Bei den Experimentierstationen von „Cool Physics“ haben Schüler:innen der Sekundarstufe II die Möglichkeit, die physikalischen Grundlagen der Kühlung durch praktische Experimente zu verstehen. Die Stationen bieten einen motivierenden Alltagsbezug und greifen aktuelle Forschungsthemen auf. Entwickelt im Rahmen einer Masterarbeit, können die Stationen sowohl als Experimentiertag an der Universität als auch in der Schule bearbeitet werden. Die Schüler:innen entdecken, wie Kälte entsteht und welche wissenschaftlichen Prinzipien dahinterstehen.
Die Schüler:innen experimentieren mit einem kleinen Experimentiermotor mit Glaskolben und entwickeln dabei ein Verständnis für seine Anwendung als Wärmekraftmaschine und als Kältepumpe.
Die Funktionsweise des Kompressor-Kühlschranks wird häufig in der Sekundarstufe I theoretisch mit Hilfe des Schulbuchs oder durch Animationen oder Videos verdeutlicht. Wirklich begreifen, dass diesem Gerät ein simples physikalisches Prinzip zugrundeliegt, werden Schüler jedoch erst, wenn sie mehrere Experimente dazu im Kontext der Kühlung am besten selbst durchgeführt haben.
Verglichen mit Stirling-Motor und Kompressorkühlschrank ist die Physik des Peltier-Elements zu komplex, um umfassend erklärt zu werden. Weil aber mobile Kühlboxen oft auf Peltier-Elementen basieren, eignet sich eine Vorgehensweise im Unterricht, bei der die Schüler:innen eine Kühlbox untersuchen, den Peltier-Effekt am industriell hergestellten Peltier-Element beobachten und dann Messungen zur Thermoelektrizität an Metalldrähten selbst durchführen.
Ziel dieser Station ist, dass die Schüler:innen ein Basiswissen aus der Quantenmechanik erhalten und aufbauend darauf ein im Vergleich zu den anderen Methoden grundsätzlich anderes Konzept der Kühlung verstehen. Vertieft wird dabei das Verständnis der Temperatur eines Gases im Teilchenmodell.
Einführung und Simulationsprogramm Laserkühlung
Die ausführbare Datei des Simulationsprogrammst lautet\Simulationsprogramm\dist\laser_cooling.exe und befindet sich in einem .zip-Archiv.
Achtung: Zur Überarbeitung der Simulation sind die Programme Python (v. 2.7.6 (32 & 64 bit) für Windows) sowie VPython (v. 6.10 (32 & 64 bit) für Windows) erforderlich!