Aktivität 5: Die Wirkung von Treibhausgasen
Mit dieser zentralen Aktivität im Klimakoffer wird experimentell auf zwei verschiedenen Wegen gezeigt, dass CO2 Wärmestrahlung absorbiert und die Rückstrahlung der Atmosphäre mit einer Wärmebildkamera anschaulich gemacht.
- Teil: CO2 absorbiert Strahlungsenergie (Absorptionsmessung)
- Teil: Infrarotstrahlung wird abgefangen (Transmissionsmessung)
- Teil: Warum führt eine Absorption von Infrarotstrahlung in der Atmosphäre zu einer Erwärmung der
Erdoberfläche? (Rückstrahlung der Atmosphäre)
Materialien zur Aktivität
- Beschreibung zur Aktivität aus dem Handbuch (PDF / editierbares Word-Dokument)
- Lösungen zur Aktivität aus dem Handbuch (PDF)
- DIN A3-Hintergrundtext zur Aktivität aus dem Klimakoffer (alle Hintergrundtexte zum Download)
h5p-Übungen zur Aktivität:
- Treibhausgase in der Atmosphäre
- Absorptionseigenschaften der Atmosphärenbestandteile
- Experiment Absorption CO2: Modell vs. Realität
- Energieströme in der Atmosphäre
Weitere Materialien wie z.B. h5p-Übungen, Videos und Animationen finden Sie auf der Seite zum Modul - Der Treibhauseffekt und das Strahlungsgleichgewicht.
In der TerraX-Sendung “Ein Fall für Lesch und Steffens – die Wahrheit über die Lüge” vom 18.10.2020 wurde das Experiment zur Absorption von Wärmestrahlung durch CO2 gezeigt (ab Min. 37:30).
Ausgearbeitete Lerneinheiten:
Gymnasium
- Kopiervorlage (PDF / editierbares Word-Dokument)
erprobt im Physikunterricht der Jahrgangsstufe 9 Bayern - Lösung (PDF)
Realschule
- Kopiervorlage (PDF/editierbares Word-Dokument)
- Lösung (PDF)
Video: Die Wirkung von Treibhausgasen
Fachliche Fragen und didaktische Kommentare
- Wissenschaftliche Erläuterung des Experiments
- Sehr lesenswerte wissenschaftliche Betrachtung zu den Details des Absorptionsexperimentes:
WISSENSCHAFTLICHE ARBEIT FÜR DAS STAATSEXAMEN IM FACH PHYSIK "Absorption thermischer Strahlung durch atmosphärische Gase - Experimente für den Physikunterricht" vorgelegt von STEFAN SIRTL angefertigt bei PROF. DR. HORST FISCHER, 12. November 2010, PHYSIKALISCHES INSTITUT ALBERT-LUDWIGS-UNIVERSITÄT FREIBURG - Diagramm zur Messung
Aufbau wie im Klimakoffer mit Wärmestrahler und Papprohr, Aufnahme der Daten mit Cassy-Thermometer und Cassy-Messwerterfassungssystem
Diese Arbeitsblätter und Präsentationen sind für alle Schulformen verwendbar und individuell anpassbar. Informationen zur Verwendung finden Sie hier.
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- Die Aufwärmzeit des Strahlers beträgt, je nach Umgebungstemperatur, ca. 25 Minuten. Es empfiehlt sich also evtl. das Einschalten vor Stundenbeginn.
- Für die Transmissionsmessung per Wärmebildkamera ist eine Wärmebildkamera nötig, bei der der Temperaturmessbereich manuell eingestellt werden kann (z.B. FLIR C3X). Um einen schönen Vorher-Nachher-Vergleich zu erhalten, sind ein paar Einstellungen nötig, welche im Video zum Experiment exemplarisch mit der FLIR C3X gezeigt werden. Es empfiehlt sich, selbst mit dem verwendeten Temperaturbereich zu experimentieren, da die optimale Einstellung auch vom verwendeten Keramikstrahler abhängt.
- Statt einer Wärmebildkamera kann für die Transmissionemessung auch ein kostengünstiges IR-Thermometer verwendet werden. Nach Einfüllen von CO2 sinkt die angezeigte Temperatur, da weniger Wärmestrahlung das IR-Thermometer erreicht.
Wichtig: Das IR-Thermometer muss per Stativ fixiert werden, da die Temperatur auf der Oberfläche des Keramikstrahlers nicht gleichmäßig ist und eine Bewegung des Thermometers zu Messfehlern führt. - Gefährdungsbeurteilung
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