Arbeitsblatt: Energiehaushalt der Erde

Inhaltsverzeichnis:

Arbeitsblatt: Energiehaushalt der Erde. 1

Überblick. 1

1 Jahreszeiten. 1

2 Sonnenstand. 2

3 Scheinbare Sonnenbahn. 2

4 Tägliche Energieeinstrahlung. 3

Überblick

Bei uns ist es im Sommer wärmer als im Winter. In Südafrika ist dann Sommer, wenn bei uns Winter ist. Wir wollen genauer untersuchen, warum dies so ist.

Im Internet findet man ein Reihe von Unterrichtseinheiten zu diesem Thema, die Teil einer größeren Unterrichtseinheit der Geographie sind, siehe http://www.webgeo.de/

Der Modul benötigt einen Flash-Player, wer ihn nicht hat, geht zu get.adobe.com/de/flashplayer/ und installiert ihn.

Im Folgenden wird auf die Seite des Moduls verwiesen, die Seitenummer erscheint dabei rechts oben, wenn Du mit der Maus nicht auf der Seite bist.

1 Jahreszeiten

a)      Starte die Seite mit den Modulen Klimatologie http://www.webgeo.de/klimatologie/ und bearbeite den ersten Teil: Erde, Erdbahn, astronomische Jahreszeiten. Beantworte beim Durchlesen die folgenden Fragen schriftlich im Heft (oder hier im Wordfile). Seite 1 enthält einen Überblick, die Lernziele.

b)      Seite 2: Die Erde ist keine Kugel, sondern sie ist aufgrund der Erddrehung am Äquator etwas ausgebeult. Notiere die Größe des Durchmessers der Äquatorebene, und die der Polebene (gefragt ist nicht der Radius, der im Modul angegeben ist). Der Durchmesser der Erde am Äquator ist: …………., von Pol zu Pol ist der Durchmesser:
Berechne den Erdumfang am Äquator: ……… über die Pole ……….

c)      Seite 2: Wie groß ist die die Erdkugel im Maßstab 1:107? (Klicke auf Beispielberechnung)
Äquatorradius = …………………  Polradius = ………………..
Wie groß ist die Abweichung von einer Kugel? Die Erde ist am Äquator um …..% dicker

d)      Klickst Du auf der Seite 2 auf Erdrotation (unten), so erhältst Du Informationen zur Erdrotation. Lies bitte die Infos zum Sternentag und schaue Dir die Animation unter dem Link Sternentag an. Notiere die Länge des Sternentags: …………………

e)      Klickst Du nun auf Seite 2 auf Erdbahn, erhältst Du Informationen zur Erdbahn. Klicke auf Beispielsberechnung. Wie groß wäre der Durchmesser der Erdbahn beim Maßstab 1:1012 (d.h. wenn man 1 Million km auf 1 mm schrumpft)?
…………………. Der große Durchmesser ist  ………% größer als der kleine.

f)        Seite 3: Wie heißen die vier gezeichneten Positionen der Erdkugel?
Position 1) ……………………….
Position 2) ……………………….
Position 3) ……………………….
Position 4) ……………………….

g)      Seite 4: Der Aphel ist …………..
Der Perihel ist ………………………

h)      Wann befindet sich die Erde der Sonne am nächsten, wann ist sie von ihr am weitesten entfernt? …………………………………

i)        Wenn man die Erdbahn im Maßstab 1:1012 (1 Mio km = 1 mm) zeichnet, erhält man eine Ellipse mit der großen Halbachse a = ……… und der kleinen b = ………….
Wenn man einen Kreis mit dem Radius r = 0,5*(a+b) = ………. zeichnet, so ist die große Halbachse nur …… mm größer und die kleine Halbachse nur …… mm kleiner als der Radius.

j)        Was ist die Ekliptik?

k)      Seite 4: Wie heißen die beiden Äquinoktien, wann sind sie? ……….
Wie heißen die beiden Solstitien, wann sind sie? …………….

l)        Seite 4: Zeichne die Skizze mit den Namen in Dein Heft.

m)    Bearbeite Seite 5.

