch turbulente Mischungsvorgänge. Genauer: durch die dabei

erfolgende Expansion. „Trockene Luft kühlt sich trockenadiabatisch61

ab, bis

der in ihr enthaltene Wasserdampf den Sättigungszustand (100 % relative

Feuchte) erreicht hat.62

Die Höhe, in der die Kondensation des Wasserdampfs

einsetzt, bezeichnet man als Kondensationsniveau. In dieser Höhe bilden sich

kleine Wassertröpfchen und die weitere Abkühlung geht feuchtadiabatisch63

vor. Obwohl der Gefrierpunkt unterschritten wird, tritt in der Regel noch kein

Gefrieren der Wassertropfen ein. Sie bleiben von 0°C bis ca. -15°C flüssig und

gefrieren dann zu Eiskristallen. Dies geschieht unter Mitwirkung von Gefrier-

kernen. So wird aus einer zunächst reinen Wasserwolke eine Mischwolke. Mit

zunehmender Höhe und damit abnehmender Temperatur erhöht sich der Gehalt

von Eiskristallen. Der Anteil der Wassertropfen sinkt dementsprechend. Ab

einer Temperatur von etwa -35°C bestehen die Wolken überwiegend aus Eis-

kristallen (Eiswolken). Erkennbar sind Wasserwolken an den deutlichen Rän-

dern und dem kompakten Aussehen. Eiswolken hingegen zeigen faserförmiges

Aussehen, ausgefranste Ränder und eine weiße, glänzende Farbe. Mischwolken

sind je nach Dicke hell- bis dunkelgrau, zum Teil mit deutlichen, aber auch mit

ausgefransten Rändern. Sie sind hauptsächlich die Ursache für den Nieder-

schlag. Aufgrund der Vertikalbewegung, durch die die Wolken entstanden

sind, werden die Wolken nach ihrer Form unterteilt und anhand dieser unter-

schieden. Dabei gibt es Haufenwolken (Folge von starken aufsteigenden Be-

wegungen) und Schichtwolken (langsames Aufgleiten in der Atmosphäre).64

60

vgl. Klima und Wetter (2009): S. 368 61

Adiabatisch: zu Temperaturänderungen vertikal bewegter Luft führend, ohne dass dabei ein

Wärmeaustausch mit der Umgebung geschieht. Trockenadiabatisch: unterhalb des Kondensati-

onsniveaus (Temperaturänderung 1°C/100m) 62

s. Wetter und Klima (2009): S. 368 63

Feuchtadiabatisch: oberhalb des Kondensationsniveaus (Temperaturänderung etwa

0,5°C/100m) 64

vgl. Klima und Wetter (2009): S. 369


25

2.3.3.2. Wolkenklassifikation

Die Klassifikation der Wolken ist im „International Cloud Atlas“ aufgeführt.

Dieser unterteilt die Wolken in Familien, Gattungen, Arten, Unterarten und

Sonderformen.

Wie bereits im Kapitel 2.1.2. beschrieben, wird die Wolkenfamilie aufgrund

der Höhe der Wolke benannt. Dabei wird eingeteilt in drei verschiedene Hö-

hen: Hohe Wolken sind reine Eiswolken, im mittleren Stockwerk befinden sich

Mischwolken, die sowohl Wasser und Eis enthalten können und in der nied-

rigsten Etage befinden sich reine Wasserwolken. Diese Grenzen zwischen den

Ebenen nennt man Wolkenuntergrenzen. In gemäßigten Gebieten liegen

hohe Wolken in einem Bereich von etwa 5 – 13 km,

die mittleren im Bereich von 2 – 7 km

und die tiefen Wolken vom Erdboden bis 2 km in die Höhe.

Die Überschneidung der hohen und mittleren Wolken entsteht, weil die Wol-

ken im Sommer höher stehen als im Winter. Diese Bereiche nennt man auch

Stockwerke.

Wolkenfamilie und

Stockwerk Höhe (Gemäßigte Zone)

Erkennung an lateini-

schen Anfängen

Hohe Wolken

(Eiswolken) 5 – 13 Kilometer cirr (≙ Haarlocke)

Mittlere Wolken

(Mischwolken) 2 – 7 Kilometer alto (≙ hoch)

Tiefe Wolken

(Wasserwolken) Erdboden – 2 Kilometer

Stockwerkübergreifende

Wolken Erdboden – 13 Kilometer nimb (≙ Regenwolke)

Tabelle 3: Stockwerke65

Es gibt ebenso auch stockwerkübergreifende Wolken, die unter bestimmten

Bedingungen in Höhen bis zu 13 km liegen können. Erkennbar sind diese, dass

sie immer die Silbe „nimb“ enthalten, beispielsweise Nimbostratus.

65

vgl. Häckel (2012): S. 113


26

Die Wolkengattung beschreibt die Form der Wolke. Man unterscheidet dabei

nach haufenförmig, schichtförmig und schleierförmig. Dabei sind die Wol-

ken an folgenden lateinischen Endungen erkennbar:

Haufenförmige Wolken enden mit „cumulus“. Ausnahme ist dabei die

stockwerkübergreifende Wolke: Sie heißt Cumulunimbus.

Schichtförmige enden auf „stratus“.

Schleierförmige heißen Cirrus.

Cumulus- und Stratuswolken sind auf allen Ebenen zu finden. Die schleierför-

migen Wolken findet man nur im Bereich der hohen Wolken und diese haben

daher keine besondere erkennbare Endung und heißen Cirrus.

Weitere Faktoren (Arten und Unterarten) wie Höhe, Volumen, Struktur, Ge-

stalt, Anordnung und Durchlässigkeit dienen zur weiteren Beschreibung von

Wolken.66

2.4. Wasser und Niederschläge

Das Wasser ist grundlegend für das Leben auf der Erde. Unter natürlichen Be-

dingungen kann das Wasser alle Aggregatzustände annehmen: gasförmig, flüs-

sig und fest. So würde es auch keine derartigen Wettererscheinungen auf der

Erde geben können, da das Wetter „erst durch Kondensations-, Verdunstungs-,

Schmelz-, und Gefriervorgänge“67

entsteht. Dabei macht das Süßwasser nur 3,5

% des gesamten Wasseranteils aus; die anderen 96,5 % macht das Salzwasser

aus. Niederschlag ist Wasser im flüssigen oder festen Zustand.68

Des Weiteren

spielen die Verdunstung und die Kondensation des Wassers eine große Rolle:

Es entsteht ein Wasserkreislauf. Die Wassermenge der Erde bleibt somit immer

gleich.

Wasser kann durch Wärmezufuhr bzw. durch Wärmeentzug in einen anderen

Aggregatzustand umgewandelt werden. Siedepunkt, Schmelzpunkt und Subli-

mationspunkt sind jedoch druckabhängig. Die folgende Abbildung zeigt die

verschiedenen Aggregatzustände und die Bezeichnung der Änderungen.69

66

vgl. Häckel (2012): S.110-119 67

s. ebd. S. 61 68

vgl. Wetter und Klima (2009): S. 235 69

vgl. Witt (1996): S. 34


27

Abbildung 10: Aggregatzustände70

Verdunstung 2.4.1.

Die Verdunstung geschieht, wenn das Wasser unterhalb des Siedepunktes ver-

dampft. Die Verdampfung geschieht nur an der Oberfläche des Wassers. Die

Energie, die dazu nötig ist, wird der Umgebung entzogen, sie wird dadurch

kälter. Ein Beispiel ist das Schwitzen. Abhängig vom Sättigungsdefizit der

Dampfphase, ebenso auch von Druck, Temperatur und Wärmeaustausch mit

der Umgebung findet die Verdunstung in unterschiedlicher Intensität statt. Eine

zentrale Bedeutung der Verdunstung gibt es beim Wasserkreislauf: Die im

70

vgl. Witt (1996): S. 34

Flüssig

Dampf

Fest

SCHMELZEN

GEFRIEREN

RESUBLIMATION

SUBLIMATION

VERDAMPFUNG

KONDENSATION

Schnee, Hagel, Eiskristalle

Nebel, Regen


28

Wasserdampf enthaltene Wärme (Umwandlungsenthalpie) wird bei der Um-

wandlung wieder in die Atmosphäre zurückgegeben.71

Kondensation 2.4.2.

Die Kondensation beschreibt den Übergang eines Stoffs vom gasförmigen Zu-

stand in den flüssigen Zustand. Die Kondensation tritt am Kondensationspunkt

ein, der dem Siede- bzw. Sublimationspunkt entspricht. Die Kondensation fin-

det beim Überschreiten der Sättigungsdichte statt.72

Beim Wetter ist die Kon-

densation für die Entstehung von Nebel, Wolken oder Tau verantwortlich. Eine

Abkühlung wird erreicht, wenn Wasserdampfmassen von wärmeren Gebieten

in kältere ziehen, durch Wärmeabstrahlung und durch „Ausdehnung von Luft-

massen beim Aufsteigen.“73

Niederschlag 2.4.3.

Niederschlag bezeichnet das Wasser, das aus dem gasförmigen Zustand (Was-

serdampf) in den flüssigen oder festen Zustand übergeht und dann aus der Luft

ausgeschieden wird. Es werden folgende Unterscheidungen getroffen:

Niederschlagsart Beispiele

fallender bzw. gefallener Niederschlag Regen, Schnee Sprühregen, Hagel

abgesetzter Niederschlag Tau, Reif

abgelagerter Niederschlag Decken aus Schnee, Hagel

Tabelle 4: Niederschlagsarten74

In welcher Form der Niederschlag fällt, ist abhängig von der umgebenen Tem-

peratur.

Wasserkreislauf 2.4.4.

Das Wasser, das sich in der Atmosphäre der Erde befindet, verlässt diese nicht.

Es kommt ebenso kein Wasser hinzu. Durch Verdunstung, Kondensation,

Wind und Wolken wird das Wasser in den verschiedenen Aggregatzuständen

71

vgl. Wetter und Klima (2009): S.331 72


s. Wetter und Klima (2009), S. 189 74

vgl. Wetter und Klima (2009), S. 235


29

innerhalb der Atmosphäre befördert. Über den Gewässern und auch vom Bo-

den verdunstet Wasser durch Sonnenenergie. Treffen warme, wasserdampfrei-

che Schichten auf kalte Schichten, schieben diese sich darüber, ebenso bei

Hindernissen (Konvektion). Kalte Luft kann weniger Wasserdampf aufnehmen

als warme Luft. Das Aufsteigen der Luftmassen bewirkt jedoch, dass sich diese

abkühlt. Die Luft ist gesättigt mit kondensiertem Wasser. Der Wasserdampf

kondensiert, es kommt damit zu Niederschlägen. Die Niederschläge fallen auf

den Erdboden oder ins Wasser zurück. Der Kreislauf beginnt von vorn.

2.5. Treibhauseffekt und Ozon

Die verschiedenen Komponenten der Erde (Ozeane, Kontinente und die Atmo-

sphäre) stehen in ständiger Wechselwirkung. Das System wird dabei haupt-

sächlich von der kurzwelligen Strahlung betrieben. „Etwa 70 Prozent von ihr

verbleiben zunächst im System. Das Klima heizt sich aber nicht auf, denn etwa

die gleiche Menge verlässt die Lufthülle später wieder als langwellige Wärme-

strahlung.“75

Die Atmosphäre besteht aus verschiedenen Gasen, u.a. Wasser-

dampf, Kohlendioxid, Methan, Lachgas, Ozon und verschiedene Chlorkohlen-

wasserstoffe. Diese sind für das kurzwellige Sonnenlicht transparent, so kann

mehr als die Hälfte der einfallenden Strahlen die Erde erreichen. Teile der Erd-

oberfläche, sowie Wolken und in der Luft enthaltene Teilchen (Aerosole) re-

flektieren das Licht und verhindern damit, dass der Anteil der einfallenden

Strahlung noch höher ist. Das Ozon absorbiert dabei das kurzwellige Ultravio-

lett. Die Gaskonzentration der Atmosphäre bestimmt die Absorption der Strah-

lungsenergie, sowie die Abgabe (Emission). Mehrere Gase absorbieren teilwei-

se die Strahlung. Das schädliche Ultraviolett wird dabei fast komplett abgefan-

gen.76

Aufgrund der erhöhten Gaskonzentrationen an der Tropopause wird je-

doch ein größerer Teil der Strahlungsenergie, die zurück außerhalb der Atmo-

sphäre geworfen werden sollte, absorbiert. Die langwellige Strahlung der Son-

ne kann somit in die Atmosphäre gelangen. Aufgrund der erhöhten Absorpti-

onsrate ist es nicht mehr möglich, dass die gleiche Menge wieder aus der At-

mosphäre reflektiert wird.

75

Raschke (2008) 76

vgl. ebd.

3 Didaktische Überlegungen

30

3. Didaktische Überlegungen

Die im zweiten Teil ausgeführten Sachinformationen werden im Folgenden auf

den Sachunterricht an Grundschulen bezogen. Die Inhalte sollen kindgerecht

aufbereitet werden. Mögliche Erklärungsweisen sind den Überlegungen ange-

fügt. Der Anhang der Arbeit beinhaltet mehr Material, als man womöglich im

Unterricht benötigt. Es können individuell Schwerpunkte gelegt werden. Den-

noch ist zu jedem aufgeführten Thema ebenso ein Unterrichtsvorschlag ange-

geben. Eine thematische Beschränkung liegt hierbei auf dem Kernbereich der

Wetterkunde.

3.1. Naturwissenschaften in der Grundschule

In der Grundschule sind diverse Bereiche in ein einziges Fach integriert: dem

Sachunterricht. Physik, Chemie, Biologie, Geschichte, Sozialkunde, Politik,

Geographie und Technik sind somit in einem Fach zusammengefasst. Zum

naturwissenschaftlichen Schwerpunkt des Sachunterrichts gehören physikali-

sche, chemische, technische und biologische Zusammenhänge. Bei Betrach-

tung verschiedener Schulbücher zum Sachunterricht und aus eigenen Erfahrun-

gen ist auffällig, dass überwiegend biologische und geographische Inhalte prä-

sentiert werden. Physikalische, chemische und technische Themen erhalten

einen sehr kleinen Anteil. Jedoch ist der Umfang der Naturwissenschaften im

realen Sachunterricht verschieden. Mit dem zweiten Teil der Arbeit liegen um-

fangreiche sachliche Erklärungen vor, die für den Grundschulunterricht im

folgenden dritten Teil aufbereitet werden sollen. Didaktische Überlegungen zur

Umsetzung werden für Lehrkräfte dargestellt.

Für die Vermittlung der Inhalte spielt das Wecken von Interesse oder sogar

Motivation zur selbstständigen Weiterbildung eine große Rolle. Nach eigenen

Erfahrungen sind Grundschüler interessiert an erstaunlichen Experimenten,

können sie jedoch oft nicht bzw. nicht ausreichend erklären. Die Lehrkraft

muss sich mit den Inhalten sicher auskennen und so dieses Thema vertreten

können. Oft werden schwierige Erklärungen angeboten, die die Kinder wie

auch Erwachsene nicht nachvollziehen und nicht verinnerlichen können. Aus

diesem Grund werden im Vergleich zu den vorangestellten Erklärungen verein-

fachte Erklärungen dargestellt, die das Wesentliche umfassen. Für das Begrei-


31

fen des Zusammenhangs und die Einordnung ist dies unabdingbar. Vorausge-

setzt werden muss eine Verständlichkeit der Erklärungen.77

Schüler verstehen

das Experimentieren in der Schule als „genaues Beobachten von objektiven

Fakten oder als Erzielen positiver Effekte“.78

Die Schüler übersehen den Zu-

sammenhang zwischen Fragestellungen, Hypothesen und Thesen und den Ex-

perimenten. Theorien stellen einen Erklärungsrahmen dar. Beim Unterrichts-

angebot geht es nicht um reines Faktenwissen, sondern um die Erarbeitung von

Konzepten. Des Weiteren soll das Wissen über Naturwissenschaften vermit-

teln, die Denkweisen der Naturwissenschaften darzustellen.79

Die Unterrichts-

vorschläge sind zum Teil so aufgebaut, dass sie vorab einen problemorientier-

ten Einstieg geben. So werden Denkprozesse angeregt und wirken damit kogni-

tiv aktivierend (Konfrontationsstrategie). Kinder kommen bereits mit Vorer-

fahrungen und intuitivem naturwissenschaftlichen Wissen in die Schule, die sie

auf bestimmte Phänomene beziehen und versuchen, diese damit zu erklären.

