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Wärmelehre (2)

 

Hier findest du alle Inhalte zur Unterrichtseinheit.


Inhalt - Wärmelehre

 

→ Teil 1:

Was ist "Wärmelehre"?

Arbeitsblatt – Temperaturen messen

Das Teilchenmodell (Kugelmodell)

Der Ölfleckversuch

Flüssigkeiten erwärmen und abkühlen

Thermometerskalen (1)

Flüssigkeiten erwärmen und abkühlen (2)

Temperatur im Teilchenmodell

Temperatur und Energie

Was ist Energie?

Teil 2:

Thermometerskalen (2) - Die Kelvinskala

Wann siedet Wasser?

Feste Köper erwärmen und abkühlen (1)

Anwendung: Temperaturausdehnung bei Brücken

Feste Köper erwärmen und abkühlen (2)

Gase erwärmen und abkühlen

Die Anomalie von Wasser

Wärmetransport (1) - Wärmeleitung / Wärmedämmung

Wärmetransport (2) - Wärmemitführung (Konvektion)

Wärme speichern (1)

Wärme speichern (2)

Wärmetransport (3) - Wärmestrahlung

 

Physik: Skriptsammlung

Produktplatzierungen

Hinweis:
Für die Unterrichtseinheit ist die Anschaffung des Skripts für meine Schüler nicht notwendig! Die Folien werden nacheinander bearbeitet und notwendige Materialien ggf. kopiert. Es sind keine Lösungen zu den Aufgaben enthalten.

Publikationen


Hinweis zur Printausgabe (ISBN 978-3-744-873949): Bitte Korrekturhinweise beachten 

Korrekturen (Skript-Wärmelehre)

Hinweis:
Die Inhalte dieser Unterrichtseinheit zielen ab auf die Vermittlung der Grundlagen der Thematik und stellen den Stoff inhaltlich zusammenhängend dar. Den Schülern soll die Struktur der physikalischen Themenbereiche somit im Rahmen des Physikunterrichts der Mittelstufe deutlich vermittelt werden.




Infotext - [11] Thermometerskalen (2) - Die Kelvinskala


Das Kelvin (Einheitenzeichen: K) ist die Basiseinheit der Temperatur. Daneben ist der Grad Celsius (°C) gesetzliche Einheit. Das Kelvin wird vor allem in Naturwissenschaft und Technik zur Angabe von Temperaturen und Temperaturdifferenzen verwendet.
Die Kelvin-Skala ist gegenüber dem Grad Celsius (°C) um exakt 273,15 K verschoben: Eine Temperatur von 0 °C entspricht 273,15 K; der absolute Nullpunkt liegt bei 0 K (= −273,15 °C). Der Zahlenwert eines Temperaturunterschieds in den beiden Einheiten Kelvin und Grad Celsius ist gleich.
Das Kelvin wurde nach William Thomson, dem späteren Lord Kelvin, benannt, der im Alter von 24 Jahren die thermodynamische Temperaturskala vorschlug. William Thomson (Lord Kelvin, 1824 - 1907) war ein britischer Physiker und arbeitete auf den Gebieten der Elektrizitätslehre und der Thermodynamik. Thomson ist sowohl für theoretische Arbeiten als auch für die Entwicklung von Messinstrumenten bekannt.
Eine absolute Temperaturskala mit dem Wert 0 am absoluten Nullpunkt (tiefste mögliche Temperatur die nur theoretisch erreicht und nicht unterschritten werden kann) wurde 1848 von William Thomson vorgeschlagen. Sie wurde so definiert, dass Temperaturdifferenzen den gleichen Zahlenwert hatten wie auf der Celsius-Skala, die wiederum den Gefrierpunkt (0 °C) und den Siedepunkt (100 °C) von Wasser als Fixpunkte hat. Die Kelvinskala und die Celsius-Skala sind dadurch um einen festen Wert gegeneinander verschoben. Im Teilchenmodell bedeutet der absolute Nullpunkt, dass alle Teilchen dann vollständig zur Ruhe kämen, also keine Bewegung mehr stattfände. 
 

 

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Hinweis: Die Quellenangaben zu diesem Text sind am Ende dieser Internetseite zu finden.



Aufgaben:

  1. Welche Einheiten kennst du zur Angabe von Temperaturen?
  2. Welche Überlegungen haben den Physiker „Lord Kelvin“ zur Einführung einer neuen Temperatureinheit bewegt?
  3. Warum gibt es keine negativen Werte bei der Angabe der Temperatur in der Einheit Kelvin?
  4. Rechne um in die Einheit Kelvin (K): 30°C; 200°C; 2500°C; -10°C
  5. Rechne um in  die Einheit Grad Celsius (°C): 100K; 300K; 1000 K; 6000K

Infotext - [13] Feste Körper erwärmen und abkühlen (1)


Unter Wärmeausdehnung (auch thermische Expansion) versteht man die Änderung der geometrischen Abmessungen (Länge, Flächeninhalt, Volumen) eines Körpers, hervorgerufen durch eine Veränderung seiner Temperatur. Die Umkehr dieses Vorganges durch die Abkühlung wird oft als Wärmeschrumpfung (auch thermische Kontraktion) bezeichnet. Wie stark sich ein Körper ausdehnt ist stoffabhängig. Der Ausdehnungskoeffizient wird in Tabellen zusammengefasst und gibt Auskunft über die Eigenschaften eines bestimmten Materials.

