MINT on Tour

20140311_090856Die Universität Siegen hat ein Projekt gestartet, um “junge Menschen für die MINT-Fächer zu begeistern”. Dabei kommen Lehramts-Studenten drei Tage lang an die Schulen und betreuen jeweils 20 Schülerinnen und Schüler der 7. Klasse um mit ihnen zu experimentieren und zu…

…helfen, die physikalischen oder chemischen Hintergründe zu verstehen oder selber zu entdecken.

(Siegener Zeitung)

Der Dekan der Fakultät IV setzt auf eine “multiplizierende Wirkung” des Projekts. Die Schüler sollen ihre Begeisterung aus dem Unterricht mit nach Hause nehmen und dort auch die Eltern und Geschwister “anstecken”.

Das sind hehre Ziele.
Die Wirtschaft lechzt nach ausgebildeten Naturwissenschaftlern, die Berufsaussichten für Chemiker und Physiker sind großartig. Viele Eltern finden solche Aktionen gut. Für die Schule ist es Auszeichnung und Werbung, mit der großen Schwester “Universität” zusammenarbeiten zu dürfen und die Schüler freuen sich immer über Projekttage.

Also alles gut?

Apps für den (NW-)Unterricht

imageVon einem Kollegen wurde ich auf diese Seite aufmerksam gemacht: PHET.
Dort findet man eine Vielzahl an anschaulichen Simulationen, aufgeschlüsselt in die Fachbereiche Physik, Biologie, Chemie, Geowissenschaft und Mathematik.
Zum Starten wird JAVA benötigt, aber im Augenblick laufen Bestrebungen, alle Apps in html5 zu konvertieren – das bedeutet: Über kurz oder lang laufen alle Simulationen direkt im Browser und zukünftig auch auf dem iPad oder Android-Tablets. Sehr schön! Außerdem praktisch: Die Webseite bietet eine komplette Offline Installation. Das bedeutet, ich brauche keine Internetverbindung, um die Simulationen zu sehen oder zu starten. Jeder aktive Lehrer weiß so etwas zu schätzen. Und: Viele der Simulationen sind auf Deutsch übersetzt. Auch das ist – gerade für jüngere Schüler – unbedingt sinnvoll.

Danke für den Hinweis!

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Der Husten des Ammon

Husten. Ab zur Apotheke meines Vertrauens. Wie immer ärgern freuen sich die netten Angestellten über ein aufgedrängtes, intensives Gespräch über die Wirksamkeit von homöopathischen Arzneien und über den Sinn und Zweck von Vitaminpräparaten. Als die wahre Absicht meines Besuchs zum Vorschein kommt, mein Husten, beginnt ein erneutes Gespräch über das Mittel der Wahl. Mucosolvan®, Prospan®, Silomat®, Tonsipret®… Ich entscheide mich für eine Packung Salmiakpastillen für 0,70 € und verlasse die verärgerten glücklichen Apotheker. Doch warum Salmiakpastillen? weiterlesen

Nudeln und Eisläufer

“Nils? Auf der Packung steht ich soll die Nudeln in Kochendes Wasser werfen. Ich glaube es kocht. Wie viele Nudeln willst du?”

“Du glaubst das es kocht? Laut Definition muss das Wasser bis zum Übergang in die Gasphase erhitzt werden. Hast du die Druckabhängigkeit und die Erhöhung des Siedepunkts durch gelöste Salze bedacht? Du hast das Wasser doch gesalzen oder nicht? Du weißt doch noch wo das Thermometer liegt, oder nicht?”

“Ja, ja…. Hab ich alles… Blöder Nerd!”

“Was?”

“Nix!”

Viele Mythen der ordinären normalen Menschen ranken sich um das Thema “kochendes Wasser”. Schon die Oma wusste, das sich der Siedepunkt des Wassers durch die Zugabe von Haushaltssalz ändert. Und einige wenige Bergsteiger wagten den Versuch ihr Essen auf 4000 m Höhe zu garen und scheiterten kläglich. Dabei lernt man doch schon in der Schule, dass Wasser bei 100 °C siedet und bei 0 °C gefriert. Doch stimmt das wirklich? Natürlich nicht. (Natürlich stimmt es – aber wir wollen es ja ganz genau wissen!) Spricht man heute im Allgemeinen vom Siedepunkt oder Kochpunkt, so meint man den Punkt an dem eine Flüssigkeit genügend erhitzt wurde um als Dampf mein verwendetes Gefäß zu verlassen. Da dieser Punkt aber keinesfalls nur von der Temperatur abhängig ist, sondern auch vom momentanen Systemdruck ist dieser Punkt nicht fix. Um den Zusammenhang von Druck, Temperatur und Siedepunkt besser abbilden zu können gibt es sogenannte Phasendiagramme.