Diese Vorerfahrungen der Schüler müssen im Unterricht aufgegriffen werden.

Insbesondere im Unterricht der Grundschule findet eine Änderung statt: Die

intuitiven Konzepte der Schüler (Präkonzepte) werden auf neue Situationen

bezogen. Nach Posner und Strike80

kann dabei Unzufriedenheit mit den bishe-

rigen Erklärungen zustande kommen, die Motivation aufbauen sollen, um ein

nötiges neues Konzept zu erlernen (Akkommodation) und das alte zu ändern

oder ggf. zu verwerfen (das Beibehalten des alten Konzepts parallel zum neuen

ist dabei möglich). Akkommodation trägt die Bedeutung der Anpassung, da-

hingehend ist der oft genannte Begriff des Konzeptwechsels (conceptual chan-

ge) irreführend. Da einige Präkonzepte gegenüber Veränderungen resistent sein

können81

, müssen sie erst durch so eine Unzufriedenheit aufgebrochen werden.

Die anderen, neuen Konzepte haben die Anforderung, dass sie verständlich,

einleuchtend und andauernder sind.82

Zum Konzeptwechsel gibt es mehrere

Strategien, wobei die Anforderungen bei allen zu berücksichtigen sind.

„Die Anknüpfungsstrategie geht davon aus, dass die Lernenden neben lernhin-

derlichen Fehlvorstellungen auch „nützliche“ Vorstellungen besitzen, auf de-

77

vgl. Langer; Schulz von Thun & Tausch. S. 15 78

s. Möller, Kleickmann & Sodian. Naturwissenschaftlich-technischer Lernbereich. S. 514 79

vgl. ebd. S. 511 80

vgl. Posner, Strike (1982): S. 213 81

vgl. Koerber. Entwicklungspsychologie des Kindes. S.159 82

vgl. Kahlert. Sachunterricht – ein fachlich vielseitiger Bereiche. S. 489


32

nen man im Unterricht aufbauen kann.“83

Dabei werden im Alltag bewährte

Vorstellungen aufgegriffen und die Erfahrungen außen vor gelassen, die mit

den wissenschaftlichen Verständnis nicht übereinstimmen.

Bei der Konfrontationsstrategie werden kognitive Konflikte hergestellt, die

beim Lernenden einen Widerspruch mit den Erfahrungen hervorrufen. Dazu

werden die Sichtweisen vorher gesammelt, um dann die Widersprüchlichkeit

der Vorstellung zu verdeutlichen. In einer Diskussion werden die verschiede-

nen Sichtweisen diskutiert, damit die physikalische Sicht akzeptiert werden

kann. Währenddessen können ebenso auch Fehlvorstellungen entstehen. Wie

bei allen Schülervorstellungen muss berücksichtigt werden, dass ein Konflikt

aus Lehrersicht nicht ein Konflikt aus der Sicht des Lernenden sein muss. Die

Diskussion kann aus den eben genannten Gründen einen hohen Zeitanspruch

haben.84

Mit der Umdeutungsstrategie wird versucht, beim Lernenden ein Umdenken zu

erreichen. Ihm wird vermittelt, dass sein Wissen nicht gänzlich falsch ist, son-

dern lediglich ein Umdenken erfordert, das dann eine physikalisch sinnvolle

Vorstellung hervorbringt (Beispiel: Stromverbrauch wird umgedeutet in Ener-

gieumwandlung).

Mit der Brückenstrategie will man einen Konzeptwechsel insofern erleichtern,

dass dabei Zwischenschritte eingefügt werden, die zu Übergangsbegriffen füh-

ren, um eine Erklärung anhand von „Brücken“ zur Verfügung stellt, der letzt-

endlich zu einer physikalisch richtigen Erklärung führt.

Möglich ist, dass Schüler einen Wechsel der Vorstellungen als nicht sinnvoll

erachten. Das bisherige Denken wird damit in Frage gestellt und ruft negative

Emotionen hervor, da es bspw. sehr aufwändig ist, den Vorstellungswechsel zu

integrieren. Dennoch darf nicht vergessen werden, dass physikalisches Lernen

fast immer mit einem Begriffswechsel einhergeht und Schwierigkeiten hervor-

ruft. Dabei muss eine aufmerksame Lehrkraft entscheiden, welche Strategie für

die Schüler und für das Themengebiet am geeignetsten ist.85

83

s. Wiesner, Schecker & Hopf (2013): S. 50 84

vgl. ebd. S. 50 85

vgl. ebd. S. 52f.


33

Bereits Kinder im Grundschulalter sollen die Möglichkeit haben, neben den

Fähigkeiten zum Aufbau von wissenschaftlichen Theorien und den personalen

Faktoren (Neugier, Selbsterfahrung, Interesse) das wissenschaftliche Denken

durch Beobachtungen, Erfahrungen und Messungen zu unterstützen und zu

belegen. Erklärungen wie „Die Sonne zieht das Wasser aus Pfützen.“, „Luft ist

Nichts“ und „Strom wird verbraucht“ sind nicht richtig, aber im Alltag immer

wieder zu hören. Dabei ist es jedoch wichtig darauf zu achten, dass die Kinder

die falschen Erklärungen und die mögliche Lehrerreaktion nicht auf sich per-

sönlich beziehen und sich die Erfahrungen negativ auf das Selbstbild des Kin-

des auswirken. Das naturwissenschaftliche Lernen soll das Vertrauen in jene

hervorbringen und das Interesse darin fördern. Eine Abkehr von den Naturwis-

senschaften ist häufig in höheren Klassenstufen zu beobachten und man soll

durch entsprechende Methoden dieser Tatsache entgegenwirken.86

3.2. Wetter im Sachunterricht

Das Wetter spielt in der Lebenswelt der Kinder eine grundlegende Rolle. Es

entscheidet oft über die freizeitlichen Aktivitäten der Kinder und beeinflusst ihr

Handeln maßgeblich. Kinder beschreiben das Wetter oft mit subjektiven Emp-

findungen, wie „schönes Wetter“, „schlechtes Wetter“. Dabei sind diese Be-

schreibungen im Allgemeinen aus verschiedenen Sichten zu betrachten: Ein

Kind, das draußen Fußball spielen möchte, empfindet regnerisches Wetter als

ungünstig, für einen Landwirt hingegen ist z.B. der Regen für das Wachsen

seiner Marktfrüchte entscheidend.

Ziel dieser Unterrichtseinheit ist, dass die Kinder, die jeden Tag mit dem Wet-

ter konfrontiert werden, grundlegende Inhalte verstehen. Die Unterrichtsvor-

schläge sind so konzipiert, dass sie sinnvoll aufeinander aufbauen. Auch

dadurch ergibt sich eine wichtige Struktur, die zum Verständnis grundlegend

ist.

Ein Sachunterricht, der von Fragen und Ideen von Kindern ausgeht und das

Handeln und Denken in den Mittelpunkt stellt, stellt für Lehrkräfte eine hohe

Anforderung an die Sachkompetenz dar.87

Eine Schwierigkeit ergibt sich in der

Darstellung und Elementarisierung der physikalischen Darstellungen. Sie sind

86

vgl. Möller, Kleickmann & Sodian. Naturwissenschaftlich-technischer Lernbereich. S. 511 87

vgl. Berge (2006): Das Wetter.


34

als solche oft nicht beobachtbar, wie beispielsweise Verdunstung des Wasser-

dampfs. Einige grundlegende Gegebenheiten können nicht erfahren werden,

wie beispielsweise der Aufbau der Sonne oder die Atmosphäre der Erde. Sie

können lediglich durch Modelle und anschauliche Versuche dargestellt werden.

Die Kinder werden feststellen, sofern der Unterricht nicht nur aus theoretischen

Arbeitsblättern besteht, dass das Wetter als solches erkundet werden kann. Sie

können die Wettererscheinungen beobachten und sie bewerten.

3.3. Schülervorstellungen

Schülervorstellungen sind in vielen Unterrichtsbereichen, insbesondere für die

naturwissenschaftlichen Fächer, von großer Bedeutung. Die Vorstellungen der

Kinder beziehen sich dabei auf bereits bekannte physikalische Phänomene und

Begriffe, da diese ihnen im Alltag begegnen. Diese Vorstellungen widerspre-

chen häufig den physikalischen Konzepten.88

Zusammen mit den Unterrichts-

inhalten und dem vorhandenen Vorwissen der Schüler werden neue Unter-

richtsinhalte erschlossen. Lernschwierigkeiten können entstehen, wenn fachli-

che Inhalte ein außerordentliches Maß an Aufmerksamkeit und Aufnahmebe-

reitschaft gefordert wird oder physikalische Begriffe abstrakt wirken (Beispiel:

Erklären Lehrkräfte fachlich falsch, handelt es sich um lehrbedingte Schwie-

rigkeiten. Entstehen können Konflikte bei der Aufnahme von neuen Inhalten,

die vom Lernenden selbst verarbeitet wird. Dabei können Inhalte verändert,

ausgelassen oder hinzugefügt werden. Jedoch haben alle Schüler bei ihren

wenn auch falschen Vorstellungen eine Logik, die unbedingt ernstgenommen

werden soll. So ist es möglich, den Unterricht gut zu planen und auf Fehlvor-

stellungen einzugehen. In Unterrichtsversuchen und den Untersuchungen zum

Lernerfolg konnte festgestellt werden, dass eine Berücksichtigung der Schüler-

vorstellungen zu einer Steigerung des Lernerfolgs führt.89

Eine relativ enge

Führung zur Lehrkraft und der Anknüpfungsstrategie bewähren sich bei grund-

legenden Neustrukturierungen des Inhalts.90

Nach Schieder & Wiesner (1996) werden zu verschiedenen Bereichen Schüler-

vorstellungen beschrieben:

88

vgl. Wiesner, Schecker & Hopf (2013): S. 34f. 89

vgl. ebd. S. 54 90

vgl. ebd. S. 54


35

Luft und Wind

Eine Flasche mit einem übergestülpten Luftballon wird in kaltes Was-

ser gestellt. Einige Schüler haben dabei erwartet, dass der Luftballon

sich aufbläst, da die Luft wegen der Kälte nach oben steigt. Jedoch

zieht sich der Luftballon hier zusammen.

Wird die Flasche in warmes Wasser gestellt, dehnt sich die Luft im

Luftballon aus. Schüler denken dazu kaum an die Ausdehnung bei der

Erwärmung. Sie haben hier die Vorstellung, dass warme Luft einfach

nach oben steigt.

Die Mehrzahl der Kinder wissen, dass Wind bewegte Luft ist.

Entstehung der Jahreszeiten

Kinder können die Entstehung der Jahreszeiten nicht erklären.

Wärmestrahlerversuch: Die meisten Kinder erwarten, dass ein Stück

senkrecht bestrahlte Fläche wärme wird als die schräg bestrahlte Flä-

che, da sich das Licht auf einen kleineren Fleck konzentriert.

Verdunstung und Kondensation

Schüler vermuten, dass das Wasser, das auf einer Tafel verdunstet, in

die Tafel „einzieht“ bzw. einfach weg ist.

Das Verständnis, dass das Wasser einfach verschwindet, erscheint den

meisten Kindern logischer als Substanzerhaltung.

Einige Schüler schlussfolgern, dass das Wasser sich zur Luft gewandelt

hat.

Weitere Schülervorstellungen können aus vorherigen Gesprächen festgestellt

werden. Fallen besondere Gedanken im Unterrichtsgespräch auf, sollten diese

geklärt werden.

4 Unterrichtsvorschläge zur Erarbeitung des Thema Wetter im Rahmen des

Grundschulsachunterrichts

36

4. Unterrichtsvorschläge zur Erarbeitung des Thema

Wetter im Rahmen des Grundschulsachunterrichts

Die vorangegangen Sachinformationen bieten eine Grundlage, folgende Unter-

richtsvorschläge aufzubereiten und anzuwenden. Zu den Sachinformationen

werden fachdidaktische Informationen und die Lernziele der jeweiligen Einhei-

ten angeboten. Es werden keine ausführlichen Unterrichtsentwürfe zu den ein-

zelnen Stunden angeboten, vielmehr geht es um eine Übersicht über einen

möglichen Stundenrahmen und Unterrichtsverlauf, der individuell gestaltet

werden kann. An dieser Stelle werden lediglich Vorschläge zu den angewende-

ten Sozialformen gegeben, da diese ebenso individuell angepasst werden müs-

sen. Der Anhang stellt verschiedene Arbeitsmaterialien für den Sachunterricht

vor. Diese sind mit Bezug auf die folgenden Unterrichtseinheiten erstellt wor-

den. Die Unterrichtsvorschläge stellen Informationen zur Vorbereitung, Ziele

und Ideen zum Unterrichtsverlauf bereit. Dank eines Praktikums im Schuldorf

Bergstraße hatte ich die Möglichkeit das Thema Wetter mit Unterstützung ei-

ner Lehrkraft selbstständig zu unterrichten. Dabei war die Planung (Reihenfol-

ge der Themen und Material) im großen Teil von der Mentorin vorbereitet.

Diese Erfahrung brachte gute Ideen zur interessanten Unterrichtsvorbereitung

als auch meines Erachtens negative Aspekte, wie beispielsweise die fehlende

Reihenfolge der Themen, die insgesamt nicht logisch aufeinander aufbauten.

Des Weiteren empfand ich den Anteil von Experimenten und naturwissen-

schaftlich erklärten Inhalten zu gering, sodass teilweise Lücken bei Erklä-

rungsversuchen der Kinder entstanden, die auf den geringen Anteil zurückzu-

führen ist.

Im Anhang sind die erstellten Materialien zu finden.

Schwerpunktmäßig sind die Materialien für das dritte oder vierte Schuljahr

konzipiert. Nach einer Befragung im Raum Kiel91

zeigten sich zahlreiche und

vielfältige Fragen der Kinder im Bereich des Wetters. Folgende Fragen werden

in den Unterrichtsvorschlägen aufgegriffen:

91

s. Berge (2006): Das Wetter, S. 109



37

Wetter: Warum gibt es das Wetter? Wie kann man das Wetter vorher-

sagen?

Sonne / Jahreszeiten: Warum haben wir Sommer und Winter?

Verdunstung: Warum verdunstet Wasser? Warum verdunstet die Son-

ne die Wolken nicht?

Wolken: Warum gibt es eigentlich Wolken? Sind Wolken Wind? Wie

entsteht eine Wolke? Woher kommen die Wolken? Warum sind Wol-

ken manchmal grau oder schwarz? Wie schnell sind Wolken?

Wasser / Niederschläge: Was ist Tau? Wie entsteht Nebel? Warum

regnet es? Wie entsteht Wasser? Warum schneit es im Winter?

Wodurch entsteht Schnee? Wie bilden sich Schneeflocken? Was macht

Sonne bei Regen?

Luft: Wie kann man Luftdruck messen?

Des Weiteren wurden auch Fragen zu Wettererscheinungen wie Regenbögen

und Gewitter gestellt, die für den weiteren Verlauf ausgeklammert werden.

Diese Themen können bei Nachfragen selbstverständlich in eine Unterrichts-

einheit eingebaut werden, jedoch wird die Themenauswahl auf das Wesentliche

und Wichtige beschränkt. Diese Fragen von Kindern sind auch von Erwachse-

nen nicht immer einfach zu beantworten. Die Komplexität wird durch eine gute

Struktur und verständliche Erklärungen gebrochen. Verständlichkeit zeichnet

sich aus durch Einfachheit, Gliederung/Ordnung, Prägnanz und durch anregen-

de Zusätze.92

Für ein zusammenhängendes und übersichtliches Ergebnis bietet es sich an, aus

den verschiedenen Experimenten und Arbeitsblättern ein Heft oder eine Mappe

zu gestalten, das/die allein für die Materialien zum Thema Wetter erstellt wird.

