Wie funktioniert eine Wärmepumpe? - kostenloses Unterrichtsmaterial online bei Elixier

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Die Unterrichtseinheit führt in den Aufbau und die Funktionsweise von Wärmepumpen und dabei auch auf ihre verschiedenen Arten (Sole-Wasser-, Wasser-Wasser- und Luft-Wasser-Wärmepumpe) in drei Teilen ein. Kreativ festigen die Schülerinnen und Schüler das Erlernte durch Neu-Vertonung eines Erklärfilms. Lehrkräften stehen hierzu drei Arbeitsblätter mit Lösungen zur Verfügung.

Anbieter:

Deutscher Handwerkskammertag (DHKT) e. V., Mohrenstraße 20/21, 10117 Berlin

Autor:

Eduversum GmbH, Handwerk macht Schule

Lange Beschreibung:

Erneuerbare Energien Die Begriffe " Erneuerbare Energien ", "Fossile Energien" und "Energie" kennen die Schülerinnen und Schüler bereits aus dem Alltag und eventuell anderen Schulfächern. Deswegen wird vorab das Grundwissen zum Thema "Erneuerbare Energien" abgefragt. Das kann im Plenum erfolgen. Anschließend werden die Begriffe sortiert und in eine Reihenfolge gebracht (zum Beispiel: Welche erneuerbare Energie wird am meisten genutzt, welche weniger?). Wärmepumpen und Klimaschutz Im nächsten Teil der Unterrichtseinheit erwerben die Schülerinnen und Schüler ein erweitertes Verständnis über die Funktion und den Aufbau einer Wärmepumpe und was eine Wärmepumpe mit nachhaltiger Energie zu tun hat. Als Einstieg kann die Aussage des Bundesverbandes Wärmepumpe e. V. genutzt werden: "Mit der Wärmepumpe heizen Sie klimafreundlich und zukunftssicher". Hier bietet sich die Think-Pair-Share-Methode an. Die Gruppenmitglieder diskutieren abschließend ihre Aussagen und Ergebnisse. Die Aussage zum Schluss soll zum Ende der Unterrichtseinheit nochmal verglichen werden. Im nächsten Teil des Unterrichtsverlaufes erhalten die Schülerinnen und Schüler die bereitgestellten Arbeitsblätter und erarbeiten sich das Thema Wärmepumpe mit den Aufgabenblättern und den darin enthaltenen Film-Tipps. In dieser Phase erwerben die Schülerinnen und Schüler Wissen über den Aufbau und die Wirkungsweise einer Wärmepumpe. Sie erfahren, dass zur Wirkungsweise ein geschlossener Kreislauf aus einem Verdichter, einem Verdampfer, einem Verflüssiger und einem Expansionsventil gehören. Den Lernenden wird bewusst, dass diese Technik auch bei einem Kühlschrank angewendet wird, nur andersherum. Hintergrundinformation Das Grundprinzip, der Joule-Thomson-Effekt, wurde bereits im 19. Jahrhundert von dem Physiker William Thomson, dem späteren Lord Kelvin gefunden. Der Joule-Thomson-Effekt bewirkt die Abnahme der Temperatur bei realen Gasen, wenn diese gegen einen geringeren Druck ausdehnen. Vorab wird das gasförmige Arbeitsmittel im Verdampfer durch eine Pumpe verdichtet, dadurch wird die Temperatur erhöht. Diese Wärme wird in einem Wärmekreislauf abgegeben, um damit ein Gebäude zu heizen. Anschließend strömt das Gas zu einem Expansionsventil, der Druck wird verringert und die Siedetemperatur sinkt. Temperatur ist also nichts anderes als Bewegungsenergie, sie nimmt zu, je wärmer es wird, da sich die Teilchen schneller bewegen müssen. Sie nimmt ab, wenn das Volumen sich vergrößert und somit die Abstände der Gasteilchen zunehmen. Film ab! Wärmepumpe neu vertont Im weiteren Verlauf der Unterrichtseinheit wird ein Film zur Wärmepumpe mit eigenen Worten neu vertont per App und Schnittprogramm oder aber, indem parallel zum stummgeschalteten Film der eigens erstellte Text vorgetragen wird. Alternativ kann ein Erklärfilm (im Rahmen einer Projektarbeit oder -woche) selbst (im schulischen Computerraum) erstellt und präsentiert. Weiterhin ist auch das Produzieren eines Podcast möglich. Zur Hilfe kann dabei auf dem zweiten Arbeitsblatt der Text zur Funktionsweise einer Wärmepumpe genommen werden, der die wichtigsten Abläufe Verdampfen, Verdichten, Verflüssigen und Entspannen des Kältemittels kurz erklärt. Abschließend werden die Aussagen der Gruppenmitglieder, die am Anfang der Unterrichtseinheit festgehalten worden sind, noch einmal verglichen oder revidiert.

Bildungsebene:

Sekundarstufe I

Frei zugänglich:

Kostenpflichtig:

nein

Lernressourcentyp:

Unterrichtsplanung

Lizenz:

Keine Angabe

Schlagwörter:

Gas Wasser

freie Schlagwörter:

Wärmepumpen; regenerative Energien; heizen; Sole-Wasser-Wärmepumpe; Wasser-Wasser-Wärmepumpe; Luft-Wasser-Wärmepumpe; Aggregatzustände; Siedetemperatur

Sprache:

Deutsch

Themenbereich:

Schule mathematisch-naturwissenschaftliche Fächer Mathematik Fächerübergreifende Themen Mathematik und Physik
Schule mathematisch-naturwissenschaftliche Fächer Physik
Schule mathematisch-naturwissenschaftliche Fächer Physik Überblick, Allgemeines
Berufliche Bildung Fächer der beruflichen Bildung Biologie, Chemie, Physik
Schule mathematisch-naturwissenschaftliche Fächer Naturwissenschaft

Geeignet für:

Lehrer