CO2MUCH - CO2, Treibhauseffekt und Temperatur
Überblick
Zusammenfassung
Stichworte: Treibhauseffekt, Klimawandel, Temperatur, Kohlenstoffdioxid, Eisbohrkerne, Paläoklimatologie, Vostok-Kurven
Fächer: Physik, Chemie, Wissenschaft, Informatik
Altersstufe: 13-15 Jahre
Zeitrahmen: 4 bis 5 Unterrichtsstunden
Kohlenstoffdioxid und Temperatur in der Luft
Die Schüler*innen führen ein Experiment durch, um die Rolle von Kohlenstoffdioxid bei der Erhöhung der Lufttemperatur in einem vereinfachten Modell des Treibhauseffekts zu demonstrieren.
Sie programmieren einen Mikrocontroller, um Temperatur- und Kohlenstoffdioxidmessungen in einem Kontrollbehälter und einem Behälter mit überschüssigem Kohlenstoffdioxid vorzunehmen. Die beiden Behälter werden von einer Lampe beleuchtet, die die Sonne darstellt.
Ziel
Die Schüler*innen sollen nachweisen, dass die Temperatur mit der CO2-Konzentration steigt.
Fragen, die vor dem Experiment beantwortet werden sollen
- Erkläre den Treibhauseffekt.
- Nenne Beispiele für Treibhausgase.
Hypothese
Die Schüler*innen schreiben ihre Hypothese auf, die in den meisten Fällen lautet, dass mit der Kohlenstoffdioxidkonzentration auch die Temperatur ansteigt.
- 2 Glasgefäße
- Plastikfolie
- 2 Gummibänder
- CO2 Arduino-Sensor (ccs 811)
- 2 DS18B20 Temperatursensoren
- Schneidebrett
- 4,7 kΩ-Widerstand für jeden Temperatursensor
- Arduino Uno
- Elektrische Leitungen
- 200 ml Wasser (100 ml für jedes Gefäß)
- 1 Esslöffel Fruchtsalz (um Kohlenstoffdioxid herzustellen)
- Lampe, die Wärme abstrahlt, um die Sonne nachzuahmen
- Arduino LCD optional zur Anzeige der Daten (serieller Monitor kann die Daten auch anzeigen)
Vorgehensweise
- Das Programm auf den Computer schreiben, um die Daten von den Sensoren zu sammeln
- Genau 100 ml Wasser in jedes der beiden Gläser füllen
- In jedes Glas einen Temperatursensor geben
- Die Anfangstemperatur und die CO2-Konzentration in jedem Gefäß messen
- Den Kohlenstoffdioxidsensor in das Gefäße geben, in dem die Kohlenstoffdioxidproduktion stattfindet (bitte beachten, dass auch ein CCS811-Sensor in jedem Gefäß verwendet werden kann)
- Den Arduino Uno an die Sensoren anschließen, wie in den Bildern unten gezeigt
- Das Gefäß, in dem sich nur der Temperatursensor befindet luftdicht verschließen
Hinweis: Hier bleibt die Kohlenstoffdioxidkonzentration konstant - In das andere Gefäß den Kohlenstoffdioxid- und den Temperatursensor geben.
- Die Lampe in der Nähe der Gläser legen und darauf achten, dass die Abstände zwischen der Lampe und den Gläsern gleich groß sind.
- Während die Arduino-Messung läuft, sehr schnell einen Esslöffel Fruchtsalz in das Glas mit dem Kohlenstoffdioxid-und dem Temperatursensor hinzufügen, und das Glas so schnell wie möglich mit der Plastikfolie und dem Gummiband luftdicht verschließen.
- Die Lampe einschalten und die Daten 10 Minuten lang aufzeichnen.
Beispiel für Code
Daten
Die Schüler*innen sammeln und analysieren Daten von den Sensoren, die sie programmiert haben.
Beispiel einer Datenerfassung (Zeitunterschied zwischen Anfangs- und Endmessung beträgt 10 Minuten).
|
|
CO2 [ppm] zu Beginn |
CO2 [ppm] zum Schluss |
Temperatur zu Beginn [°C] |
Temperatur zum Schluss [°C] |
|
Gefäß 1 (ohne CO2 Reaktion) |
409 |
409 |
20 |
27.9 |
|
Gefäß 2 (mit CO2 Reaktion) |
409 |
2068 |
21 |
37 |
Die Daten zeigen, dass die Temperatur in dem Gefäß, in dem Kohlenstoffdioxid erzeugt wird, viel stärker ansteigt, auch wenn diese Reaktion endotherm ist.
Abschließende Fragen
- Setze den Treibhauseffekt mit der globalen Erwärmung und dem Klimawandel in Beziehung.
- Erläutere welchen Einfluss Verbrennungsreaktionen auf den Treibhauseffekt haben.
- Diskutiere, welche Maßnahmen ergriffen werden können, um die Menge des in die Atmosphäre ausgestoßenen Kohlenstoffdioxids zu verringern.
- Entwickle Ideen, was du persönlich tun kannst, um den Kohlenstoffdioxidausstoß zu verringern.
- Entwickle Ideen, was an deiner Schule getan werden kann.
Die Schüler*innen erforschen Dokumente mit Hilfe eines H5P-Moduls. Sie lernen, wie Wissenschaftler*innen das Paläoklima untersuchen. Sie analysieren die Wostok-Kurven und stellen den Zusammenhang zwischen Temperaturanstieg und Kohlenstoffdioxidkonzentration her. Sie vergleichen die Auswirkungen menschlichen Handelns mit anderen Phänomenen.
Schlussfolgerung
Die Schüler*innen können bestätigen, dass Kohlenstoffdioxid für den Temperaturanstieg in der Atmosphäre verantwortlich ist und die Hauptursache für die globale Erwärmung darstellt.
Autor*innen von CO2MUCH - Denke global, handle lokal: Elena Poncela Blanco (ES), Philippe Mancini (FR)
Links zum Weiterleiten an Ihre Schüler*innen
1. H5P-Element
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