Phasendiagramm WasserEin Phasendiagramm zeigt die Aggregatzustände einer Substanz und deren Auftreten bei gegebenem Druck und Temperatur, spezielle Punkte (Trippelpunkt, Kritischer Punkt), und die Phasengrenzlinien. Im gezeigten Diagramm erkennt man die drei Phasen des Wassers: Eis, Wasser und Wasserdampf. Entlang der Phasengrenzlinien findet der Übergang einer Phase in eine andere statt. Unter normalen Bedingungen ( 1 bar Druck) sollte Wasser, wie gezeigt bei 100 °C sieden und somit zu Wasserdampf werden. Sinkt der Druck, sinkt die benötigte Siedetemperatur ebenfalls. Infolge dessen kocht Wasser auf dem Mount Everest schon bei ca. 70 °C. Erniedrigt man den Druck noch mehr, kann Wasser sogar bei Raumtemperatur sieden. Diesen Effekt kann man beobachten, wenn man große Apotheken-Spritzen mit etwas Wasser füllt, oben zuhält und dann aufzieht: Das Wasser fängt an zu “blubbern”.
Und was ist mit dem Schmelzen? Na klar. Schaut man sich das Diagramm an erkennt man, das Eis bei erhöhtem Druck schneller schmilzt. Dieser Effekt ermöglicht der Menschheit alle Wintersportarten, die auf Kufen stattfinden. Betritt eine Eisläuferin das Eis schmilzt es aufgrund des Drucks, den die Läuferin durch ihr Körpergewicht auf die Eisfläche ausübt. Sie läuft nicht auf dem Eis, sondern sie gleitet über eine Wasserschicht, die sie unter ihren Kufen selbst erzeugt. Des weiteren gibt es eine Abhängigkeit der Siedetemperatur von den im Wassers gelösten Salzen (Erzähl ich euch ein anderes Mal).

Wasser kocht also nicht immer bei 100 °C, Eisläufer sind in Wirklichkeit Wasserläufer und die Nudeln waren super.

Newtons Kaffee

“Das Gold der Dichter und Denker”, sagte Goethe schon über den Kaffee, doch Generationen von Kaffeetrinkern haben sich schon die Köpfe eingeschlagen, wenn es um die Frage ging wann die Milch in den Kaffee kommt um den Kaffee möglichst lange heiß zu halten. Direkt nachdem man den Kaffee in die Tasse gegeben oder nachdem man ihn ein wenig abkühlen gelassen hat. Fragt man die uninteressierten netten, freundlichen Studenten in der Uni-Cafeteria, wissen die meisten die Antwort auf anhieb, können aber kaum erklären warum. Andererseits gab es Studenten die fest davon überzeugt waren, dass ihrer falschen Meinung absolut richtig sei, da sie es selbst getestet hätten. Da ich es anscheinend immer wieder nötig habe meine studentischen Artgenossen mit Fragen des Alltags zu penetrieren, bin ich ihnen nun eine anständige Antwort schuldig.

Isaac Newton untersuchte das Abkühlungsverhalten verschiedener Flüssigkeiten und Feststoffen und konnte nach einigen erfolgreichen Experimenten und Messungen eine Formel für die Abkühlung verfassen. Nach einigem Umstellen und Integrieren kann man sein Abkühlungsgesetz in eine Form bringen, die uns eine Lösung für unser Problem liefert

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Diese Formel beschreibt die Abkühlung unseres Kaffees sehr genau. Dabei ist a die Temperatur des Raums, indem sich unser Kaffee befindet und T0 die Temperatur des Kaffees zum Zeitpunkt des Eingießens. t ist die Zeit und k ist der sogenannte Abkühlungskoeffizient, der die stärke der Abkühlung flüssigkeitsspezifisch beschreibt. Man erkennt, dass der Kaffee nie kälter wird als Raumtemperatur a.

Fall 1: Wir geben die Milch direkt zum Kaffee. Der Kaffee Kühlt am Anfang ein wenig ab. Seine Temperatur sinkt jedoch gleichmäßig und nähert sich langsam der Raumtemperatur an.

Fall 2: Wir lassen den Kaffee erst einmal 5 Minuten abkühlen und geben anschließend die selbe Menge Milch, mit der selben Temperatur in den Kaffee. Der Kaffee hat sich schon 5 Minuten lang abgekühlt und bei der Zugabe der Milch sinkt die Temperatur stärker als bei Fall 1.image

Tragen wir die Temperatur gegen die Zeit auf erhalten wir ein Diagramm, dass diesen Vorgang beschreibt. Erkennbar wird, dass der Kaffee aus Fall 1 länger warm bleibt. Der Kaffee aus Fall 2 ist nur solange wärmer, bis die Milch hinzugegeben wird. Anschließend verläuft die Kurve unterhalb der des ersten Falls.

Zusammenfassend können wir feststellen, dass es besser ist die Milch direkt in den Kaffee zu geben und nicht erst nach einigen Minuten Wartezeit.

Für alle die an der ausführlichen Berechnung interessiert sind bin ich gerne jederzeit per eMail erreichbar.