Ursachen
In einem Festkörper schwingt jedes einzelne Atom um einen Gleichgewichtspunkt (siehe Teilchenmodell). Je höher die Temperatur ist, desto weiter schwingen die Atome und vergrößern so ihren Schwingungsraum. Deshalb kommt es bei Erwärmung zur Ausdehnung von Stoffen. 
 
Auswirkungen und Anwendungen
Die Wärmeausdehnung von Stoffen muss beispielsweise beim Bau von Brücken berücksichtigt werden. Eine Seite der Brücke wird dabei fest verankert, die andere Seite liegt beweglich auf einem Auflagepunkt. Bei Temperaturänderungen kann sich das bewegliche Ende dann gegen den festen Auflagepunkt verschieben.  Weitere Beispiele der Nutzung der Wärmeausdehnung sind Bimetallstreifen, viele Arten von Thermometern und Temperaturreglern, alle Verbrennungsmotoren und Heißluftballone.
Kommt es zu unterschiedlichen Wärmeausdehnungen in einem Körper oder in mechanisch verbundenen Körpern, können mechanische Spannungen entstehen, die im Extremfall zur Beschädigung oder Zerstörung eines Bauteils führen können. Im sogenannten Bolzensprengversuch wird das eindrücklich demonstriert (siehe Videos zur Folie). Bestimmte Maße verändern sich entgegengesetzt zur Längenänderung der Bauteile. Am Beispiel von Betonbrücken oder anderen Bauwerken wird als Baumaterial Stahlbeton verwendet. Beton beinhaltet dabei ein Gerüst aus Stahl (das nach Fertigstellung eines Bauteils nicht sichtbar ist). Das Ausdehnungsverhalten von Stahl und Beton fast gleich (siehe Tabelle: Ausdehnungskoeffizient). Durch das eingebundene Stahlgerüst entsteht ein sehr belastbares Material, deutlich belastbarer als Beton ohne Stahlgerüst. Architekten, Bauingenieure und Konstrukteure halten unterschiedliche Wärmeausdehnungen durch Einsatz geeigneter Materialien gering. Zusätzlich oder alternativ werden Dehnungsfugen, ausreichendes Spiel zwischen Bauteilen oder ein Ausgleich der Größendifferenzen durch Kompensatoren eingesetzt. Wärmeausdehnungsbedingte Positionsabweichungen in elektronisch gesteuerten Maschinen, wie etwa Robotern, können auch steuerungstechnisch ausgeglichen werden.

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Hinweis: Die Quellenangaben zu diesem Text sind am Ende dieser Internetseite zu finden.



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Infotext - [18] Die Anlomalie von Wasser


Das Wort Anomalie ist aus altgriechisch abgeleitet und bedeutet: anomalía „Unebenheit, Unregelmäßigkeit“. In der Physik weist es auf eine Besonderheit, d.h. eine Abweichung von einer „Regel“, hin. Als eine solche „Regel“ kennen wir die Eigenschaft, dass bei den meisten Stoffen das Volumen mit abnehmender Temperatur kleiner wird (Längen werden verkürzt), das gilt auch über eine Aggregatzustandsänderung hinweg. Ein Stoff zeigt eine Anomalie, wenn sich sein Volumen unterhalb einer bestimmten Temperatur bei Temperaturabnahme vergrößert, der Stoff sich also bei Abkühlung ausdehnt

Wasser ist der wichtigste Stoff, bei dem eine solche Anomalie auftritt: Wasser hat sein kleinstes Volumen bei ca. +4°C und ist flüssig. Unterhalb von +4 °C dehnt sich Wasser bei (weiterer) Temperaturverringerung bis zum Wechsel des Aggregatzustands wieder aus. Die Anomalie des Wassers besteht also im Bereich zwischen 0 °C und +4 °C. Weiterhin findet beim Wechsel in den festen Aggregatzustand (Eis) eine sprunghafte Volumenzunahme statt. Diese Eigenschaft bezeichnet man oft auch als „zweite Anomalie des Wassers“. Das Eis verhält sich dann aber nicht anomal, wenn auch untypischerweise die Dichte des Eises geringer ist als die des flüssigen Wassers. 

