Mikrowellen Experimentier-Stationen

Überblick:

Um viele wichtige Inhalte zu Mikrowellen abzudecken, wurden drei verschiedene Lernstationen für die SuS erstellt, bei dem sie jeweils eine andere Eigenschaft der Mikrowellen selbst erforschen dürfen.
Zu jeder Station wurde ein Arbeitsauftrag mit Hinweisen angefertigt. Die Arbeitsaufträge der Stationen gliedern sich in jeweils drei Teile:

  1. Übersicht an Materialien
  2. Versuchsbeschreibung und Forschungsanweisung
  3. kleine Bonusaufgabe/kleines „Spezialexperiment“ als Belohnung

Außerdem wurde eine Versuchsprotokoll-Vorlage angefertigt, die die Teilnehmerinnen und Teilnehmer für jede Station nutzen und ausfüllen sollen.

Download aller Stations-Arbeitsblätter + Anmerkungen:

Station 1: Was erwärmen Mikrowellen?

In diesem Versuch soll untersucht werden, ob sich verschiedene Lebensmittel unterschiedlich erhitzen. Hierfür erwärmt man mit Hilfe der Mikrowelle gleichmäßig verschiedene Lebensmittel, wie Toasts, Kekse, Muffin, usw. und betrachtet durch eine IR-Kamera die Temperaturveränderung. Die Ergebnisse werden dann auf dem Versuchsprotokoll festgehalten. Bei den Lebensmitteln handelt es sich einerseits um Lebensmittel mit höherem Wassergehalt (z.B. Muffin) und andererseits um Lebensmittel mit einem niedrigen Wassergehalt (z.B. Knäckebrot). Schließlich sollen die SuS erkennen, dass sich trockene Lebensmittel gar nicht bis wenig und feuchte Lebensmittel besonders gut erhitzen.

Temperaturmessung vorher
Temperaturmessung (Keks) nachher
Temperaturmessung (Muffin) nachher

In der Bonusaufgabe dürfen die SuS einen Schokokuss in die Mikrowelle legen und beobachten, was passiert. Hierbei soll entdeckt werden, dass es Lebensmittel gibt, bei denen die Mikrowellen Molekülbewegungen verursachen und diese dadurch beginnen zu expandieren.

Station 2: Wie erwärmen Mikrowellen?

Im Zuge der Versuchsstation 1 konnten die SuS bereits entdecken, dass der Mikrowellenherd Lebensmittel mit einem höheren Wassergehalt besser erwärmt als trockene. Nun soll es darum gehen zu beobachten, wie die Mikrowelle Dinge erwärmt.
Dazu sollen die SuS zunächst einen Apfel bei 800 Watt für 30 Sekunden im Mikrowellenherd erhitzen. Nach Ablauf der Zeit soll der Apfel nun mittig aufgeschnitten werden. Die Lernenden sollen die aufgeschnittenen Hälften dann durch die Infrarot-Kamera betrachten und das Bild mit der Darstellung der Stufen von Materialerwärmung im Backofen vergleichen. Ihre Beobachtungen und Ergebnisse werden dann im Versuchsprotokoll festgehalten. Ziel ist es hierbei zu erkennen, dass ein Mikrowellenherd Lebensmittel nicht wie ein üblicher Backofen von außen nach innen erhitzt, sondern genau umgekehrt, von innen nach außen.

Aufnahme eines Fotos mit der Wärmebildkamera
Wärmebild des Apfels

Wenn die SuS diesen Aufgabenteil abgeschlossen haben, dürfen sich die SuS nun der nächsten Bonusaufgabe zuwenden. Sie sollen dazu ein Stück Seife auf den Teller des Mikrowellenherds legen und zunächst überlegen was mit dieser beim Einschalten passieren könnte. Dann sollen sie die Seife für 45 Sekunden bei 800 Watt erhitzen, ihre Beobachtungen im Protokoll festhalten und Vermutungen über die Begründung dessen aufstellen. Eine Erklärung finden sie dann im Umschlag „Bonusaufgabe (Station 2)“.

Station 3: Absorption und Reflektion von Mikrowellen

In dieser Station sollen die SuS die wechselwirkende Eigenschaft von Mikrowellen mit Materie untersuchen. Sie sollen durch entdeckendes Lernen und Ausprobieren herausfinden, welche Stoffe durchlässig für Mikrowellen sind und bei welchen Materialien die Strahlungen nicht hindurchkommen und somit absorbiert werden.
Dafür benötigen sie neben dem Mikrowellengerät einen Pappteller und kleine, in Alufolie ein-gepackte Schokofiguren (z.B. Schokohasen). Zunächst wird eine eingepackte und eine aus-gepackte Schokofigur auf den Pappteller gelegt und in die Mikrowelle gestellt. Zu erkennen ist, dass die ausgepackte Figur schmilzt, während die eingepackte Figur unversehrt bleibt. Nun sollen die Kinder verschiedene Materialien, die ihnen zur Verfügung stehen testen, indem sie die nackten Schokofiguren darin einpacken, alle auf den Pappteller legen und in die Mikrowelle stellen. Wie sehr die Mikrowellen durch die Stoffe gekommen sind, erkennt man daran, wie stark die Schokolade schmolzen ist.

Mikrowellen_Station3_3
Nikoläuse vorher
Mikrowellen_Station3_2
Nikoläuse nachher
Mikrowellen_Station3_1
weitere Experimentiermöglichkeiten

In der Bonusaufgabe dürfen die Lernenden eine fast halbierte Traube den Mikrowellen aussetzten. Das kurzzeitig entstehende, leuchtende Plasma soll bei den Schülerinnen und Schülern für Begeisterung und Faszination sorgen.

Autoren:

Henri Garrels, Moritz Kiefer & Verena Konrad
(Pädagogische Hochschule Heidelberg, WiSe2019/20)