So haben die Kinder über das Thema umfangreiche Informationen gesammelt

und können bei Bedarf immer wieder darauf zurückgreifen. Aus eigener Erfah-

rung weiß ich, dass sich die Kinder am Ende der Unterrichtseinheit gefreut

haben, das selbst erstellte Heft über das Thema Wetter in den Händen zu hal-

ten. Die bearbeiteten Arbeitsblätter werden in der behandelten Reihenfolge ins

Heft geklebt.

92

vgl. Langer; Schulz von Thun & Tausch (2006): Sich verständlich ausdrücken. S. 21



38

Die Unterrichtseinheiten werden in folgender Reihenfolge dargestellt:

1. Allgemeine Einführung über den Begriff des Wetters und die Ent-

stehung

2. Motor des Wetters 1: Strahlung der Sonne

3. Motor des Wetters 2: Luft und Wind

4. Motor des Wetters 3: Wasser

5. Treibhauseffekt und Ozon

Es empfiehlt sich, die Einheiten nach Möglichkeit in der angegebenen Reihen-

folge durchzuführen, da sie thematisch aufeinander aufbauen und die einzelnen

Bereiche vertiefend behandelt werden.

Für die Einheiten bieten sich verschiedene Experimente und Arbeitsblätter zur

Verdeutlichung und Unterstützung zu den Erklärungen an, die folgend zu den

einzelnen Unterrichtseinheiten sortiert werden:

Unterrichtseinheit Thema Experiment/

Arbeitsblatt (AB)/Material

1. Wetter - Ein-

führung Deckblatt Wetterbuch

AB Wettererscheinungen

AB Deckblatt

Wetterbeobachtung AB Vereinfachte Wetterbeobachtung

2. Strahlung der

Sonne Einstrahlwinkel der

Sonne

≙ Jahreszeiten

Experiment „Globus und Lampe“

Experiment „Wärmestrahlerversuch“

Karten mit Eigenschaften

Absorption und Re-

flexion von Sonnen-

strahlen

Experiment „Schwarze Dose, weiße

Dose“

Experiment „Unterschiedliche Erwär-

mung der Böden“

3. Luft und Wind

Luft nimmt Platz ein

Experiment „Tetrapack“

Experiment „Luftballon in der Flasche“

Experiment „Trichterversuch“

Luft wiegt etwas Experiment „Ball wiegen“

Experiment „Ballwaage“

Luftdruck Experiment „Luft drückt“



39

K ≙ Arbeitsblatt

K ≙ Experiment

K ≙ Sonstiges Material

Luft kann unter-

schiedliche Tempera-

turen haben

Experiment „Luftballon auf der Fla-

sche“

AB Thermometer

Warme Luft steigt

nach oben Herdplatte und Feder

Messung von Wind Joghurtbecher - Windmesser

Luftdruckunterschiede

See- und Landwind

Luftdruckunterschiede

AB See- und Landwind

4. Wasser und

Niederschlag Verdunstung Tafelschwamm

Pflanzen im Glas

Kondensation „Scheibe anhauchen“

Niederschlag

Niederschlagsmesser

Nebel in der Flasche

Wolken AB Wolkenarten

Wasserkreislauf Tafelbild „Tröpfchen“

5a. Treibhausef-

fekt Treibhauseffekt

AB Treibhauseffekt

5b. Ozon Ozon – Was ist das?

6. Abschluss Beobachtung AB Beobachtungsbogen

Tabelle 5: Übersicht der Experimente



40

Kurzbeschreibung der Einheiten mit ihren Lernzielen

In der ersten Einheit werden die Schüler in das Thema Wetter eingeführt.

Durch eine Beschreibung des Wetters werden bereits einige Wetterphänomene

genannt, auf die später eingegangen wird. Kinder haben von den physikali-

schen Begebenheiten Vorerfahrungen gesammelt. Sie werden versuchen, die

neu erfahrenden Bereiche mit ihnen zu verknüpfen. Damit ein zusammenhän-

gendes Werk der Kinder als ein Nachschlagewerk entsteht, wird in der ersten

Einheit ein Deckblatt für das Wetterbuch entworfen. Als Überleitung zur zwei-

ten Unterrichtseinheit sollen Sonne, Wolken, Niederschläge und Wind beo-

bachtet werden. Die Beobachtungen sind ohne Messgeräte durchführbar.

In der zweiten Unterrichtseinheit soll die Sonne als Motor für das Wetter

verstanden werden. In einem Experiment wird dargestellt, dass senkrecht ein-

fallende Sonnenstrahlung eine schnellere und stärkere Erwärmung bewirkt als

eine schräg einfallende Strahlung. Anhand dieses Versuches werden die Jah-

reszeiten erklärt. Eine genauere Charakterisierung der Jahreszeiten findet durch

das gemeinsame Suchen mithilfe von Merkmalkarten statt. Die Auswirkungen

auf unterschiedliche Böden werden hier thematisiert.

Die dritte Einheit behandelt die Luft und den Wind als Element des Wetters.

Kinder sollen verstehen, dass Luft nicht „nichts“ ist, dass sie Raum einnimmt

und etwas wiegt. Anhand von Versuchen (Luftballon in der Flasche, Ball wie-

gen, Luft drückt) wird dies deutlich gemacht. Außerdem wird gezeigt, dass

Luft in Abhängigkeit von der Temperatur ihr Volumen ändert, sich ausdehnen

und zusammenziehen kann (Luftballon auf der Flasche). Da Wind verschiede-

ne Geschwindigkeiten haben kann, wird dies mit einem Windgeschwindig-

keitsmesser ausprobiert (Jogurtbecher). Durch Druckausgleich entsteht Wind,

was durch ein Arbeitsblatt „See- und Landwind“ verdeutlicht und erklärt wird.

Die vierte Unterrichtseinheit befasst sich mit dem Wasser und dessen Bezug

zu Wettererscheinungen. Das Wasser beeinflusst das Wetter sowohl in Gestalt

von Niederschlägen, den Gehalt an Wasserdampf in der Luft und sein Vorhan-

densein in Gewässern. Die Phänomene der Verdunstung und der Kondensation

werden hier besprochen. Auf dieser Grundlage werden die Niederschläge the-

matisiert und gemeinsam ein Niederschlagsmesser gebaut. Den Abschluss der



41

Einheit bildet der Wasserkreislauf. Da die Verdunstung und Kondensation für

das Verständnis des Kreislaufes benötigt wird, wird sie an das Ende der Einheit

gestellt.

Die fünfte Einheit bietet einen Exkurs. Da Kinder den Begriff des Treibhaus-

effektes in den Nachrichten, Büchern und Gesprächen hören und dieser Effekt

ihr Leben nachhaltig beeinflussen wird, ist es sinnvoll diesen zu erklären und

ins Verhältnis zu den bereits behandelten Themen zu bringen.

Die sechste Einheit bringt alle Themenbereiche zusammen und wird mit der

Beobachtung des Wetters über beispielsweise eine Woche beendet. Zu diesem

Zeitpunkt wissen die Kinder, dass das Wetter das Ergebnis des Zusammenwir-

kens von Sonne, Luft und Wasser ist. Niederschläge können benannt werden.

Die Kinder sollen über eine Woche hinweg, das Wetter immer zu einer be-

stimmten Zeit beobachten und notieren. Die Beobachtungen werden nach Ab-

lauf des Zeitraumes besprochen. Gegebenenfalls wird auch hier deutlich, dass

das Wetter ein orts- und zeitabhängiges Geschehen ist, da sich unterschiedliche

Beobachtungen ergeben könnten.

Zu diversen Experimenten und Themenbereichen sind Arbeitsblätter zu finden,

die eine Zusammenfassung und Ergebnissicherung darstellen.

4.1. Einheit 1: Das Wetter – Eine Einführung

Für einen Einblick in die Einführung des Thema Wetters in der Grundschule

werden zu Beginn zwei Unterrichtsstunden als exemplarisches Beispiel mit

genauer Einteilung von Unterrichtsphasen genannt. Ein tabellarischer Verlauf

ist am Ende der ersten beiden Unterrichtsvorschläge zu finden. Da im weiteren

Verlauf zunehmend mehr Experimente hinzugenommen werden und dies indi-

viduell geplant und angepasst werden muss, werden nur noch geplante Unter-

richtszeiten für einen kompletten Abschnitt gegeben. Experimente sind mit

einem grünen Rahmen gekennzeichnet. Es werden teilweise mehrere Versuche

dargestellt, die gleiche physikalische Erscheinungen verdeutlichen. Da nicht

immer die benötigten Materialien vorhanden sind, werden hier Alternativen

angeboten.



42

Stunde 1

Geplante Unterrichtszeit für diese Einheit: ca. 90 Minuten

Unterrichtseinheit Teilschritte der Einheit

Das Wetter – Eine

Einführung

Gespräch über Wetter:

Was verstehst du unter Wetter? Was ist dein Lieb-

lingswetter?

Was gehört zum Wetter?

Einordnung der Wetterphänomene zu Sonne, Luft oder

Wasser

Tabelle 6: Einheit 1 - Teilschritte

Das Ziel der Unterrichtseinheit „Wetter – Eine Einführung“ ist, dass die Kinder

den Zusammenhang des Wettergeschehens von Sonne, Luft und Wasser erken-

nen und dass alle Wettergeschehnisse sich durch diese beeinflussen. Die Erde

ist von einer Lufthülle umschlossen, die Atmosphäre genannt wird. Das Inte-

resse für das Thema Wetter soll damit geweckt werden, das zu Beginn beim

Lieblingswetter der Kinder verbalisiert wird. Ebenso soll begründet werden,

warum es sich um ein bestimmtes Lieblingswetter handelt. Die Kinder werden

von ihren Erfahrungen berichten, die sie in bestimmten Wettersituationen be-

reits gemacht haben. Die Lehrkraft stellt mit dieser Einführung auch die Erstel-

lung des bzw. der Wetterheftes/Wettermappe vor. Die Arbeitsmaterialien wer-

den gesammelt und sortiert eingeheftet. Bei einer Anfertigung eines Heftes ist

beim Kopieren des Materials darauf zu achten, keinen beidseitigen Druck aus-

zuführen.

Materialien für die gesamte Einheit

Hefte bzw. Mappen für das Wetterbuch

Deckblatt

Arbeitsblatt Wettererscheinungen



43

Unterrichtsverlauf

Das Malen des Lieblingswetters auf dem Deckblatt kann als eine Hausaufgabe

an die Unterrichtsstunde angestellt werden.

Für die Einführung des Thema Wetters sind etwa 15 Minuten einzuplanen. Die

Schüler werden in einem Sitzkreis gefragt, welches ihr Lieblingswetter ist.

Weiter kann gefragt werden, was sie unter Wetter verstehen. Deutlich soll

der Unterschied zwischen Klima und der temporären Erscheinung des Wetters

werden. Das Klima ist eine jahrelange übergreifende Beobachtung der Merk-

male, wohingegen das Wettergeschehen zu einem bestimmten Zeitpunkt an

einem bestimmten Ort stattfindet. Der Sitzkreis ermöglicht eine gute Gespräch-

satmosphäre und stellt die Lehrkraft als hierarchisch nicht höher gestellt. Bei

dem Gespräch sollen die Kinder auch eine Begründung oder ein bestimmtes

Erlebnis dazu beschreiben. Einige Kinder werden dabei von bestimmten Erleb-

nissen sprechen, die sie mit einem bestimmten Wetter in Verbindung bringen.

Die offene Frage ermöglicht vielen Kindern die Möglichkeit etwas dazu zu

sagen. Dabei ist es zu empfehlen, die Erzählungen nicht abzubrechen, um Er-

gebnisse zu sammeln und Interesse und Motivation nicht zu unterbinden. Aus

diesem Grund ist für diese Einheit eine Zeitspanne von 15 Minuten nur für das

Gespräch ausgewählt worden.

Die Lehrkraft kann mit den Kindern nach dem Kreisgespräch Merkmale von

Wetter auf Basis des Gespräches erarbeiten. Diese Notizen werden an der Tafel

festgehalten. Dazu reicht eine stichpunktartige Aufzählung aus. Dabei ist da-

rauf zu achten, dass ein Bereich der Tafel freigehalten wird.

Dort wird eine Übersicht wie auf dem Arbeitsblatt „Wettererscheinungen“ un-

ter Aufgabe 1 erstellt und erklärt. Die Kinder füllen die Tabelle selbstständig

aus und führen die Tabelle fort. Das Lieblingswetter ist ebenso thematisiert

worden. Das Deckblatt soll zur anschließenden Bearbeitung zur Verfügung

stellen. Somit ist ein differenzierendes Angebot für schnellere Schüler gege-

ben. Die Aufgaben, die in der Schule nicht bearbeitet werden, werden zu Hause

fertiggestellt. Die tabellarische Übersicht der Stunde ergibt sich damit aus den

vorgestellten Teilschritten.



44

Zeit (Minu-

ten)

Aktion Material

15 min

10 min

Gespräch über Wetter: Was ver-

stehst du unter Wetter? Was ist

dein Lieblingswetter?

Was gehört zum Wetter? (Merk-

male und Eigenschaften)

Wodurch wird das Wettergesche-

hen beeinflusst? (die Sonne, das

Wasser und die Luft)

Vorstellung des Wetterheftes

Tafel zum Festhalten

von Notizen

Mappen/Hefte

20 min Selbstständige Einordnung der

Kinder von Merkmalen im Wet-

terheft

Beginn: Deckblattgestaltung

AB: Einordnung Wet-

tererscheinungen Nr. 1

AB: Deckblatt

Hausaufgabe:

1. Deckblatt gestalten

2. Einordnung fortführen und fertigstellen

Tabelle 7: Stunde 1 – Vorschlag

Stunde 2


Das Ziel der zweiten Stunde ist, dass die Schüler erkennen, welche Auswir-

kungen das Wetter auf verschiedene Lebewesen hat. Außerdem soll mit der

vereinfachten Beobachtung des Wetters über einen längeren Zeitraum die

Grundlage für eine ausführliche Beobachtung am Ende der Einheit gegeben

sein. Die Kinder üben sich im Beobachten und Notieren der Ergebnisse und

lernen so Teile des wissenschaftlichen Arbeitens kennen. Die Wetterbeobach-

tung könnte aus Zeitgründen zunächst außer Acht gelassen werden, da eine

genauere Wetterbeobachtung im Anschluss an die Grundlagen der Einheit mit

Einbezug der neuen Erkenntnisse folgt. Die Schüler sollen die Auswirkungen

der Sonneneinstrahlung (Jahreszeiten) und deren Merkmale kennenlernen. An-

hand des Wärmestrahlerversuchs wird deutlich, weshalb die unterschiedlichen



45

Jahreszeiten entstehen. Mit der Versuchserarbeitung werden die Grundschüler

in die Erstellung eines Versuchsprotokolls eingeführt, das zum wissenschaftli-

chen Arbeiten und Dokumentieren benötigt wird.

Material für die Einheit

AB: Wettererscheinungen

AB: Wetterbeobachtung

Versuch: Wärmestrahlerversuch

Arbeitsblatt „Wärmestrahlerversuch“

Unterrichtsverlauf

Die zweite Stunde befasst sich mit der Kontrolle der Hausaufgaben und der

Erarbeitung der folgenden Aufgaben des Arbeitsblattes „Wettererscheinun-

gen“. Die weiteren Aufgaben lauten:

2. Welche Auswirkungen haben die Wettererscheinungen auf den Men-

schen und auf die Tiere?

