Eine Messreihe planen und durchführen
Nach dem Training steht Lea mit einer Tasse Tee am Spielfeldrand in Köln. Ihr Freund Ben fragt: „Wie lange dauert es, bis der Tee trinkbar ist?“ Mit Schätzen kommt ihr nicht weiter. Mit einer Messreihe schon: Du misst die Temperatur immer wieder und schreibst die Werte auf. So wird aus einer Vermutung ein Ergebnis, das man überprüfen kann.
Der Weg einer Messreihe
Eine Messreihe ist kein Zufall, sie folgt festen Schritten:
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Frage und Vermutung formulieren: „Je heißer das Wasser, desto schneller kühlt es ab.“
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Versuch planen und aufbauen: Geräte, Messbereich, Zeitabstände, Dauer.
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Messwerte notieren (im Messprotokoll, mit Einheiten).
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Ergebnisse darstellen: Tabelle und Diagramm.
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Auswerten: Was zeigt die Messkurve? Stimmt die Vermutung?
Für die Abkühlung von heißem Wasser brauchst du zum Beispiel: ein Thermometer (Größe: Temperatur in °C), eine Uhr oder Stoppuhr (Größe: Zeit in min), ein Gefäß mit dem Wasser und Papier für das Protokoll.
Du willst die Abkühlung von heißem Wasser messen. Nenne drei Dinge, die du für die Messung brauchst (Geräte, Größen).
Du willst die Abkühlung von heißem Wasser messen. Nenne drei Dinge, die du für die Messung brauchst (Geräte, Größen).
Ordne die Schritte einer Messreihe in die richtige Reihenfolge: Ergebnisse in Diagramm darstellen; Frage und Vermutung formulieren; Messwerte notieren; Versuch aufbauen.
Ordne die Schritte einer Messreihe in die richtige Reihenfolge: Ergebnisse in Diagramm darstellen; Frage und Vermutung formulieren; Messwerte notieren; Versuch aufbauen.
Messbereich und Zeitabstände wählen
Jedes Thermometer hat einen Messbereich: den Bereich, in dem es sinnvoll misst. Ein Flüssigkeitsthermometer von −10 °C bis 110 °C passt zu kochendem Wasser (100 °C) und zur Raumtemperatur (20 °C). Für sehr kalte Stoffe (zum Beispiel −196 °C) ist es ungeeignet: Die Flüssigkeit zieht sich ganz in die Kugel zurück, und der Messwert wäre falsch. Über 110 °C kann das Thermometer sogar zerspringen.
Auch die Zeitabstände und die Dauer musst du passend wählen:
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Sind die Abstände zu kurz (z. B. alle 5 s), hast du viel Arbeit, und die Werte unterscheiden sich kaum.
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Sind sie zu lang (z. B. alle 20 min), verpasst du Veränderungen und kannst die Kurve nicht zeichnen.
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Ist die Dauer zu kurz, siehst du den Verlauf nicht bis zum Ende.
Ein Thermometer hat einen Messbereich von −10 °C bis 110 °C. Entscheide, ob es geeignet ist für: a) kochendes Wasser (100 °C) b) flüssigen Stickstoff (−196 °C) c)…
Ein Thermometer hat einen Messbereich von −10 °C bis 110 °C. Entscheide, ob es geeignet ist für:
- a) kochendes Wasser (100 °C)
- b) flüssigen Stickstoff (−196 °C)
- c) Raumtemperatur
Du misst, wie schnell sich eine Tasse Tee abkühlt. Du liest alle 2 Minuten die Temperatur ab, 20 Minuten lang. a) Berechne die Anzahl der Messwerte (mit dem Startwert…
Du misst, wie schnell sich eine Tasse Tee abkühlt. Du liest alle 2 Minuten die Temperatur ab, 20 Minuten lang.
- a) Berechne die Anzahl der Messwerte (mit dem Startwert bei 0 min).
- b) Erstelle eine Tabellenkopf-Vorlage mit Größen und Einheiten.
- c) Erkläre, warum ein sehr kurzer oder sehr langer Zeitabstand ungünstig sein kann.
Zwei Gruppen messen die Abkühlung von Wasser. Gruppe 1 misst alle 30 s für 3 min, Gruppe 2 alle 5 min für 30 min. a) Berechne jeweils die Zahl der Messwerte (Startwert…
Zwei Gruppen messen die Abkühlung von Wasser. Gruppe 1 misst alle 30 s für 3 min, Gruppe 2 alle 5 min für 30 min.
- a) Berechne jeweils die Zahl der Messwerte (Startwert mitgezählt).
- b) Beurteile, welche Gruppe den Verlauf besser erfassen kann, und begründe.
- c) Schlage einen Kompromiss vor.
Messprotokoll und Diagramm
Ein Messprotokoll ist eine Tabelle. In den Kopf schreibst du die Größe und die Einheit, nicht in jede Zeile:
| Zeit $t$ in min | Temperatur in °C |
|---|---|
| 0 | 80 |
| 5 | 66 |
| 10 | 56 |
Für das Diagramm trägst du die Zeit auf der waagerechten Achse (Rechtsachse) und die Temperatur auf der senkrechten Achse (Hochachse) ein. Beschrifte die Achsen mit Größe und Einheit, wähle gleichmäßige Skalen, markiere jeden Messwert mit einem Kreuz und verbinde die Kreuze zu einer Messkurve.
