Baumpatenschaft - Spannung ist überall

Spannung ist das, was elektrische Ladungen in Bewegung setzt, und wird unter bestimmten Umständen auch als elektromotorische Kraft (EMK) bezeichnet.

Der Pluspol einer Batterie hat ein höheres elektrisches Potenzial als der Minuspol, und zwar um einen Betrag, der der Batteriespannung entspricht. Batterien erzeugen Gleichstrom (engl.: direct current, kurz DC), da dieser Strom immer in die gleiche Richtung zwischen ihren beiden Polen fließt, die als positiv (+) und negativ (-) gekennzeichnet sind. In einem geschlossenen Stromkreis bewegen sich die Elektronen vom Minuspol zum Pluspol der Batterie.

Ein Voltmeter wird zur Messung der Spannung (elektrische Potentialdifferenz) zwischen zwei Punkten in einem Stromkreis verwendet und ist immer parallel zu diesen Punkten angeschlossen. Es gibt zwei Arten von Voltmetern, analoge und digitale, wobei die Spannung in Volt gemessen wird.

Aufgaben für Schüler*innen

Die Schüler*innen sehen sich das Video „Einführung in die Gleichspannungsmessung“ an, um anschließend

1. verschiedene Batterietypen zu sammeln (siehe Abbildung)
2. die Spannung an ihren Enden mit einem Multimeter messen
3. die angezeigte Spannung mit der Nennspannung zu vergleichen und die möglichen Gründe für eine Abweichung zu diskutieren
4. die Skala im Bereich der Gleichspannung zu ändern und sich so mit der unterschiedlichen Darstellung derselben Spannung vertraut machen
5. Obwohl der Plus- und der Minuspol normalerweise mit den entsprechenden Messfühlern des Voltmeters gemessen werden, können die Schüler*innen auch prüfen, ob beim Umschalten eine negative Spannung angezeigt wird.
6. Die Schüler*innen bearbeiten das H5P "Elektrische Spannung erklärt".

Bäume und Pflanzen im Allgemeinen scheinen in der Lage zu sein, eine konstante Spannung zwischen 20 und einigen 100 Millivolt zu liefern – weit unter den 1,5 Volt einer Standard-AA-Batterie. Dennoch wird die Spannung zwischen einem stehenden Baum und dem ihn umgebenden Boden als innovative erneuerbare Energiequelle angesehen. ^[1], ^[2], ^[3], ^[4]

Aufgaben für Schüler*innen

Die Schüler*innen sehen sich das Video „Pflanzenspannung“ an und dann

1. reproduzieren sie den Aufbau mit einer Pflanze ihrer Wahl und einem Multimeter (siehe Abbildung),
2. stecken sie das eine der Messleitungen eines Multimeters tief in die Erde des Pflanzentopfes, die andere in den Stängel eines Blattes und notieren die Anzeige der Spannung, nachdem sie sich stabilisiert hat,
3. überwachen und registrieren sie die Spannung der Pflanze, ohne die Messleitungen des Multimeters zu entfernen zu verschiedenen Tages- und Nachtzeiten und versuchen, die gewonnenen Daten mit den jeweiligen Temperatur- und Feuchtigkeitswerten zu korrelieren.

Zu den Vorteilen der Datenerfassung mit einem Datenlogger gehören ihre Automatisierung, so dass keine menschliche Anwesenheit erforderlich ist, über lange Zeiträume hinweg Tag und Nacht kontinuierlich Messwerte erfasst werden können und es nicht möglich ist, dass jemand vergisst, eine Messung vorzunehmen. Ein Datenlogger ist ein elektronisches Gerät mit einem Mikroprozessor, verschiedenen Sensoren und einem Speicher. Die gespeicherten Daten werden dann zur Auswertung und Analyse manuell auf einen Computer übertragen. Trotz der Nützlichkeit von Datenloggern können ihre gelegentliche Komplexität und ihr hoher Preis von ihrem Einsatz abhalten.

Aufgaben für Schüler*innen

Die Schüler*innen sehen sich das Video „A low cost 'data logger'“ an, in dem beschrieben wird, wie eine Webkamera und eine Zeitraffer-Software zusammenarbeiten können, um ein grundlegendes Datenaufzeichnungsschema zu erstellen. Da jedes aufgenommene Bild mit einem Zeitstempel versehen ist, ist es für die Schüler*innen ein Leichtes, die Zeitpunkte mit den Werten der in den Fotos angezeigten Daten abzugleichen und sie zur Erstellung von Tabellen und Diagrammen zu verwenden (siehe Grafik "Pflanzenspannung" unten).

Der Klimawandel trägt auf verschiedene Weise zur Versalzung der Böden bei. Erstens steigen die Meerestemperaturen, und wärmeres Meerwasser nimmt mehr Raum ein. Der Klimawandel verursacht auch Hitzestress, der die Grundwasserressourcen erschöpft und die Versalzung der Böden im Landesinneren verstärkt (Südkalifornien: siehe Abbildung). Dieser zunehmende Salzgehalt der Böden spielt eine wichtige Rolle beim Rückgang der Wälder, und langlebige Baumarten sterben mit der Zeit aufgrund des höheren Salzgehalts ab. Dennoch ist noch unklar, inwieweit sich die Küstenwälder regenerieren können. ^[5]

Die Schüler*innen werden angewiesen, den im Video „Pflanzenspannung“ gezeigten Aufbau nachzustellen, um die zeitliche Entwicklung der gemessenen Spannung zu untersuchen (empfohlener Zeitraffer = 1 Bild alle 10-30 min für 24 h). Um die stressigen Bedingungen zu simulieren, die durch den Anstieg des Salzgehalts im Boden verursacht werden, verwenden sie verschiedene Salzlösungen, um ihre Pflanze in einwöchigen Abständen zu bewässern.

• 18 g NaCl / 1 l Wasser
• 36 g NaCl / 1 l Wasser (entspricht in etwa dem Salzgehalt von Meerwasser)
• 54 g NaCl / 1 l Wasser
• 72 g NaCl / 1 l Wasser