3. Sind die Auswirkungen gut oder schlecht?

Die Schüler sollen erkennen, dass sich alle Wettererscheinungen auf die Sonne,

die Luft und das Wasser zurückführen lassen. Die drei Komponenten sind ent-

scheidend für das Wettergeschehen der Erde. Aufbauend darauf wird mit den

Schülern erarbeitet, welche Auswirkungen die Wettererscheinungen auf Men-

schen und Tiere haben. Mit der Frage, ob diese Effekte negativ bzw. positiv

verlaufen, soll begründet werden, für wen oder was diese Auswirkungen gut

oder schlecht sind. Die Kinder merken, dass eine genauere Beschreibung des

Wetters dabei wichtig ist. Wie bereits genannt benötigen Landwirte regneri-

sches Wetter für eine profitable Ernte, die Kinder werden dies jedoch als

„schlechtes Wetter“ bezeichnen. Die Aufgabe bezweckt, dass eine Beschrei-

bung von Werten wie gut oder schlecht nicht ausreichend ist. Es bedarf damit

einer genauen Beschreibung einzelner Eigenschaften.

Darauf aufbauend ist mit den Schülern eine vereinfachte Übersicht über be-

stimmte Merkmale wie Sonnenschein und Bewölkung, Wasser (Niederschläge)

und Luft (Wind) zu erarbeiten. In der vereinfachten Übersicht werden noch



46

keine Merkmale gemessen, beispielsweise die Temperatur. Menschen be-

schreiben das Wetter als „kalt“ oder „warm“, wobei dies ein subjektives Emp-

finden ist. Einer empfindet 20°C im T-Shirt bekleidet als warm, ein anderer

zieht sich eine dicke Jacke an. Der zweiten Unterrichtseinheit soll nicht vorweg

gegriffen werden, dennoch wird das Thermometer für den Wärmestrahlerver-

such kurz angesprochen. Für eine Vereinfachung des Ablesens empfiehlt sich

hier zunächst ein Infrarotthermometer. Die Übersicht ist so aufgebaut, dass die

Kinder die Tabelle ohne Hilfsmittel wie bestimmten Messgeräten bearbeiten

können. Es soll darauf hingewiesen werden, dass die Beobachtungen möglichst

von allen immer zur gleichen Zeit erfolgen sollen, da so ein vergleichbares

Ergebnis erzielt wird. Begriffe wie Niederschlag sollten vorab geklärt werden.

Diese Beobachtung ist eine Wochenaufgabe und umfasst eine Zeitspanne von

fünf Tagen. Nach Beendigung des Zeitraumes sollte das Arbeitsblatt bespro-

chen werden. Es werden dabei zum Teil unterschiedliche Ergebnisse auftau-

chen. Dies ist damit zu erklären, dass das Wetter ein Zustand zu einer bestimm-

ten Zeit an einem bestimmten Ort ist.

4.2. Einheit 2: Strahlung der Sonne


Strahlung der Sonne

Erwärmung der Erde durch Sonnenstrahlen

Sonne als Motor für das Wetter

Erde und Atmosphäre

Jahreszeiten: Unterschiedliche Erwärmung der

Erde (Wärmestrahlerversuch)

Jahreszeiten in ihren Merkmalen kennenlernen

Absorption und Reflexion der Sonnenstrahlen


In dieser Unterrichtseinheit lernen die Kinder die Sonne als den Motor für Wet-

ter kennen. Die Auswirkungen der Einstrahlwinkel der Sonne bzw. Reflexion

und Absorption werden anhand der Versuche verdeutlicht. Durch die Schräg-

stellung der Erdachse ergeben sich die verschiedenen Bedingungen der Jahres-

zeiten.



47

Die Erde wird durch die Sonnenstrahlen erwärmt. Ohne eine Atmosphäre wür-

de es keinen für uns gesunden Wärmehaushalt geben. Die Erde würde sehr

erhitzt werden, jedoch würde die Wärme auch ohne Hindernis ins Weltall zu-

rückweichen können. Wichtig ist, dass die Kinder verstehen, dass die Erde von

einer Schutzhülle umgeben ist, die mit Gas gefüllt ist. Durch die verschiedene

Erwärmung ergeben sich die Jahreszeiten, die in ihren Merkmalen kennenge-

lernt werden sollen. Mithilfe eines Globus (oder einer selbst erstellten Weltku-

gel) und einer Stehlampe, die die Sonne symbolisiert, kann die Stellung der

Erde im Verhältnis zu der Sonne verdeutlicht werden. Bei dieser Darstellung

muss verdeutlicht werden, dass

8 sich die Erde um ihre eigene Achse dreht (Tag und Nacht),

8 die Rotationsachse nicht senkrecht zur Erde steht (Einstrahlwinkel),

8 sich die Erde zusätzlich um die Sonne dreht (Jahreszeiten).

Globus bzw. selbst erstellte Weltkugel93

Stehlampe (min. 60 W)

Markierung, um den Wohnort auf dem Globus zu markieren

Vorbereitung

Eine Weltkugel aus einem Styroporball94

selbst zu erstellen, ist sinnvoll, sofern

kein geeigneter Globus vorhanden ist. Sicher ist die Erstellung jedoch sehr zeit-

intensiv, weshalb ein geeigneter Globus ausreichend wäre.

Durchführung

Die Lampe wird für alle gut sichtbar in die Mitte gestellt. Es wird erklärt, dass

die gedachte Achse nicht gerade nach unten führt, sondern schräg steht. Die

Erde dreht sich um sich selbst, was wir als Tag und Nacht wahrnehmen kön-

nen. Anhand der Markierung wird deutlich, wenn man die Erdkugel dreht,

93

vgl. Lauterbach (1999): S.47 94

vgl. Olk (2012): S. 47

Material „Erde im Weltall“



48

Material „Wärmestrahlerversuch“

wann dieser Ort beschienen wird und wann es dunkel ist. Die Jahreszeiten ent-

stehen zum einen dadurch, dass sich die Erde um die Sonne dreht und dass die

Erdachse schräg steht. Die einzelnen Beobachtungen werden deutlich am Mo-

dell gezeigt und besprochen, da dies nicht einfach zu verstehen ist. Die Kinder

beobachten nun, ob ihr Wohnort im Licht oder im Dunklen liegt. Bei jedem

Umlauf um die Sonne wird einmal die nördliche und einmal die südliche Erd-

hälfte stärker erwärmt.

Um die Entstehung der Jahreszeiten aufgrund der unterschiedlichen Sonnen-

einstrahlung zu verdeutlichen, wird der Wärmestrahlerversuch aufgebaut.

2 gleiche Infrarotlampen (Leistung hier: 150 W)

2 gleiche, möglichst flache Gefäße

Blumenerde

Sprühflasche mit Wasser zum Befeuchten der Erde

Tonpapier oder dünne Pappe

2 Stative zum Halten der Wärmelampen

2 gleichlange Holzstäbe

Tesafilm

Digitalthermometer bzw. Infrarotthermometer

Vorbereitung

Die Gefäße werden in gleicher Höhe mit Blumenerde befüllt und mit einer

Sprühflasche leicht befeuchtet. Das Tonpapier bzw. die dünne Pappe wird zwi-

schen Lampenschirm und Glühlampe befestigt. Diese dienen dazu, das Licht in

die Gefäße hinein zu bündeln. Um den Abstand der Lampen trotz der unter-

schiedlichen Haltung gleich zu halten, sind an die Lampe die Holzstäbe anzu-

bringen. Ebenso wie die gleichen Lampen (jeweils 150 W) haben auch die Ab-

standshalter den Sinn, dass für die parallel laufenden Versuche die gleichen

Rahmenbedingungen vorherrschen.

Die meisten Kinder erwarten, dass der Erdboden, der mit einem Wärmestrahler

senkrecht bestrahlt wird, wärmer wird als der schräg bestrahlte Erdboden, weil

mehr Licht auf einer kleineren Fläche gelangt.



49

Abbildung 11: Wärmestrahlerversuch

Durchführung

Die Lampen werden zu Versuchsbeginn gleichzeitig eingeschaltet. Schon jetzt

ist eine unterschiedliche Größe der Lichtflecken erkennbar. Kinder können ihre

Hände darunter halten und werden feststellen, dass eine unterschiedliche Inten-

sität der Wärme spürbar ist. Die Durchführung dauert etwa fünf Minuten. Zu

empfehlen sind mindestens drei Messungen, zu Beginn, nach etwa 2-3 Minuten

und am Ende des Versuches. Sofern ein Infrarotthermometer zur Verfügung

steht, werden die Messungen damit durchgeführt. Dieses bietet im Gegensatz

zum Haushaltsthermometer eine Messung der Temperatur der Fläche an und

nicht auf einem Punkt. Dabei ist die Höhe des Thermometers bei beiden Mes-

sungen gleich.

Ergebnis

Zeit der Messung Sonnenein-

strahlwinkel

schräg in °C

Sonnenein-

strahlwinkel

gerade in °C

Temperaturdif-

ferenz in K

Beginn 20,1 20,2 0,1

nach ca. 2 Minuten 26,4 31,8 5,4

Ende (nach 4 Minuten) 27,7 34,9 7,2

Tabelle 9: Wärmestrahlerversuch Ergebnis

Ergebnissicherung/Erkenntnis

8 Fällt das Lichtbündel der Sonne senkrecht auf die Erde ein, wird ein

kleiner Fleck beleuchtet. Das Licht erwärmt den Erdboden.

8 Fällt das Lichtbündel der Sonne schräg auf die Erde ein, verteilt sich

das Licht auf einen großen Fleck. Dadurch wird der Erdboden nicht so

stark erwärmt wie bei der Konzentration auf einen kleinen Fleck.



50

Die Merkmale der einzelnen Jahreszeiten werden anschließend besprochen.

Die Jahreszeiten entstehen durch den Einstrahlwinkel der Sonne auf die Erde,

wie auch durch die Drehung der Erde um die Sonne. Eine Umrundung dauert

365 Tage, ein Jahr.

(s. Kap. 2.2.1.)

Erkenntnis/Ergebnissicherung

Als eine gemeinsame Sicherung des Ergebnisses wird folgendes vorgeschla-

gen:

Im Sommer fällt das Licht senkrecht auf die Erde und die erwärmte Flä-

che ist kleiner und wird damit stärker von der Sonne erwärmt. Im Winter

fällt das Sonnenlicht schräg auf die Erde. Die erwärmte Fläche ist größer

und sie wird nicht so stark erwärmt.95

Für die Durchführung im Unterrichtsgeschehen ist es interessant vor Versuchs-

beginn die Aussagen der Kinder zu hören. Sie sollen Vermutungen anstellen,

ob und was bei den unterschiedlichen Einstrahlwinkeln passieren wird. Der

Begriff „Winkel“ wird den Schülern noch nicht geläufig sein. Die Formulie-

rung ist in diesem Fall „schräg und senkrecht einfallendes Sonnenlicht“. Die

Vermutungen werden auf dem Arbeitsblatt „Wärmestrahlerversuch“ dokumen-

tiert. Die Messung kann von den Kindern selbst ausgeführt werden. Die Kinder

notieren ihre Werte an der Tafel. Alle notieren sich die Werte auf ihrem Ar-

beitsblatt. Die Kinder sollen den Versuch nicht als einen abstrakten Schulver-

95

vgl. Olk (2012): S. 52



51

such wahrnehmen, sondern als ein Versuch für die Umsetzung der Realität in

ein Modell. Dabei muss die Lehrkraft ausreichend verdeutlichen, dass es bei

den Lampen um die Sonneneinstrahlung handelt, die auf die Erdoberfläche

scheint. Der Holzstab suggeriert, dass der Abstand von Erde und Sonne immer

gleich ist und lediglich der Winkel den Unterschied macht. Die beiden Behält-

nisse stehen vor die Darstellung von Sommer und Winter.96

Das Experiment

wird durchgeführt. Anschließend wird in einem gemeinsamen Gespräch ge-

klärt, welche Vermutungen sich bestätigt haben und welche nicht.

Eine Fertigstellung des Arbeitsblattes und die Bearbeitung der Wetterbeobach-

tung über fünf Tage werden zu Hause erledigt. Eine Zusammenfassung des

Versuches und eine gemeinsame Ergebnissicherung ist sinnvoll, so dass die

Kinder das Experiment im Wesentlichen vorliegen haben und ihre Beobach-

tungen mit der physikalischen Erklärung in Verbindung bringen können.

Zeit (Minu-

ten)

Aktion Material

5 min Auswirkungen der Wetterer-

scheinungen auf Menschen und

Tiere

AB: Wettererscheinun-

gen

5 min Erklärung Wetterbeobachtung AB: Wetterbeobachtung

25 min Beginn Einheit Sonne

Erwärmung der Erde durch

Sonnenstrahlen Aufbau der

Erde, Atmosphäre

Verschiedene Jahreszeiten ken-

nenlernen

Grund der Jahreszeiten: Ein-

strahlwinkel der Sonne

Tafelbild

Erde im Weltall

Karten mit Informatio-

nen

Sonnenstrahlenversuch

(bereits vorbereitet)

10 min Erarbeitung und Beobachtung

des Geschehnisses

AB: Sonnenstrahlenver-

such

Hausaufgabe: Festhalten der Ergebnisse des Wärmestrahlerversuchs

Tabelle 10: Stunde 2

96

vgl. Olk (2012): S. 52



52

Stunde 3 und 4


Material für die gesamte Einheit

Experiment „Schwarze Dose, weiße Dose“

Arbeitsblatt „Schwarze Dose, weiße Dose“

Experiment „Unterschiedliche Erwärmung von Böden“

In der dritten Sachunterrichtsstunde werden Absorption und Reflexion des

Lichtes thematisiert (Kap. 2.2.). Die Kinder erfahren, warum sich bestimmte

Materialien in der Sonne schneller erwärmen als andere. Zudem ist dies die

Grundlage für die Entstehung von Wind (Druckausgleichen), der in der 7.

Stunde thematisiert wird. Der Versuch „Schwarze Dose, weiße Dose“ folgt

zuerst. Da die Reflexion und die Absorption an der schwarzen und weißen Do-

sen anhand des Temperaturunterschiedes deutlich werden und keine Zwischen-

stufen (wie grau) gegeben sind, wird dieser Versuch zuerst vorgestellt. Der

Bezug lässt sich hierbei auch zur passenden Kleidung herstellen, da die Kinder

bereits teilweise wissen, dass schwarze Kleidung im Sommer wärmer wird als

weiße. Schüler hatten dabei die Vorstellung, dass die schwarze Kleidung die

Wärme anzieht, was bei der weißen Kleidung nicht der Fall wäre.97

An dieser

Vorstellung muss angesetzt werden: Die Kleidung zieht keine Wärme an, es

geht hierbei zunächst um die energiereichen Strahlen, die von der Sonne aus-

gehen. Diese werden vom schwarzen Stoff absorbiert, das heißt, dass die Ener-

gie der Strahlen nicht wieder abgegeben wird, sondern aufgenommen. Die

Energie der Sonne ist in Form von Wärme für uns spürbar.

Bei der weißen Dose wird der Großteil der energiereichen Strahlung reflektiert.

Die Energie, die sich in Wärme umwandeln kann, wird damit reflektiert, wes-

halb der Temperaturanstieg nicht so stark wie bei der dunklen Dose sein wird.

97

Diese Information stammt aus einem Plenumsgespräch in einer dritten Klasse während eines

Praktikums im Schuldorf Bergstraße in Seeheim-Jugenheim.



53

Material „Schwarze Dose, weiße Dose“

zwei gleiche Dosen mit möglichst dünnen Wänden

Papier bzw. dünner Tonkarton gleicher Art in schwarz und weiß

Tesafilm oder Klebstift

Digitalthermometer

Zeit Schwarze Dose

Temperatur in °C

Weiße Dose

Temperatur in °C

Beginn 21,7 21,7

nach 1 Minute 25,9 24,4

nach 2 Minuten 28,0 26,7



Tabelle 11: "Schwarze Dose, weiße Dose" mit Luft

Zeit Schwarze Dose

Temperatur in °C

Weiße Dose

Temperatur in °C

Beginn 15,0 15,0







Tabelle 12: "Schwarze Dose, weiße Dose" mit Wasser



54

Abbildung 12: Schwarze und weiße Dose

Vorbereitung

Die Dosen können bereits vorab mit dem schwarzen und weißen Papier beklebt

werden. Ein Deckel verhindert eine starke Konvektion. Steht kein Deckel zur

Verfügung, kann man die Dose mit dem Boden nach oben platzieren. Eine Vo-

raussetzung ist, dass innerhalb des Klassenzimmers ein sonniger Platz gefun-

den wird. Da dies von vielen Faktoren abhängt, ist eine Alternative mit einer

Wärmelampe gegeben. Beide Dosen müssen die gleichen Rahmenbedingungen

haben. Dazu gehört, dass der schwarze und der weiße Bogen und beide Dosen

gleicher Art sind. Für ein schnelleres Ergebnis empfiehlt sich, dünnwandige

Dosen zu verwenden.