Anna misst die Temperatur von Wasser beim Erhitzen: 0 min: 20 °C; 2 min: 32 °C; 4 min: 44 °C; 6 min: 56 °C; 8 min: 68 °C. a) Berechne die Temperaturzunahme pro Minute.…
Anna misst die Temperatur von Wasser beim Erhitzen: 0 min: 20 °C; 2 min: 32 °C; 4 min: 44 °C; 6 min: 56 °C; 8 min: 68 °C.
- a) Berechne die Temperaturzunahme pro Minute.
- b) Sage vorher, welche Temperatur nach 10 min erreicht wird.
- c) Begründe, warum diese Vorhersage bei 100 °C nicht mehr gilt.
Auswerten und Fehler erkennen
Bei der Auswertung beschreibst du zuerst, was du siehst, und erklärst es dann.
Abkühlkurve: Heißer Tee gibt Wärme an die Umgebung ab. Je größer der Temperaturunterschied zur Umgebung, desto schneller sinkt die Temperatur. Deshalb fällt die Kurve zu Beginn steil und wird später flacher. Sie nähert sich der Raumtemperatur an.
Messfehler: Wenn mehrere Personen am selben Thermometer 23 °C, 24 °C und 23 °C ablesen, liegt das oft am Ablesen: schräger Blickwinkel, Skala nur grob geteilt, Thermometer nicht lange genug im Wasser. Zuverlässiger wird der Wert, wenn du:
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genau von vorne und auf Augenhöhe abliest,
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dem Thermometer Zeit gibst, sich anzupassen,
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die Messung wiederholst und einen mittleren Wert bildest.
Weitere Fehlerquellen bei Abkühlversuchen: Das Gefäß steht im Zug oder auf einem kalten Tisch, das Thermometer berührt den Gefäßboden, oder der Deckel wird zwischendurch geöffnet.
Beim Ablesen eines Thermometers liest Ben 23 °C, Clara 24 °C, Dennis 23 °C am selben Gerät. a) Nenne mögliche Ursachen für die Abweichungen. b) Gib an, wie man den…
Beim Ablesen eines Thermometers liest Ben 23 °C, Clara 24 °C, Dennis 23 °C am selben Gerät.
- a) Nenne mögliche Ursachen für die Abweichungen.
- b) Gib an, wie man den Messwert zuverlässiger macht.
Eine Messreihe ergibt: 0 min: 80 °C; 5 min: 66 °C; 10 min: 56 °C; 15 min: 49 °C; 20 min: 44 °C. Die Umgebungstemperatur beträgt 20 °C. a) Berechne die Temperaturabnahme…
Eine Messreihe ergibt: 0 min: 80 °C; 5 min: 66 °C; 10 min: 56 °C; 15 min: 49 °C; 20 min: 44 °C. Die Umgebungstemperatur beträgt 20 °C.
- a) Berechne die Temperaturabnahme in jedem 5-min-Abschnitt.
- b) Beschreibe, wie sich die Abkühlgeschwindigkeit verändert, und begründe mit der Temperaturdifferenz zur Umgebung.
- c) Nenne einen Messfehler, der das Ergebnis verfälschen könnte.
Einen Versuch selbst planen
Wenn du etwas vergleichen willst, darfst du nur eine Größe ändern. Alles andere muss gleich bleiben, sonst weißt du nicht, was die Wirkung verursacht hat.
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Veränderte Größe: das, was du bewusst unterschiedlich machst.
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Gemessene Größe: das, was du beobachtest.
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Gleich bleibende Größen: alles, was die Messung sonst beeinflussen würde.
Plane einen Versuch, mit dem untersucht wird, ob dunkle oder helle Gefäße sich in der Sonne stärker erwärmen. a) Nenne die Variable, die du veränderst, und die, die du…
Plane einen Versuch, mit dem untersucht wird, ob dunkle oder helle Gefäße sich in der Sonne stärker erwärmen.
- a) Nenne die Variable, die du veränderst, und die, die du misst.
- b) Nenne mindestens drei Größen, die gleich bleiben müssen.
- c) Lege Messbereich, Zeitabstände und Dauer fest und begründe.
- d) Entwirf ein Messprotokoll (Tabellenspalten).
Zurück zum Anfang: Mit einer Messreihe (Thermometer, Stoppuhr, Protokoll, Diagramm) kannst du zeigen, wie lange Leas Tee bis zur Trinktemperatur braucht, statt nur zu raten.
Auf einen Blick
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Eine Messreihe hat feste Schritte: Frage und Vermutung, Planung, Messen, Darstellen, Auswerten.
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Der Messbereich des Thermometers muss zur erwarteten Temperatur passen.
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Zeitabstände und Dauer so wählen, dass der Verlauf sichtbar wird. Messwerte = Abschnitte + 1 (Startwert).
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Das Messprotokoll hat Größen und Einheiten im Tabellenkopf; im Diagramm kommen Zeit rechts und Temperatur hoch, verbunden zur Messkurve.
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Beim Abkühlen sinkt die Temperatur zuerst schnell, dann langsamer, weil der Unterschied zur Umgebung kleiner wird.
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Beim Vergleichen ändert man nur eine Größe, alle anderen bleiben gleich.