Sand und Wasser: Wer wird schneller warm?

Video: Sand und Wasser am Strand

Gut eine Minute: heißer Sand am Mittag, kühles Wasser, nachts ist es umgekehrt, und die Frage, warum. Untertitel auf Deutsch lassen sich im Video einschalten.

Die Präsentation

Die Folien aus dem Unterricht. Du blätterst mit den Pfeilen unten rechts oder mit den Pfeiltasten; viele Bilder bauen sich Schritt für Schritt auf. Die Präsentation funktioniert ohne Verbindung zu fremden Servern.

Der Leitgedanke: Gleiche Energie, verschiedene Stoffe

Am Anfang steht die Frage vom Strand: Warum ist der Sand heiß und das Wasser kühl? Jede:r zeichnet die Vermutung als zwei Kurven auf das Blatt: Welche Probe, 50 g Sand oder 50 g Wasser, wird unter derselben Lampe schneller warm?

Die Gruppen messen jede Minute erst die Temperatur des Sandes, dann die des Wassers, bis der Sand 40 °C zeigt. Der Sand steigt schnell, das Wasser nur wenig. Die Schüler:innen deuten qualitativ: Beide Proben bekommen etwa gleich viel Energie, aber Wasser braucht für dieselbe Erwärmung mehr davon. Der Stoff entscheidet, nicht nur die Energie.

Am Ende kehrt die Stunde zum Strand zurück. Der Begriff „spezifische Wärmekapazität“ wird nur genannt; gerechnet wird erst in der nächsten Stunde. Offen bleibt die Frage aus dem Video: Warum speichern Meere so viel Energie?

Ablauf in sechs Schritten

1. Einstieg: Strandfrage, Video, Vermutung als zwei Kurven auf dem Blatt (Folien 1 bis 3).
2. Auftrag und Sicherheit: Rollen verteilen, Aufbau, Regeln (Folien 4 und 5).
3. Messen: jede Minute abwechselnd Sand und Wasser messen, bis der Sand 40 °C zeigt; Beobachtung und Deutung getrennt aufschreiben (Folie 6).
4. Auswerten: beide Kurven zeichnen, Gruppen vergleichen (Folien 7 und 8).
5. Deuten: gleiche Energie, verschiedene Stoffe; Sätze sortieren, zwei Sätze stimmen nicht (Folien 9 und 10).
6. Zurück zum Strand: Antwort auf die Einstiegsfrage (Folie 11). Folie 12 ist Reserve (Abkühlen).

Material pro Gruppe (drei Personen)

• eine Lampe, z. B. Glühlampe um 50 W in einer Fassung, mit Schablone für 6 cm Abstand links und rechts
• zwei gleiche Plastikbecher: 50 g trockener Sand (z. B. Vogelsand) und 50 g Wasser
• Multimeter mit Typ-K-Fühler, Handtuch, Uhr oder Timer, Schutzbrille

Sicherheit: Das Lampenglas wird heiß und wird nicht angefasst, die Lampe nicht auf Papier oder Kabel richten, Haare binden, bei 40 °C am Sand Lampe aus, Sand nicht in die Luft werfen, danach Hände waschen. Die Lehrkraft schaltet die Lampen aus, bevor aufgeräumt wird.

Was die Stunde zeigt

• Fair vergleichen: gleiche Masse, gleiche Lampe, gleicher Abstand, gleiche Starttemperatur.
• Sand wird schneller warm als Wasser. Bei gleicher Energie braucht Wasser mehr davon für dieselbe Erwärmung; der Stoff entscheidet.
• Nicht die ganze Wahrheit: Dass das Meer nachts wärmer als der Strand ist, liegt nicht nur an der Wärmekapazität, auch Durchmischung, Eindringtiefe der Strahlung und Verdunstung spielen eine Rolle. Der Versuch trennt nur einen Teil davon.
• Aussage prüfen: „Sand wird immer schneller warm als Wasser.“ Was würde sie widerlegen? (Zum Beispiel nasser Sand.)

Hinweise für Lehrkräfte

• Das Arbeitsblatt gibt es als PDF mit verschiebbaren Stickern (Textpuzzle, zwei der acht Sätze stimmen nicht) und als Goodnotes-Datei; Goodnotes ist optional.
• Die Zeiten sind nicht erprobt: Wie schnell der Sand 40 °C erreicht, hängt von Lampe und Abstand ab. Das Wasser steigt nur um wenige Kelvin, das Multimeter zeigt ganze Grad. Vorher mit einer Lampe ausprobieren und den Abstand (6 cm oder weiter) festlegen.
• Der Fühler wird zwischen den Proben am Handtuch abgewischt, immer erst Sand, dann Wasser.
• Reserve: Abkühlen, nachdem beide Proben im Wasserbad auf etwa 30 °C erwärmt wurden.
• Ein Skript zu den Folien wird nicht veröffentlicht; die Folien tragen nur, was die Schüler:innen sehen müssen, der Rest wird gesprochen.

Das Arbeitsblatt

Zwei Seiten: Diagramm, Rollen und Sicherheit, Messtabelle, Beobachtung und Deutung, Sätze sortieren. Hier siehst du die Seiten; zum Bearbeiten öffnest du das PDF oder die Goodnotes-Datei.

📄 Arbeitsblatt (PDF) 📓 Goodnotes-Datei

Dasselbe Arbeitsblatt als Goodnotes-Datei (mit Stickern zum Verschieben); in Goodnotes öffnen oder importieren.