Durchführung

Beide Dosen werden nebeneinander an einen sonnigen Platz gestellt. Zu unter-

schiedlichen Zeiten wird das Thermometer in die Dosen gehalten und gemes-

sen. Abhängig ist die Veränderung von der Intensität der Sonnenstrahlung.

Auch bei diesem Experiment sollen die Kinder zunächst Vermutungen anstel-

len, die sie in der Wartezeit kundtun können. Gemeinsam kann diskutiert wer-

den, warum es da ggf. andere Ansichten gibt und was demnach bei dem Expe-

riment herauskommt. Dass manche Kinder bereits wissen, dass man schwitzt,

wenn man im Sommer schwarze Kleidung trägt, könnte diesbezüglich interes-

sant sein, da sie somit schlussfolgern können, was passiert. Dieser Vorschlag



55

wird jedoch nur gemacht, sofern der Bezug von der schwarzen Kleidung zur

schwarzen Dose gelingt.

Ebenso kann dies noch mit Wasser gefüllten Dosen ausprobiert werden. Dabei

muss mehr Zeit eingeplant werden, sofern er im Sonnenlicht ausgeführt wird.

Um ihn jedoch in der Schulzeit durchzuführen, wäre es auch hier möglich,

zwei identische Wärmelampen einzusetzen.


Scheint die Sonne auf einen Gegenstand, wird ein Teil des Lichtes reflek-

tiert (zurückgeworfen) und der andere Teil wird absorbiert (aufgenom-

men / geschluckt). Je dunkler die Farbe des Gegenstandes, desto mehr

wird absorbiert (aufgenommen). Je heller die Farbe des Gegenstandes,

desto mehr wird reflektiert (zurückgeworfen).98

1 Das Experiment, das unterschiedliche Böden in Verbindung mit der Wir-

kung der Sonnenstrahlen bringt, ist umfangreicher und komplexer und

wird daher an den Schluss der Unterrichtsstunde gestellt bzw. in die

nächste Unterrichtsstunde verschoben.

5 gleiche Schüsselchen, die befüllt werden mit

8 nassem Sand

8 Sand

8 Erde

8 Erde mit Kresse

8 und Wasser.

Digitalthermometer

weißer Untergrund (bspw. weiße Pappe)

98

vgl. Olk (2012): S. 56

Material „Unterschiedliche Erwärmung von Böden“



56

Messergebnisse (2. April 2014, Lufttemperatur 20°C)

Uhrzeit

Alle gemessenen Temperaturen sind in °C angegeben.

nasser Sand trockener

Sand Erde

Erde mit

Kresse Wasser

14:00 19,5 20,9 17,2 16,8 18,0

15:00 19,0 23,6 22,3 18,1 18,7

15:30 21,5 26,4 24,6 18,3 18,8

16:30 24,5 31,2 30,8 19,5 23,3

17:00 19,6 25,2 24,5 17,9 20,1

17:15 18,7 22,9 24,1 17,3 18,9

17:30 17,6 21,8 22,6 16,9 18,3

Tempera-

turdifferenz

(K)99

5,0 K 10,3 K 13,6 K 2,7 K 4,3 K

Tabelle 13: Messergebnisse "Unterschiedliche Erwärmung"

Im Vergleich hierzu die Differenz von Höchst- und Endwert:

Tempera-

turdifferenz

(K)100

6,9 K 9,4 K 8,2 K 7,6 K 5,0 K

Ergebnis

Bei dieser Messung von unterschiedlichen Materialien werden unterschiedlich

schnelle Erwärmungen und Abkühlungen festgestellt. Dabei ist der Wert des

99

Die Temperaturdifferenz bezieht sich hierbei auf die Differenz zwischen Anfangswert

(14:00) und Höchstwert (16:30) Temperaturanstieg. 100

Die Temperaturdifferenz bezieht sich hierbei auf die Differenz zwischen Höchstwert

(16:30) und Endwert (17:30) Temperaturabfall.

Abbildung 13: Diverse Materialien in Gläsern



57

Anstiegs bzw. des Abfalls abhängig vom jeweiligen Boden. 16:30 Uhr tritt die

Höchsttemperatur aller Materialen ein. Ebenso ist bei allen ein folgender Tem-

peraturabfall zu beobachten. Die stärkste Erwärmung ist bei der Erde zu erken-

nen, gefolgt vom trockenen Sand. Die Erde absorbiert einen großen Teil der

Sonnenstrahlen. Vergleicht man die Wassertemperaturen und die des Sandes,

wird deutlich, dass sich der Sand erheblich schneller aufwärmt, aber auch

schneller abkühlt. Der Grund liegt in der Wärmekapazität des Materials: Der

Sand hat eine spezifische Wärmekapazität von 0,835 kJ/(kgK), das Wasser

hingegen hat eine spezifische Wärmekapazität von 4,186 kJ/kgK (bei ca.

20°C). Umso weniger Wärmeenergie ein Stoff in sich selbst speichern kann,

desto schneller passt sich dieser an die Umgebungstemperatur an.101

Ebenso

interessant ist, dass sich der nasse Sand weniger stark erwärmt als der trockene.

Das Prinzip entspricht in etwa dem Schwitzen beim Menschen. Des Weiteren

zählt hier die Wärmekapazität: Durch Wasser auf der Oberfläche entsteht eine

Verdunstung, die die Verdunstungskälte hervorruft. Darum ergibt sich beim

nassen Sand eine Temperaturdifferenz bis zum Höchstwert von etwa 5 K, beim

trockenen Sand jedoch ein Wert, der mehr als doppelt so hoch ist: 10,3 K. Inte-

ressant ist, dass sich der Wert der Wassertemperatur insgesamt am wenigsten

verändert hat und relativ konstant geblieben ist. Der Durchschnittswert des

Wassers beträgt 19,44 °C, womit eine Annäherung an die Umgebungstempera-

tur zwar erkennbar ist, jedoch keine zusätzlich starke Erwärmung durch Son-

neneinstrahlung. Durch die Reflexionseigenschaften (Reflexionswert) des

Wassers und durch einen recht niedrigen Sonnenstand ergibt sich ein hoher

Reflexionswert, d.h., dass wenig Sonnenstrahlen absorbiert werden und damit

keine starke Erwärmung durch die energiereiche Strahlung geschehen kann.

Es empfiehlt sich dieses Experiment mehrmals zuvor auszutesten, um optimale

Bedingungen zu schaffen. Durch die wiederholte Ausführung des Experimen-

tes zeigt sich, dass es sinnvoll ist, die verschiedenen Materialien vorab an die

Umgebungstemperatur anzupassen. Bezogen auf die gezeigte Versuchsdurch-

führung wurden die Materialien vor Messungsbeginn in den Schatten gestellt,

sodass sie keine extreme Bodenwärme annehmen konnten. Die Anfangstempe-

raturen waren in diesem Fall nicht gleich. Auch die Kinder werden feststellen,

101

vgl. Wikibooks: Tabellensammlung Chemie / spezifische Wärmekapazitäten



58

dass die Starttemperaturen nicht gleich sind. Im Schulversuch wäre es sinnvoll,

jene Materialien eine längere Zeit gemeinsam stehen zu lassen, damit sich eine

gleiche Anfangstemperatur ergibt. Es muss darauf hingewiesen werden, dass

die Temperaturdifferenz das Entscheidende ist. Eine Durchführung zeigte ohne

Anpassungsphase an die Lufttemperatur eine rasche Anpassung an die Luft-

temperatur (es wurde in dem Fall kälter). Im Unterricht wäre diese Entwick-

lung irritierend für die Schüler gewesen, da sie mit der Sonneneinstrahlung

eine Erwärmung der Materialien erwartet hätten. Eine Rolle spielt ebenso die

Uhrzeit, die Außentemperatur und ebenso auch Einfluss von Wolkenbildung.

Darum ist ein längerer Beobachtungszeitraum sinnvoll.

Durchführung

Die Materialien werden bereits vor Messungsbeginn in den Schatten gestellt,

sodass eine Anpassung an die Umgebungstemperatur erfolgt. Dies geschieht

aufgrund der geringen Menge des jeweiligen Materials in der Regel recht zü-

gig. Die Gläser mit den Stoffen werden auf einem weißen Tuch oder Pappe in

die Sonne gestellt. Die Anfangstemperatur wird aufgenommen. Im Rhythmus

von etwa 15 – 30 Minuten werden erneute Messungen vorgenommen. Es emp-

fiehlt sich, dieses Experiment länger zu planen und den Schulvormittag mit

Versuchshelfern einzuteilen. Die Messungen werden notiert und in der Sachun-

terrichtsstunde besprochen.


Die Durchführung des Versuches hat in ähnlichem Aufbau (ohne Erde mit

Kresse, jedoch mit Steinen) während eines Praktikums stattgefunden. Die

Schüler hatten die Aufgabe, zu beobachten, was mit den unterschiedlichen Bö-

den der Erde passiert. Da den Kindern eine Arbeit mit Tabellen bereits bekannt

war, hatten sie keine Schwierigkeiten diese zu lesen und sie mit Werten zu fül-

len. Die Schüler waren gespannt und motiviert. Einige Kinder stellten bereits

während des Experimentes interessante Vermutungen auf, wie „Das Wasser

wird sowieso schnell warm, weil unser Swimmingpool auch immer schnell

warm wird.“ oder „Der Sand wird auch sehr heiß. Darum kann ich am Strand

oft nur mit Sandalen laufen.“ Das Mädchen, das die Vermutung zum Wasser

aufstellte war auch bei diesem Versuchsausgang überrascht und konnte sich



59

dies zunächst nicht erklären. Unpassende Abweichungen in den Messreihen

werden den Schülern als Messfehler erklärt. Dieses Experiment war in eigenen

Wiederholungen sowohl bei einem kurzen als auch langem Beobachtungszeit-

raums geeignet, was abhängig von der Wettersituation ist. Trotz der möglich-

erweisen langen Durchführung hat es den Kindern viel Freude bereitet, die

Werte festzustellen und zu sammeln. Da sie einiges über die Eigenschaften des

natürlichen Bodens beobachtet haben und dies gut vom Modell in die Realität

übersetzen konnten, erachte ich dieses Experiment als sinnvoll und motivie-

rend. Des Weiteren sind die Beobachtungen für den weiteren Unterrichtsver-

lauf hilfreich. Besteht jedoch nicht die Möglichkeit, diesen Versuch aufgrund

des Zeitrahmens durchzuführen, ist hierbei der Versuch „Schwarze Dose, wei-

ße Dose“ als Grundlage zum Verständnis ausreichend.

Eine Sicherung für die Schüler lautet also:

8 Ein Teil des Lichtes wird an den Materialien absorbiert (aufge-

nommen), ein anderer Teil wird reflektiert. Dunkle Böden, wie die

Erde, absorbieren dabei einen großen Teil des Lichtes. Dadurch

erwärmt sich die Erde stärker.

8 Da Wasser in den nassen Materialien wie Sand oder Erde verduns-

tet, erwärmt sich diese nicht so stark, sondern verhindert, dass sich

der nasse Boden so stark erwärmt wie trockener. Die Wärmekapa-

zität, also die Möglichkeit, Wärme zu speichern, ist ebenso ent-

scheidend.

8 Steht die Sonne hoch am Himmel, wird nur wenig Licht reflektiert,

dafür umso mehr absorbiert. Die Sonne stand bei der Messung

niedrig, darum wurde viel Licht reflektiert: Das Wasser wurde

kaum erwärmt.

Stunde 5 und 6

4.3. Einheit 3: Luft und Wind

Geplante Unterrichtszeit für diese Einheit: ca. 60 - 90 Minuten

In dieser Einheit lernen die Schüler die Eigenschaften der Luft kennen.



60


Luft ist nicht nichts, sondern ein Gas

Luft nimmt Platz ein

Luft hat ein Gewicht

Luftdruck

Luft kann unterschiedliche Temperaturen haben

Warme Luft dehnt sich aus

Wind Luftdruckunterschiede – Entstehung von Wind

Wind ist messbar (Windmesser)


Eigenschaft der Luft Experimente Arbeitsblätter

1. Luft nimmt Platz ein

1.1 „Tetrapack“

1.2 „Luftballon in der

Flasche“

1.3 „Trichterversuch“

Luftballon in der

Flasche

Trichterversuch

2. Luft wiegt etwas 2.1 „Ball wiegen“

2.2 „Ballwaage“ Ball wiegen

3. Luft drückt -

Luftdruck 3 „Luft drückt“ Luft drückt

4. Luft kann unter-

schiedliche Tempera-

turen haben

4 „Luftballon auf der

Flasche“ Thermometer

5. Warme Luft dehnt

sich aus

5 „Herdplatte und Fe-

der“

6. Luftdruckunterschiede 6 Luftdruckunterschiede „Land- und See-

wind“

7. Wind ist messbar „Windmesser“

Tabelle 15: Übersicht der Experimente "Luft"

Zur Unterrichtseinheit „Luft“ sind bereits Materialien auf der Internetplattform

SUPRA (http://www.supra-lernplattform.de unter Natur & Technik) zu finden.

Somit wird im weiteren Verlauf weniger auf die Sachinformationen des The-



61

mas Luft für den Grundschulunterricht eingegangen, vielmehr beziehen sich

weitere Ideen auf die Umsetzung im Sachunterricht.

Kinder stellen sich vor, dass Luft nichts ist.102

Wir sehen sie nicht und spüren

sie nicht in statischen Situationen. Allerdings ist das nicht richtig. Insbesondere

beim Wetter wird bewegte Luft an einem heißen Sommertag als erfrischend

wahrgenommen, kann aber in kräftiger Form heftigen Schaden anrichten und

sogar Häuser zerstören. An diesen falschen oder zum Teil falschen Vorstellun-

gen wird nun angesetzt. Luft hat verschiedene Eigenschaften, die mit der fol-

genden Einheit veranschaulicht werden. Die Experimente können mit präzisen

Anweisungen als Stationsarbeit angeboten werden. Die Kinder notieren dabei

ihre Ergebnisse.

Damit die Schüler darüber nachdenken, dass Luft nicht nichts ist, wird zu-

nächst ein Brainstorming begonnen. Die Lehrkraft kann dies als einen stillen

Impuls aufbereiten, sofern die Unterrichtsmethode bei den Kindern bekannt ist,

und schreibt „Luft“ in die Mitte der Tafel. Die Schüler haben die Möglichkeit,

in Ruhe darüber nachzudenken. Die Ergebnisse werden zunächst kommentar-

los gesammelt.

Die Kinder sollen nun versuchen, zu erklären was Luft ist. Es ist u.a. möglich,

dass sie Luft als etwas verstehen, das nicht existiert, weil sie es nicht direkt

sehen und anfassen können. „Luft ist nicht wirklich da, man kann durchgu-

cken.“103

Neben den Hinweisen zum Thema Luft werden hieran zusätzliche

Angebote dargestellt.