 

2 Sonnenstand

a)      Starte wieder http://www.webgeo.de/klimatologie/ und bearbeite den zweiten Teil: Sonnenhöchststände, Tageslängen, Beleuchtungsklimazonen. Beantworte dabei wieder die folgenden Fragen im Heft:

b)      Seite 2: Wann geht die Sonne überall auf der Erde genau im Osten auf und im Westen unter?
………………………………

c)      Seite 2: Wo steht dann die Sonne dann zur Mittagszeit am Äquator?
…………………………………………

d)      Seite 3: Sonnenstand zur Mittagszeit am 21.7.: Wie hoch steht die Sonne auf der Breite 48° zu Mittag? (Erdpunkt bewegen)? …..
Wie hoch am Nordpol? …..
An welchem Breitengrad steht die Sonne senkrecht? …..
Wo steht die Sonne im Norden? ………

e)      Seite 3: Überprüfe mit dem Animationspunkt die Formel: Sonnenhöchststand im Solstitium auf der Nordhalbkugel: (90°-Breite) +23,5° (=Neigung der Erdachse)

f)        Seite 4: Bearbeite die Aufgabe des Moduls

g)      Gehe zurück zu Seite 3 und wiederhole die obigen Fragen d) und e) für den 21.12. (im linken Bild rechts unten)

h)      Bearbeite S. 5 des Moduls

i)        Die Länge der Tage schwankt mit der Breite und der Jahreszeit. Schätze die Tageslänge auf Seite.6 und vergleiche Deine Schätzung mit der Lösung.

j)        Seite 7: Welche 5 Beleuchtungszonen unterscheidet man? Notiere die Namen im Heft.
…………………

k)      Bearbeite das Aufgabenblatt (Modul S. 8) und notiere die Ergebnisse im Heft.
……..

 

3 Scheinbare Sonnenbahn

a)      Starte http://www.webgeo.de/klimatologie/ und bearbeite den dritten Teil: Scheinbare Sonnenbahn – und beantworte wieder folgende Fragen im Heft.

b)      Nimm Dir Zeit, die Simulation auf Seite 3 anzusehen. (Höhe des Polarsterns = Breite des Beobachtungsortes // Breite des Beobachtungsortes + Höhe der Sonne zur Mittagszeit bei der Tagundnachtgleiche = 90°)
Wie hoch steht die Sonne bei uns (Breite =48°) im Frühling, im Sommer, wie hoch im Winter? …………………………..

c)      Seite 4 besteht aus verschiedenen Aufgaben. Klicke notfalls auf Tipps, bevor man die nächste Lösung anschauen kann, muss man die Lösung schließen.
Versuche ein paar Fragen zu beantworten.
Tipp: Im Sommersolstitium ist die der Sonnenhöchsstand 23,5° größer als 90°-Breite, …)

d)      Es gibt 3 verschiedene Arten der Dämmerung. Wie heißen sie? Wie tief steht die Sonne jeweils unter dem Horizont?
1) …….
2) ……..
3) ……..
Dauern die Dämmerungen überall gleich lang? Begründe Deine Vermutung schriftlich im Heft.
…………………….

e)      Bearbeite die Aufgaben S. 6

4 Tägliche Energieeinstrahlung

a)      Starte http://www.webgeo.de/klimatologie/ und bearbeite den vierten Teil: Tagessumme der Energiezustrahlung – und bearbeite wieder folgende Fragen im Heft.

b)      Seite 2: Notiere im Heft: Das Sonnenlicht wird von der Sonne in der P……………….. abgestrahlt. Diese hat eine Temperatur von  ……....K

c)      Die abgestrahlte Energie verteilt sich auf eine immer größere Fläche. Die Strahlungsleistung wird in W/m2 angegeben, also in Energie pro Fläche. Wenn man doppelt so weit vom Zentrum der Sonne entfernt ist, so ist die Strahlungsleitung auf ¼ gefallen. Ist man 3 mal so weit weg, so ist sie auf ……………. gefallen.

d)      Die Solarkonstante ist ……………….. (lerne diesen Wert bitte für die Klassenarbeit auswendig.) Notiere im Heft, was die Solarkonstante ist.
……………………………………………
Wie stark schwankt die Solarkonstante im Lauf eines Jahres? Wann ist sie am größten, wann am kleinsten? …………………………………….

e)      Seite 3: Was versteht man unter dem Lambertschen Gesetz? …………………….
Bearbeite die Fragen auf dieser Seite unter Zuhilfenahme der Animation rechts.

f)        Auf der Seite 4 können Sie feststellen, wann die Sonne am meisten Energie pro Fläche einstrahlt.
Ergebnis: ………………………..

g)      Entnimm den beiden Grafiken auf Seite 5 unten die Sonneneinstrahlung in FN (Breite 48°). Hilfen:

a.       Zum Frühlingsanfang steht die Sonne zur Mittagszeit in der Höhe h=90°-Breite, also in der Höhe h= (die Höhe wird links angezeigt.) Notiere die Tagesumme der eingestrahlten Energie im Heft.

b.      Sommeranfang: …. (Notiere die Tagesumme der eingestrahlten Energie im Heft.)

c.       Winteranfang: ……..

h)      Bearbeite die Aufgabe auf S.6.