Dass Luft nicht nichts ist, sondern ein Gas, das eine Masse hat, kann anhand

eines einfachen Versuches darstellt werden.104

Tetrapack

Luftballon

102

vgl. Kahlert (2009): S. 59 103

Erfahrung aus einem Unterrichtsgespräch am Schuldorf Bergstraße in der dritten Klasse 104

vgl. Olk (2012): Stationsarbeit Luft. S. 59

Luft 1 Material: Luft ist nicht nichts - Tetrapack



62

Abbildung 14: Luft ist nicht nichts - Tetrapack

Durchführung

Die Lehrkraft zeigt den Schülern einen „leeren“ Karton. Der Karton wird ge-

dreht, sodass sie sehen können, dass wirklich kein Getränk mehr in der Pa-

ckung ist und der Lehrer stellt nun die Frage: „Diesen Saft habe ich bereits

ausgetrunken. Was ist nun jetzt noch in dem Tetrapack?“105

Die Vermutungen

können dabei geäußert werden. Nach der Frage wird ein Luftballon über die

Öffnung des Tetrapack gestülpt. Der Karton wird zusammengedrückt. Dabei

stellt sich der Luftballon auf und Luft strömt in diesen hinein. In einem Ge-

spräch wird besprochen, dass obwohl der Saft ausgetrunken ist, sich immer

noch Luft darin befindet und dabei auch Platz einnimmt, auch wenn sie im Re-

gelfall nicht sichtbar ist. Dabei wird erklärt, dass die Luft ein Gas ist. Der Be-

griff Gas kann von den Schülern oft als etwas Negatives empfunden werden,

da beispielsweise „Gasgeruch“ in der Wohnung etwas Negatives darstellt.106

Erkenntnis

Luft nimmt Raum ein, auch wenn wir sie nicht sehen können. Die Luft ist

ein Gas.

große PET-Flasche

Luftballon

Knetmasse

Bohrer oder Ähnliches

105

vgl. ebd. (2012): S. 59 106

Erfahrung aus einer Praktikumsstunde mit dem Thema „Luft – Gas“

Luft 1 Luft nimmt Raum ein - Luftballon in der Flasche



63

Abbildung 15: Luftballon in der Flasche107

Vorbereitung

In den Flaschenboden wird ein kleines Loch gebohrt. Der Luftballon wird über

den Flaschenhals gestülpt und in die Flasche gedrückt. Das kleine Loch wird

vorab mit Knetmasse verschlossen.

Durchführung

Es wird versucht, den Luftballon in der Flasche aufzupusten. Die Schüler wer-

den feststellen, dass dies unmöglich ist. Nun wird die Knetmasse vom unteren

Loch entfernt.

Erkenntnis

Es ist unmöglich, den Luftballon mit dem verschlossenen Boden aufzupus-

ten, da bereits Luft im Luftballon ist. Öffnen wir das Loch, so kann die

Luft entweichen und der Luftballon lässt sich somit aufblasen.

große PET-Flasche (1,5 l)

Trichter

Knetmasse

Gießkanne mit Wasser

ein kleiner Bohrer oder Vergleichbares

107

Bild entnommen aus: Olk (2012): S. 62

Luft 1 Material: Luft nimmt Raum ein - Trichterexperiment



64

Abbildung 16: Trichterversuch

Vorbereitung

Im oberen Drittel der Flasche wird mit einem Bohrer ein kleines Loch gebohrt.

Dieses wird mit Knetmasse luftdicht verschlossen. Der Trichter wird auf den

Flaschenhals gesetzt. Der Bereich zwischen Flaschenöffnung und Trichter wird

ebenfalls luftdicht verschlossen. Ein vorheriger Test ist sinnvoll.

Durchführung

Die Kinder gießen das Wasser in den Trichter. Sie werden merken, dass das

Wasser dabei im Trichter bleibt. Wird die Knetmasse an der Seite der Flasche

entfernt, kann das Wasser in die Flasche fließen.

Erkenntnis

Das Wasser kann zunächst nicht in die Flasche, da der Raum in der Fla-

sche bereits von der Luft eingenommen ist. Wie auch beim vorherigen

Versuch wird deutlich, dass das Wasser in die Flasche fließen kann, sofern

die Luft die Möglichkeit hat aus der Flasche zu entweichen.

Lederball

Briefwaage / Haushaltswaage

Luftpumpe

Hinweis: Der Ball sollte möglichst auch nicht aufgepumpt rund sein, da es

sonst möglich ist, dass der Gewichtsunterschied auf die veränderte Form zu-

rückgeführt wird.

Luft 2 Material: Ball wiegen



65

Abbildung 17: Ball wiegen

Durchführung

Der Ball wird nicht aufgepumpt auf die Waage gelegt. Das Ergebnis wird fest-

gehalten. Nun wird der Ball mit einer Luftpumpe aufgeblasen und noch einmal

gewogen. Das Ergebnis wird ebenfalls notiert.

Zustand des Balls Gewicht in g

nicht aufgepumpt 390

aufgepumpt 393

Tabelle 16: Gewicht Lederball

Erkenntnis

Vergleicht man beide Ergebnisse, stellt man einen Gewichtsunterschied

fest. Daraus entnehmen wir, dass die Luft ein Gewicht hat.

Dieser Versuch stellt eine Alternative zum Versuch „Ball wiegen“ dar. Auf-

grund der sensiblen Waage, sollte das Experiment vorher erprobt werden, da

sonst nicht ersichtlich ist, was mit diesem Versuch verdeutlicht werden sollte.

Holzstab (ca. 80 cm)

2 gleiche Ballnetze

Schnur

2 gleiche, nicht aufgepumpte Bälle

Luftpumpe

Tesafilm

Luft 2 Material: Ballwaage



66

Luft 3 Material: Luft drückt

Vorbereitung

Anstelle einer Briefwaage wird hier nun eine selbst erstellte Waage verwendet.

Die Ballnetze werden mit einer Schnur am Holzstab befestigt. Darin befinden

sich die Bälle. Die komplette Waage wird an eine Gardinenstange oder ähnli-

ches Gerüst befestigt, damit sie sich frei bewegen kann. Beide Bälle werden

unaufgepumpt in die Netze gelegt. Dabei sollte sich die Waage so einpendeln,

dass beide Bälle auf gleicher Höhe sind.

Durchführung

Ein Ball wird aus den Netzen herausgenommen und aufgepumpt und wieder in

das Netz zurückgelegt. Man beobachtet die Waage. Die Waage zeigt, dass das

Gewicht des aufgepumpten Balls mehr geworden ist, da die Waage nun im

Ungleichgewicht steht.

Erkenntnis

Der aufgepumpte Ball hat im Gegensatz zu dem nicht aufgepumpten Ball

an Gewicht zugenommen. Das heißt, dass Luft ein Gewicht hat.

Von dieser Erkenntnis wissen wir nun, dass Luft ein Gewicht hat. Die Vorstel-

lung dabei ist schwierig, dass die Luft von allen Seiten auf alle Körper drückt.

Eine vereinfachte Erklärung wäre, dass die Luft etwas wiegt und daher drückt.

Dass diese von allen Richtungen auf einen Körper einwirkt, wird hier außen

vor gelassen.

Zeitungspapier

Holzlatte bzw. großes Lineal

Abbildung 18: Luft drückt



67

Ein großes Lineal oder eine Holzlatte wird auf die Kante eines Tisches gelegt,

sodass die Hälfte davon übersteht. Man schlägt nun auf das Lineal bzw. auf die

Holzlatte. Das Lineal wird herunterfallen. Eine aufgefaltete Zeitungsseite wird

auf das Lineal gelegt und schlägt wieder auf das Lineal. Man wird merken,

dass diese nicht einfach wegfliegt, sondern liegen bleibt.

Erkenntnis

Die Luft drückt auf die ganze Fläche der Zeitung. Darum lässt sich das

Lineal auch nicht herunterdrücken und fällt auch nicht wie zuvor vom

Tisch.

Da der Luftdruck abhängig von Temperatur und Luftfeuchtigkeit ist, wird den

Schülern verdeutlicht, dass die Luft verschiedene Temperaturen haben kann.

PET-Flasche

1 Luftballon

Schüssel mit sehr warmen Wasser

Schüssel mit sehr kaltem Wasser (Eiswürfel)

alternativ im Winter: Flasche nach draußen bringen, nach einiger Zeit

ins Klassenzimmer holen

Flasche in kaltem Wasser

Flasche in warmen Wasser

Abbildung 19: Luftballon auf der Flasche

Luft 4 Material: Luft hat unterschiedliche Temperaturen –

Luftballon auf der Flasche



68

Durchführung

Über den Flaschenhals wird ein Luftballon gestülpt. Nun hält man die Flasche

zunächst in eine Schüssel mit kaltem Wasser. Der Luftballon wird dabei beo-

bachtet. Die Luft kühlt sich in der Flasche ab und der Luftballon sinkt schnell

in sich zusammen. Nun stellt man die Flasche in eine Schüssel mit dem war-

men Wasser. Dadurch wird die Luft in der Flasche erwärmt und dehnt sich aus.

Sie entweicht dabei in den Luftballon, der sich aufbläst.

Die Schüler erwarten beim kalten Wasser, dass der Ballon sich aufbläst, weil

die Luft wegen der Kälte nach oben steigt. Jedoch ist den Schülern dabei nicht

klar, dass sich das Luftvolumen aufgrund der Temperaturänderung verklei-

nert.108

Damit der Versuch auch nach einiger Zeit immer noch funktioniert, sollten

immer wieder Eiswürfel in das kalte Wasser gefüllt werden. Mithilfe eines

Wasserkochers kann die Temperatur des warmen Wassers gehalten werden.

Das Wasser sollte jedoch nur so warm sein, dass eine Verbrennungsgefahr aus-

geschlossen ist.

Erkenntnis

Wenn die Luft erwärmt wird, dehnt sie sich aus.

Wenn die Luft kälter wird, zieht sie sich wieder zusammen.

Stunde 7



Experiment „Warme Luft dehnt sich aus“

Arbeitsblatt „Land- und Seewind“

Experiment „Windmesser“

108

vgl. Schieder & Wiesner (2006)



69

Die Schüler lernen, dass Luft ebenso unterschiedliche Temperaturen annehmen

kann. Das deutlichste Beispiel ist die Temperatur der uns umgebenen Luft.

Kinder beurteilen die Temperatur subjektiv, sie nennen es kalt oder warm.

Damit diese Angabe korrekt gemacht werden kann, benötigt man ein Thermo-

meter. Sofern in der zweiten Klasse der Aufbau und Funktion eines Flüssig-

keitsthermometers nicht behandelt wurde, ist dies an dieser Stelle passend in

die Einheit zu integrieren. Am Ende der Einheit „Luft“ kündigt die Lehrkraft

an, dass die Kinder verschiedene Thermometer mitbringen sollen. Diese wer-

den in der darauffolgenden Unterrichtsstunde genauer betrachtet.

Herdplatte

Feder

Räucherstäbchen

Streichholz

Abbildung 20: Herdplatte und Feder

Durchführung

Eine mobile Herdplatte wird gezeigt. Die Platte ist kalt. Man schaltet den Herd

an und hält die Feder darüber. Sobald die Platte warm genug ist, wird sich die

darüber liegende Luft erwärmen und die Feder steigt nach oben. Um zu sehen,

was die warme Luft macht, machen wir diese mit einem Räucherstäbchen

sichtbar, indem man es anzündet und darüber hält. Das Räucherstäbchen sollte

zuvor angezündet worden sein, dass der Vergleich zum Rauch über der Herd-

Luft 5 Material: Warme Luft dehnt sich aus



70

platte erkennbar wird. Die Schüler bezeichnen sich als Wärme, die hoch steigt

oder gar als etwas, das dazu kommt. Jedoch handelt es sich hierbei um eine

Ausdehnung der Luft. Luft und Wärme werden teilweise als etwas Unter-

schiedliches aufgefasst.109

Bei der Durchführung wurde festgestellt, dass selbst die kleine Feder zu schwer

war. Die Fahnen der Feder begannen sich leicht zu bewegen. Die Feder landete

nach dem Loslassen auf der Herdplatte. Löst man die einzelnen Fasern aber

von der Feder ab, fliegen diese hoch. Auch bei den Samen der „Pusteblumen“

ist das Aufsteigen deutlich erkennbar.

Hinweis: Ebenso ein kleines 1 cm großes Quadrat aus einer Schicht eines Kü-

chenpapiers erwies sich als zu schwer. Ein Schwingen der Ecken war sichtbar.

Erkenntnis

Wenn die Luft erwärmt wird, dehnt sie sich aus. Da die Fahnen der Feder

sehr leicht sind, werden sie mit nach oben befördert. Der Rauch des Räu-

cherstäbchens macht das Aufsteigen der Luft sichtbar.

Die Temperatur und der Luftdruck bestimmen Luftdruckunterschiede oder an-

ders ausgedrückt: Luftdruckunterschiede entstehen durch Temperaturänderun-

gen der Luft. Luftdruckunterschiede bewirken, dass sich die Luftmassen bewe-

gen. Diese bewegte Luft heißt Wind. Die meisten Kinder wissen, dass Wind

bewegte Luft ist.

Die unterschiedlich erwärmte Luft hat auch einen unterschiedlichen Druck.

Dadurch kommt die Windbewegung zustande. Beim Seewind erwärmt sich das

Land schneller als das Wasser. Die am Tag erwärmte Luft steigt über dem

Land auf. Kältere Luftmassen strömen vom Meer nach. Wind entsteht. Nachts

kühlt das Land wieder schneller ab. Die Luft ist damit über dem Meer wärmer

und steigt auf. Nun strömt vom Land kühlere Luft nach.110

Sichtbar ist dies auf

der folgenden Abbildung (s. auch Kapitel 2.3.2.).

109

vgl. Schieder & Wiesner (1997): S. 142 110

vgl. Crummenerl (2010): S. 13



71

Terrarium oder großes Glas

angefeuchtete Erde

Eiswürfel und Salz

Backblech

Wärmelampe

111

Durchführung

Die Erde wird in ein Terrarium (Erdatmosphäre) gefüllt, so dass sie den Boden

bedeckt. Oben soll ein Backblech darauf gelegt werden, das mit dem Terrarium

abschließt. Die Wärmelampe (Sonne) strahlt von der Seite in das Glas hinein.

Oben auf das Backblech werden einige Eiswürfel gelegt. Nach einiger Zeit ist

Nebel und eine Zirkulation sichtbar. Dieses Experiment zeigt unsere Erdat-

mosphäre im Modell.

Abbildung 21: Luftdruckunterschiede

111

s. Crummenerl (2010): S. 13

6 Material: Wind und Luftdruckunterschiede



72

Erkenntnis

Durch die Wärmelampe entsteht ein Hochdruckgebiet. Die warme Luft

dehnt sich aus und steigt in die Höhe. Das Eis auf dem Backblech lässt ein

Tiefdruckgebiet entstehen. Die kalte Luft sinkt ab. Dadurch entsteht eine

Zirkulation, die im zweiten Bild sichtbar wird (siehe Pfeil).

Oft findet man in Schulbüchern folgende Idee zum Bau eines Barometers:

Abbildung 22: Barometer basteln aus Wetterwerkstatt, S. 54112

112

s. Olk (2012): S. 42



73

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass dieses Experiment nicht den

Luftdruck erfasst, sondern, wie bei dem Versuch „Luftballon auf der Flasche“

erkennbar, die Temperaturunterschiede.

Gemeinsam wird mit den Schülern überlegt, dass man Wind auch messen

kann. Kinder werden sagen, dass man die Stärke messen kann, weil der Wind

unterschiedlich stark wehen kann. Er kann von einer leichten Brise hinzu ei-

nem kräftigen Sturm auftreten. Dabei wird erklärt, dass die Windstärke eine

Geschwindigkeit ist, die in km/h gemessen wird. Einige Kinder kennen auch,

dass die Windrichtung angegeben wird. Hieran wird ein Windmesser selbst

hergestellt.

Joghurtbecher (200g)

Schaschlikstäbe

Knetmasse

Papier für die Fahnen

Schere

Tesafilm

Strohhalm

Tacho

Kompass

Abbildung 23: Windmesser

Luft 6 Material: Windmesser



74

Vorbereitung

In den Joghurtbecher werden an den Seiten in Höhe der Mitte zwei sich gegen-

überliegende Löcher gebohrt bzw. geschnitten. Die Löcher sind so groß, dass

sich der Schaschlikstab frei bewegen kann. Ein weiteres Loch wird in den Bo-

den des Bechers gestochen. Dies soll auch so groß sein, dass sich der Spieß gut

bewegen kann. Ist ein sauberes Loch nicht möglich, werden dünne Strohhalm-

stücken in die Löcher gesteckt. Als ein Gewicht klebt man die Knetmasse in

den Becher, am besten an zwei gegenüberliegenden Stellen. Ein weiterer Spieß

wird durch den Becherboden gesteckt. Am Ende dieses Stabes wird eine Fahne

aus Papier gebastelt. Diese zeigt die Windrichtung an. Der querliegende Stab

zeigt die Windgeschwindigkeit an. Daran kommen auch zwei Fähnchen. Dazu

muss eine Skala auf den Becher gemalt werden: Man markiert die Stellen, die

beim Gehen und Laufen erreicht worden sind. Als Alternative kann der Wind-

messer geeicht werden: Einige Kinder haben einen Tacho am Fahrrad. Dieser

kann verwendet werden, um jene Stellen zu markieren. Mit einem Kompass

kann die genaue Windrichtung festgestellt werden.

Durchführung

Der Windmesser wird in den Wind gestellt. Die obere Fahne zeigt die Wind-

richtung und querliegende die Windgeschwindigkeit an. Die Kinder lesen da-

von ab.

Erkenntnis

Wind ist messbar. Man misst die Geschwindigkeit (km/h) und seine Wind-

richtung.

Stunde 8



Diverse Thermometer

Arbeitsblatt „Das Thermometer“



75

Arbeitsblatt „Aggregatzustände, Verdunstung, Kondensation“

Experiment „Nebelbildung“

Experiment „Nebelentstehung“

In der 8. Unterrichtsstunde wird das Thermometer aufgegriffen. Es ist eine

wichtige Grundlage, Kenntnisse über Aufbau und Verwendung dieser Instru-

mente zu erlangen.

Das Thermometer

Die verschiedenen mitgebrachten Thermometer der Kinder werden auf einem

Tisch oder eine Decke in die Mitte eines Sitzkreises platziert. Als einen stillen

Impuls wartet der Lehrer auf verschiedene Äußerungen. Vermutlich werden

einige Kinder erklären, wofür sie das Thermometer nutzen, beispielsweise um

zu prüfen, wie warm das Wasser für ein Bad ist oder ob sie Fieber haben.

Teilweise werden digitale Thermometer mitgebracht werden, die lediglich das

Ablesen der gemessenen Temperatur als Zahl erfordert. Die Temperatur soll

auch auf Flüssigkeitsthermometern abgelesen werden können. Die Schüler

lernen den Aufbau und das Ablesen kennen. Hierzu werden Aufbau des Ther-

mometers und Funktionsweise der Skala in einem Klassengespräch bespro-

chen, an der Tafel demonstriert und auf dem Arbeitsblatt „Thermometer“ wie-

derholt. Als Überleitung wird besprochen, was alles mit einem Thermometer

gemessen wird. Dazu gehört die Wassertemperatur.

4.4. Einheit 4: Wasser und Niederschlag


Wasser und Nieder-

schlag

Aggregatzustände

Niederschlag

Verdunstung

Kondensation

Entstehung von Wolken

Wolkenklassifikation

Wasserkreislauf




76

Das Wasser kann sich zudem in verschiedenen Zuständen befinden. Wir ken-

nen es in Form von Wasserdampf, flüssigem Wasser und Eis. Diese Zustände

(fest, flüssig und gasförmig) nennt man Aggregatzustände. In der Natur kommt

das Wasser in allen Aggregatzuständen vor. Kinder können gut aufnehmen,

was es heißt, wenn das Wasser fest (Eis) oder flüssig ist. Jedoch fällt es ihnen

schwer, zu verstehen, dass das Wasser fein verteilt in der Luft ist. Da die Was-

sertröpfchen ohne weiteres Zutun nicht sichtbar ist, denken sie, dass das Was-

ser verschwunden sei. Luft nimmt ununterbrochen und bei jeder Temperatur

Wasserdampf auf. Jedoch ändert sich dabei immer die maximale Menge. Ist

diese Menge erreicht, ist die Luft gesättigt. Warme Luft nimmt mehr Wasser-

dampf auf als kalte. Folgend werden Luft und Wasser als kalt und warm be-

zeichnet. Dies dient der vereinfachten Erklärung. Tatsächlich handelt es sich

um den Temperaturunterschied beider Stoffe. Kühlt sich die mit Wasserdampf

gesättigte Luft ab, gibt sie einen Teil des Wassers wieder ab. Es bilden sich

wieder Wassertröpfchen. Bei der Temperatur, bei der der Wasserdampf kon-

densiert, wird Taupunkt genannt.113

Durch eine vereinfachte Verbildlichung

der Aggregatzustände an der Tafel, wird erklärt, dass die Wasserteilchen eng

beieinander liegen. Im flüssigen Wasser liegen die Teilchen nicht mehr ganz so

dicht beieinander. Im gasförmigen Zustand gibt es kaum noch einen Zusam-

menhalt.114

Um die Veränderung des Zustands zu thematisieren, wird der Tafelschwamm-

versuch ausgeführt. Dazu wischt man mit einem nassen Schwamm über die

Tafel. Schon bald wird man sehen, dass das Wasser scheinbar „verschwunden“

ist. Die Lehrkraft sagt zunächst nichts und lässt die Kinder Vermutungen an-

stellen, wohin das Wasser ist. Sie sollen Zeit haben, sich dazu eine Erklärung

zu überlegen. Die Schüler werden vermuten, dass das Wasser einfach weg ist

oder auch in die Tafel eingezogen ist. Das Wort „einziehen“ hat in vielen Zu-

sammenhängen jedoch eine gänzlich falsche Bedeutung. Einige Kinder wissen

bereits, dass dieser Vorgang „verdunsten“ heißt. Das Wasser geht von einem

flüssigen in den gasförmigen Zustand über. Das Wasser ist dabei fein verteilt in

der Luft, aber immer noch da. Relevant ist die Verdunstung für die Entstehung

der Wolken und damit auch dem Wasserkreislauf.

113

vgl. Crummenerl (2010): S. 19 114

vgl. Crummenerl (1996): S. 13



77

Material: Nebel in der Flasche

Stellt man ein klares Glas über

eine Pflanze oder eine Rasen-

fläche, wird man schon nach

einiger Zeit feststellen, dass

sich am Glas Wassertröpfchen

gebildet haben. Dabei sind die

Tröpfchen zunächst verdunstet,

sind also vom feuchten Boden

in den gasförmigen Zustand

übergegangen. An dem Glas

wird der verdunstete Wasserdampf wieder sichtbar, es ist kondensiert. Das

gleiche Ergebnis hat man beim Anhauchen einer Glasscheibe: Man sagt, die

Scheibe beschlägt, da die feinen Wassertröpfchen aus dem Atem an der Schei-

be kondensieren. Kondensation bedeutet, dass das Wasser vom gasförmigen

Zustand wieder in den flüssigen Zustand gekehrt ist.

Die Schüler kennen bereits einige Niederschläge durch die einfache Beobach-

tung des Wetters. Niederschlag, der nicht immer gleich als Niederschlag ver-

mutet wird (Tau, Nebel etc.), kann besprochen werden.

große PET-Flasche (1,5 l)

Wasser

Streichhölzer

Abbildung 25: Nebelbildung

Abbildung 24: Kondensation im Glas



78

Durchführung

Ein angezündetes Streichholz wird in die Flasche gehalten, in der der Boden 2

cm hoch mit Wasser befüllt wird. Der Rauch geht in die Flasche. Der Vorgang

wird ggf. mehrmals wiederholt. Nun wird die Flasche vorschlossen und ge-

schüttelt, damit die Innenwände nass sind. Die Flasche wird dann zusammen-

gedrückt. Der Versuch kann zunächst ohne Streichhölzer ausprobiert werden.

Festzustellen ist, dass der der Nebel ohne Kondensationskeime nicht sichtbar

ist.

Erkenntnis

In der Flasche herrscht eine hohe Luftfeuchtigkeit. Die Veränderung des

Luftdrucks bewirkt (Luftdruck wird zunächst erhöht und dann rasch

vermindert), dass die Kondensation des Wasserdampfes erzwungen wird.

Durch die Keime des Rauches der Streichhölzer (Kondensationskeime) ist

dieser Nebel sichtbar.

Stunde 9

Geplante Unterrichtszeit für diese Einheit: ca. 45 - 90 Minuten


Arbeitsblatt „Wolkenentstehung“

Arbeitsblatt „Wolkenarten“

Arbeitsblatt „Niederschlagsmesser“

Arbeitsblatt „Ausführliche Wetterbeobachtung“

Viele Kinder denken, dass Wolken nur aus Wasserdampf bestehen. Diese Er-

klärung stößt insofern an die Grenzen, dass Wasserdampf so nicht sichtbar ist,

wir die Wolken aber sehen können. Die Wolken bestehen aus vielen feinen

Wassertröpfchen und/oder auch Eiskristallen. Wolken entstehen, weil warme

wasserdampfreiche Luft aufsteigt. Dabei kühlt sie sich ab. Der Wasserdampf,

der in der Luft enthalten ist, kondensiert zu Wassertröpfchen, die sich zu einer

Wolke verdichten. Im Laufe des Tages steigt immer wieder neue warme Luft



79

empor, sodass die Wolken ständig anwachsen.115

Wenn es kälter ist, rücken die

Wasserteilchen näher zusammen. Sie verschmelzen dann zu immer größer

werdende Tröpfchen und werden schwerer. Sie fallen als Regen zur Erde hin-

ab.116

Abbildung 26: Wolkenentstehung117

Wolken werden in verschiedene Wolkengattungen unterteilt. Für die Kinder

werden jedoch nicht die lateinischen Fachbegriffe verwendet, sondern verein-

fachte Namen, die gleichzeitig das Aussehen implizieren. Es werden Schäf-

chenwolken (mehrere kleine Häufchen, die watteähnlich aussehen), Gewitter-

wolken, Haufenwolken und Federwolken.

Haufenschichtwolken Federwolken (Cirruswolken)

115

vgl. Crummenerl (2010): S. 24 116

vgl. ebd.: S. 24 117

s. ebd.: S. 18



80

Schäfchenwolken Gewitterwolken

Abbildung 27: Wolkengattungen

Kinder erkennen, dass die Wolken weder die gleiche Form noch Farbe besitzen

müssen. Einige werden die verschiedenen Formen nicht explizit kennen. Teil-

weise wurden die Unterschiede auch noch nicht beobachtet. Aus den Wolken

wurde schon vor langer Zeit das bevorstehende Wetter beobachtet. Malen Kin-

der eine Wolke, werden meist Haufenschichtwolken gemalt. Haufenschicht-

wolken werden auch „Schönwetterwolken“ oder „Cumulus“ genannt. Sie gehö-

ren zu den tiefen Wolken und sind reine Wasserwolken. Schäfchenwolken ge-

hören zu den mittleren Wolken. Sie bestehen aus Wassertröpfchen und Eiskris-

tallen. Federwolken (auch Cirruswolken oder Eiswolken genannt) kommen in

großer Höhe vor und bestehen aus Eiskristallen.118

Wolken kündigen auch das Wetter an. Gewitterwolken sind dunkelgrau und

kündigen Regen und/Gewitter an. Dabei regnet es beispielsweise zu verschie-

dener Zeit auch bestimmte Mengen. Diese Mengen können auch selbst gemes-

sen werden. Dazu benötigt man einen selbstgebauten Niederschlagsmesser.

1,5 l PET-Flasche

Tesafilm

Schere

wasserfester Stift

Lineal

118

vgl. Undorf (2011): S. 54

Material: Niederschlagsmesser



81

Durchführung/Bauanleitung

Das obere Drittel der Flasche wird abgeschnitten. Da das jedoch etwas schwer

fällt, kann die Lehrkraft helfen und ggf. bereits kleine Löcher in die Flasche

bohren, damit dort das obere Drittel abgeschnitten werden kann. Das obere

Stück wird genommen und verkehrt herum in die Flasche gesteckt und mit Te-

safilm am unteren Teil fixiert. Das Anzeichnen der Skala entpuppt sich meist

als schwierig. Dazu sollte vorher gezeigt werden, wie das Lineal angesetzt

werden muss, um eine Skala anzuzeichnen. Die Schüler setzen teilweise nicht

bei der Null an oder gar bei einer beliebigen Zahl. Sinnvoll zu markieren wären

halbe Zentimeter und ganze Zentimeter. Den Niederschlagsmesser sollte man

bei den Messungen nach Möglichkeit in einen Tontopf o.ä. stellen, damit dieser

bei Wind nicht umkippen kann und die Messung damit verfälscht. Der Nieder-

schlagsmesser wird für die ausführliche Wetterbeobachtung benötigt. Dieser

wird nachfolgend erklärt. In der vereinfachten Wetterbeobachtung wurden kei-

ne Messgeräte benötigt. Die Beobachtungen waren auf die Bewölkung, dem

Niederschlag und dem Wind beschränkt. Da nun weitere Wetterfaktoren, wie

das Messen und Bestimmen der Temperaturen und Wolkenarten hinzugekom-

men sind, werden diese auch in einer ausführlichen Wetterbeobachtung darge-

stellt. Nach Ablauf von fünf Tagen werden die Wetterbeobachtungen noch

einmal besprochen. Noch einmal sei darauf hingewiesen, dass die Messungen

und Beobachtungen immer zur gleichen Zeit geschehen sollten.

Abbildung 28: Niederschlagmesser



82

Stunde 10



Bild: Wasserkreislauf mit Tröpfchen

Arbeitsblatt Wasserkreislauf

Abschließend zur Einheit „Wasser und Niederschlag“ folgt der Wasserkreis-

lauf. Dieser setzt das Wissen zum Verhalten von Luft und Wasser, Kondensa-

tion, Verdunstung und Wolkenentstehung voraus. Darum ist dieser an das Ende

der Einheit gestellt. Durch vergangene Versuche ist es möglich, dass der Was-

serkreislauf und verschiedene einzelne Phänomene wiederentdeckt werden. Ein

zusammenhängendes Ergebnis mit Einbezug des Vorwissens wird erreicht. Der

Zusammenhang der einzelnen Elemente soll deutlich werden.

Das Wasser und dessen Menge, die sich auf der Erde befindet, bleibt immer die

Gleiche. Es geht nichts verloren und es kommt auch nichts dazu. Jeden Tag

kommt es auf der Erde dazu, dass vom Boden oder vom Meer Wasser verduns-

tet. Das geschieht, da die Sonne auf die Erde scheint. Der Wasserdampf steigt

auf und kühlt nach und nach ab. Der Wasserdampf kondensiert, da die kältere

Luft nicht mehr so viel Wasserdampf halten kann wie die wärmere Luft. Die

entstandenen Wassertröpfchen verdichten sich zu einer Wolke. Die Wolke

steigt ständig an, da im Laufe des Tages immer wieder neue warme Luft nach

oben steigt. Verschmelzen viele Regentropfen immer mehr zu größeren Trop-

fen, werden diese schwerer, sinken ab und fallen als Niederschlag auf die Erde.

Somit ist das Wasser wieder auf der Erde und der Kreislauf beginnt von vorn.

Während eines Unterrichtsversuches wurde dies anhand von „Tröpfchen“ er-

zählt, der seine Reise im Wasserkreislauf macht. Dies bezweckt, dass die doch

komplexe und umfangreiche Erklärung den Schülern locker vermittelt wird.

Die Kinder nehmen die Geschichte gern auf und konnten danach auch gut wie-

dergeben, was dieser anfängliche Wasserdampftropfen auf seiner Reise erzählt

hat.



83

Stunde 11

4.5. Einheit 5: Treibhauseffekt und Ozon



Treibhauseffekt und

Ozon

Einführung: Aktivierung des Vorwissens (Kreisge-

spräch)

Was ist der Treibhauseffekt?

Was ist Ozon?



Treibhauseffekt (Tafelskizze)

Arbeitsblatt „Treibhauseffekt und Ozon“

In den Nachrichten oder in Gesprächen hören die Kinder oft „Treibhauseffekt“,

„Klimaerwärmung“, „Ozonloch“ oder „Ozon“ und wissen mit diesen Begriffen

kaum etwas anzufangen. Sie hören, dass das Ozon sehr schädlich ist und damit

auch sehr gefährlich. Doch sie verstehen nicht, was dahinter steht und woher

die Gefahr kommt und wie man die Gefahr verhindern kann. Dazu wird es

meines Erachtens als wichtig empfunden, dieses Thema doch einmal im Unter-

richt zu besprechen.

Die Schüler wissen nun, dass die Erde von einer Atmosphäre umgeben ist. Die-

se ist grundlegend für den Wärmehaushalt der Erde und damit dem Leben auf

der Erde. Das Sonnenlicht kann durch die Atmosphäre auf unserer Erde eintref-

fen. So wird auch das schädliche Ultraviolett (UV) zum großen Teil ferngehal-

ten. Dennoch sind lange Sonnenbäder schädlich. Die schädlichen Auswirkun-

gen sind als Sonnenbrand erkennbar. Jedoch ändern sich die Strahlen von kurz-

zu langwelligen Strahlen beim Auftreffen auf den Erdboden. Die Begriffe kön-

nen hierbei außen vor gelassen. Man spricht von eintreffender und ausgehender

Strahlung. Das reflektierte energiereiche Licht kann aber nicht mehr ins All

hinaus, da verschiedene Gase die Energie absorbieren, also aufnehmen.



84

Dadurch wird es wärmer auf der Erde. Das ist der Grund, warum man so oft

„Klimaerwärmung“ hört. Das Ozon ist jedoch nicht gänzlich von den Men-

schen gemacht. Zu kleineren Teilen war das Ozon bereits schon vorher in der

Atmosphäre, jedoch so, dass das ausgehende Licht wieder ins All zurück kann.

Menschen haben darauf aber einen großen Einfluss: Durch umweltschädliche

Fabriken (CO2), dem Anteil von motorisierten Fahrzeugen, intensive Tierhal-

tung (CH4) gelangen schädliche Gase in die Atmosphäre. Die natürliche Ozon-

schicht, die die gefährliche UV-Strahlung abhalten kann, wird kleiner. Über

der Antarktis ist dabei bereits ein Ozonloch entstanden. Die Sonnenstrahlung

kann mit vermehrter UV-Strahlung die Stratosphäre passieren, sodass sich die

Erde mehr erwärmt. Das Ozon, das die Menschen auf der Erde verwenden, ist

gesundheitsschädlich. In Nachrichten kann man dazu teilweise Bilder sehen,

die Smog darstellen. Dieser Smog kann sogar zu Atemerkrankungen führen.

Um eine Abwendung der vermehrten umweltschädlichen Gase zu finden, müs-

sen die Menschen weniger Emissionen ausstoßen. Mehrere Länder haben sich

bisher bereits erklärt, ihren schädlichen Ausstoß zu vermindern. Bisher ist dies

noch nicht ausreichend.

4.6. Fächerübergreifendes

Das Wetter kann jedoch auch in anderen Fächern mit anderen Schwerpunkten

aufgegriffen. Zu finden sind viele Gedichte und Lieder. Einige Ideen werden

hier exemplarisch aufgeführt. Als ein Angebot für Schüler, die bereits mit einer

Aufgabe fertig sind, können Wetterrätsel und –spiele ausgelegt werden, die

bisher immer Freude bereitet haben.

Alice Undorf hat ein Heft mit Unterrichtsmaterial veröffentlich, in dem das

folgende Gedicht zu finden ist:

Viele bunte Regenschirme

Wenn die ersten Tropfen fallen,

lustig auf das Pflaster knallen,

blühen sie wie Blumen auf.

Bunt gestreifte, bunt gefleckte

bunt getupfte und gescheckte,

5 Ausblick

85

nehmen fröhlich ihren Lauf.

Seit die ersten Tropfen fielen,

schweben sie auf dünnen Stielen,

leuchtend, schimmernd, rund und glatt.

Bunt gestreifte, bunt gefleckte,

bunt getupfte, bunt gescheckte

Schirme blühen in der Stadt.

Vera Ferra-Mikura

Ein sehr bekanntes Gedicht von Eduard Mörike kann hier auch angesprochen

werden:

Frühling lässt sein blaues Band

Wieder flattern durch die Lüfte;

Süße, wohlbekannte Düfte

Streifen ahnungsvoll das Land.

Veilchen träumen schon,

Wollen balde kommen.

Horch, von fern ein leiser Harfenton!

Frühling, ja Du bist 's!

Dich hab’ ich vernommen!

Des Weiteren sind ebenso die Thematisierung von Musikstücken (Beethovens

Pastorale-Sinfonie, Part: Gewitter / Sturm , Claude Debussy: La Mer,

Frédéric Chopins „Regentropfenprélude“) möglich. Vivaldis „Vier Jahres-

zeiten“ passt sehr gut in die Unterrichtseinheit. Bei der Vorstellung der Musik-

stücke werden keine einzelnen Titel gesagt. Im Verlauf des Stückes können die

Kinder anhand von Melodik, Dynamik und Tempo feststellen können, welche

Jahreszeit im jeweiligen Stück thematisiert wird.

Im Rahmen des Deutschunterrichts kann ein Schreibanlass gegeben werden,

indem die Kinder eigene Wettergeschichten schreiben und vortragen dürfen.

Die Wettergeschichten können in den Ferien oder am Wochenende verfasst

werden. Oft bereitet es den Schülern eine große Freude, trägt man diese Ge-

schichten in ein geschlossenes Buch, das im Klassenzimmer für alle zugänglich

ist.

5 Ausblick

86

5. Ausblick

Mit dieser Arbeit soll erreicht werden, dass Kinder physikalische Informatio-

nen aufnehmen und verstehen sollen. Dabei ist das Wetter eine so wichtige

Thematik, da sie uns in unseren täglichen Entscheidungen beeinflusst. Mit der

Aufbereitung der komplexen Themen für den Grundschulunterricht möchte ich

auch bezwecken, dass viele Schüler den Spaß an der Physik und den Entde-

ckungen nicht verlieren. Für die Lehrkraft vorangestellte Fachinformationen

werden in den Unterrichtsvorschlägen vereinfacht. Arbeitsblätter, anschauli-

ches Material und Spaß sollen die Möglichkeit geben, den Schülern und den

Lehrern eine umfassende und erkenntnisreiche Information zu unterbreiten. Da

das Wetter ein ständiger Begleiter ist, sollten die Kinder, aber auch Erwachse-

ne, erklären können, was in ihrer direkten Umgebung geschieht.

Mit dieser Arbeit wurde das Thema Wetter physikalisch aufbereitet. Es ruft

eine Unzufriedenheit hervor, die direkte lebensweltliche Umgebung nicht er-

klären zu können. An dieser Stelle setzt diese Arbeit mitsamt seinen Materia-

lien und Informationen an. Wünschenswert ist, dass in Zukunft der naturwis-

senschaftliche Sachunterricht einen höheren Stellenwert erlangt als er jetzt in-

nehat.

6 Anhang

87

6. Anhang

Aufgrund des umfangreichen Anhangs in Form von Arbeitsblättern wird an

dieser Stelle ein Verzeichnis zur besseren Übersichtlichkeit eingefügt.

Das folgende Material umfasst alle Arbeitsblätter. Diese sind für einen Über-

blick in den Anhang gestellt. Für eine Verwendung der Arbeitsblätter werden

selbige auf http://www.supra-lernplattform.de/ unter Natur & Technik zu fin-

den sein.

Arbeitsblatt 1: Mein Wetterbuch ...................................................................... 89

Arbeitsblatt 2: Wetterbeobachtung – einfach ................................................... 90

Arbeitsblatt 3: Wetterbeobachtung – ausführlich ............................................. 90

Arbeitsblatt 4: Wettererscheinungen ................................................................ 91

Arbeitsblatt 5: Frühling und Sommer – Quelle unbekannt ............................... 92

Arbeitsblatt 6: Herbst und Winter – Quelle unbekannt .................................... 92

Arbeitsblatt 7: Jahreszeiten 2 ............................................................................ 93



Arbeitsblatt 10: Schwarze Dose, weiße Dose ................................................... 94

Arbeitsblatt 11: Experimente zum Thema Luft ................................................ 95

Arbeitsblatt 12: Luft drückt .............................................................................. 96

Arbeitsblatt 13: Luftballon auf der Flasche ...................................................... 97

Arbeitsblatt 14: See- und Landwind ................................................................. 98

Arbeitsblatt 15: Windmesser ............................................................................ 99

Arbeitsblatt 16: Thermometer ........................................................................ 100

Arbeitsblatt 17: Aggregatzustände ................................................................. 101

http://www.supra-lernplattform.de/

6 Anhang

88

Arbeitsblatt 18: Wasserkreislauf..................................................................... 102

Arbeitsblatt 19: Niederschlagsmesser............................................................. 103

Arbeitsblatt 20: Wolkenklassifikation ............................................................ 104

Arbeitsblatt 21: Treibhauseffekt und Ozon .................................................... 105

6 Anhang

89

Arbeitsblatt 1: Mein Wetterbuch

6 Anhang

90

Arbeitsblatt 2: Wetterbeobachtung – einfach

Arbeitsblatt 3: Wetterbeobachtung – ausführlich

6 Anhang

91

Arbeitsblatt 4: Wettererscheinungen

6 Anhang

92

Arbeitsblatt 5: Frühling und Sommer – Quelle unbekannt

Arbeitsblatt 6: Herbst und Winter – Quelle unbekannt

6 Anhang

93

Arbeitsblatt 8: Jahreszeiten 1



6 Anhang

94

Arbeitsblatt 10: Schwarze Dose, weiße Dose

6 Anhang

95

Arbeitsblatt 11: Experimente zum Thema Luft

6 Anhang

96

Arbeitsblatt 12: Luft drückt

6 Anhang

97

Arbeitsblatt 13: Luftballon auf der Flasche

6 Anhang

98

Arbeitsblatt 14: See- und Landwind

6 Anhang

99

Arbeitsblatt 15: Windmesser

6 Anhang

100

Arbeitsblatt 16: Thermometer

6 Anhang

101

Arbeitsblatt 17: Aggregatzustände

6 Anhang

102

Arbeitsblatt 18: Wasserkreislauf

6 Anhang

103

Arbeitsblatt 19: Niederschlagsmesser

6 Anhang

104

Arbeitsblatt 20: Wolkenklassifikation

6 Anhang

105

Arbeitsblatt 21: Treibhauseffekt und Ozon

7 Literaturverzeichnis

V

7. Literaturverzeichnis

BADER, PROF. DR. FRANZ & OBERHOLZ, HEINZ-WERNER (HRSG.);

DORN, DR. FRIEDRICH (2001): Physik. Sek I. Gymnasium. Bil-

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BERGE, OTTO ERNST (2006): Das Wetter. In: Lück, Gisela & Köster, Hilde:

Physik und Chemie im Sachunterricht. Sachunterricht konkret. Praxis

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CRUMMENERL, RAINER (1996): WAS IST WAS. Luft und Wasser. Band

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DEMUTH, REINHARD: Themenfeld Wetter. In: Kahlert, Joachim & Demuth,

Reinhard (Hrsg.) (2009): Wir experimentieren in der Grundschule. Ein-

fache Versuche zum Verständnis physikalischer und chemischer Zu-

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DUDEN. Abiturwissen Physik (2007): Bibliographisches Institut & F.A.

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8 Eigenständigkeitserklärung

X

8. Eigenständigkeitserklärung

Hiermit erkläre ich, dass die vorliegende Arbeit selbstständig verfasst und kei-

ne anderen als die angegebenen Hilfsmittel benutzt, sowie die Stellen der Ar-

beit, die anderen Werken dem Wortlaut oder dem Sinn nach entnommen sind,

durch Angabe der Quelle kenntlich gemacht wurden.

Bad Lauterberg, den 22.04.2014

M. Hoffmann

9 Tabellen- und Abbildungsverzeichnis

XI

9. Tabellen- und Abbildungsverzeichnis

Tabelle 1: Darstellung der Zeiträume von Wetter, Witterung und Klima .......... 3

Tabelle 2 Beaufort – Skala ............................................................................... 12

Tabelle 3: Stockwerke ...................................................................................... 25

Tabelle 4: Niederschlagsarten........................................................................... 28

Tabelle 5: Übersicht der Experimente .............................................................. 39

Tabelle 6: Einheit 1 - Teilschritte ..................................................................... 42

Tabelle 7: Stunde 1 – Vorschlag ....................................................................... 44

Tabelle 8: Einheit 2 - Teilschritte ..................................................................... 46

Tabelle 9: Wärmestrahlerversuch Ergebnis ...................................................... 49

Tabelle 10: Stunde 2 ......................................................................................... 51

Tabelle 11: "Schwarze Dose, weiße Dose" mit Luft ........................................ 53

Tabelle 12: "Schwarze Dose, weiße Dose" mit Wasser ................................... 53

Tabelle 13: Messergebnisse "Unterschiedliche Erwärmung" ........................... 56

Tabelle 14: Einheit 3 - Teilschritte ................................................................... 60

Tabelle 15: Übersicht der Experimente "Luft" ................................................. 60

Tabelle 16: Gewicht Lederball ......................................................................... 65



Abbildung 1: Zusammensetzung der Erdatmosphäre ......................................... 5

Abbildung 2: Schichten der Erdatmosphäre ....................................................... 7

Abbildung 3: Atmosphäre (vereinfacht) ............................................................. 7


XII

Abbildung 4: Haarhygrometer .......................................................................... 10

Abbildung 5: Schalenanemometer .................................................................... 11

Abbildung 6: Aufbau der Erde ......................................................................... 16

Abbildung 7: Jahreszeiten................................................................................. 18

Abbildung 8: Statischer Auftrieb ...................................................................... 20

Abbildung 9: Land- und Seewind ..................................................................... 23

Abbildung 10: Aggregatzustände ..................................................................... 27

Abbildung 11: Wärmestrahlerversuch .............................................................. 49

Abbildung 12: Schwarze und weiße Dose ........................................................ 54

Abbildung 13: Diverse Materialien in Gläsern ................................................. 56

Abbildung 14: Luft ist nicht nichts - Tetrapack................................................ 62

Abbildung 15: Luftballon in der Flasche .......................................................... 63

Abbildung 16: Trichterversuch ......................................................................... 64

Abbildung 17: Ball wiegen ............................................................................... 65

Abbildung 18: Luft drückt ................................................................................ 66

Abbildung 19: Luftballon auf der Flasche ........................................................ 67

Abbildung 20: Herdplatte und Feder ................................................................ 69

Abbildung 21: Luftdruckunterschiede .............................................................. 71

Abbildung 22: Barometer basteln aus Wetterwerkstatt, S. 54 .......................... 72

Abbildung 23: Windmesser .............................................................................. 73

Abbildung 24: Kondensation im Glas .............................................................. 77

Abbildung 25: Nebelbildung ............................................................................ 77

Abbildung 26: Wolkenentstehung .................................................................... 79


XIII

Abbildung 27: Wolkengattungen ...................................................................... 80

Abbildung 28: Niederschlagmesser .................................................................. 81

10 Danksagung

XIV

10. Danksagung

An dieser Stelle möchte ich mich ganz herzlich bei Herrn Prof. Dr. rer. nat.

habil. Thomas Wilhelm für die Betreuung der Arbeit und für alle Anregungen

bedanken. Ein ebenso großer Dank gilt Herrn Prof. Dr. Dr. Hartmut Wiesner,

der mir viel hilfreiches Material zur Verfügung gestellt und seine wertvolle

Unterstützung angeboten hat.

Auch dem Kollegium der Grundschule Barbis danke ich herzlich für die Be-

reitstellung von Materialien und den zahlreichen Anregungen.

Des Weiteren möchte ich meinen Eltern für die Hilfe und immerwährende Un-

terstützung danken. Bei Marcel Deppe bedanke ich mich dafür, dass er die Ar-

beit Korrektur gelesen hat.

Ein großer Dank gilt an dieser Stelle allen, die mich während der Arbeit unter-

stützt und begleitet haben.

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Unterrichtsmaterialien zum Thema „Wetter“ im ... · II In der folgenden Arbeit werden Nennungen einzelner Personengruppen zur Vereinfachung des Leseflusses stets in männlicher