Der Grund der Anomalie des Wassers liegt in der Verkettung der Wassermoleküle (H2O). Die Strukturbildung ist ein fortschreitender Vorgang, das heißt, es sind schon im flüssigen Zustand so genannte Cluster aus Wassermolekülen vorhanden. Bei +4 °C ist der Zustand erreicht, bei dem die einzelnen Cluster das geringste Volumen einnehmen. Wenn die Temperatur weiter sinkt, wird durch einen stetigen Wandel der Kristallstrukturen mehr Volumen benötigt. Wenn die Temperatur steigt, benötigen die Moleküle wieder mehr Bewegungsfreiraum, wodurch das Volumen ebenfalls steigt. Im festen Zustand (Eis) schließen sich die Moleküle in einem Kristallgitter zusammen und benötigen dafür dann deutlich mehr Raum als bei beweglichen Molekülen im flüssigen Zustand.

Die Dichteanomalie des Wassers ist wichtig für das Leben in Gewässern kälterer Klimazonen. Unterhalb einer Temperatur von etwa 4 °C sinkt Oberflächenwasser nicht nach unten. Statt des damit verbundenen Auskühlens tieferer Gewässerschichten und eines vollständigen Durchfrierens von unten her können sich thermische Schichten bilden. Wassertiere und -pflanzen können unter der Eisschicht überleben.
 

Hinweise:

  • Die genauesten publizierten Werte (Stand 2005) für das minimale Volumen des Wassers liegen bei einer Temperatur von (3,983 ± 0,00067) °C. Die Werte stellen einen Mittelwert der von verschiedenen physikalischen Instituten veröffentlichten Zahlen dar .
  • Dichteanomalien treten auch bei anderen chemischen Elementen auf, z.B. bei Antimon, Bismut, Gallium, Germanium.

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Hinweis: Die Quellenangaben zu diesem Text sind am Ende dieser Internetseite zu finden.



Aufgaben:

1) Welche Besonderheit hat Wasser, die andere Flüssigkeiten normal nicht haben?

2) Was bedeutet das Wort „Anomalie“?

3) Eigentlich gibt es sogar zwei Anomalien beim Wasser. Recherchiere! Welche zwei Eigenschaften sind beim Wasser so außergewöhnlich und welche Konsequenzen hat das in unserem Alltag?

4) In einem der zugeordneten Videos zu diesem Thema wird die Anomalie des Wassers durch genauere Betrachtung  der Wassermoleküle im flüssigen und festen Zustand beschrieben. Schau dir das entsprechende Video an und erläutere schriftlich das Zustandekommen der Anomalie des Wassers.

 



Infotext - Wärmeleitung / Wärmedämmung


Wärmeleitung ist ein Mechanismus zum Transport von thermischer Energie. Wärme fließt dabei immer nur in Richtung geringerer Temperatur. Dabei geht keine Wärmeenergie verloren; es gilt der Energieerhaltungssatz.
In der Physik wird unter Wärmeleitung der Wärmefluss in oder zwischen einem Feststoff, einem Fluid oder einem Gas infolge eines Temperaturunterschiedes verstanden. Ein Maß für die Wärmeleitung in einem bestimmten Stoff ist die Wärmeleitfähigkeit. 

 

Mechanismen

Elektrische Isolatoren
In Festkörpern bilden die Teilchen ein Gitter (vgl. Teilchenmodell). Bei elektrischen Isolatoren geschieht die Wärmeleitung nur durch Gitterschwingungen. Die Bewegung der Atome wird dabei von Nachbar zu Nachbar weitergeleitet. Alle Elektronen sind an Atome gebunden und können deshalb keinen Beitrag zur Wärmeleitung liefern. 

 

Elektrisch leitfähige Festkörper

In elektrisch leitfähigen Körpern wie zum Beispiel Metallen können die frei beweglichen Elektronen auch Wärme transportieren und somit zur Wärmeleitung beitragen. Bessere elektrische Leiter wie Kupfer übertragen die Wärme deshalb besser als schlechtere elektrische Leiter wie Eisen. 

 

Flüssigkeiten und Gase

Leichte Atome bzw. Moleküle leiten die Wärme besser als schwere, da sie sich bei gleichem Energiegehalt schneller bewegen. Im Allgemeinen gelten Gase als schlechte Wärmeleiter. Vergleichsweise ist die Wärmeleitung von Gasen schlechter als bei Flüssigkeiten und Festkörpern.

 

Beispiele

  • Bei einem Heizkörper, Wärmerohr oder Tauchsieder gelangt die Wärmeenergie aus dem heißen Innenraum mittels Wärmeleitung durch das Gehäuse nach außen.
  • Kühlschränke werden mit Glaswolle oder geschäumtem Polystyrol ummantelt, um den Wärmestrom von außen nach innen möglichst gering zu halten.
  • In einer Thermoskanne oder einem Vakuumröhrenkollektor für Solaranlagen wird u. a. Vakuum eingesetzt, um Konvektion und Wärmeleitung zu verhindern.
  • Bei Fenstern verwendet man Mehrscheiben-Isolierglas mit sehr geringem Wärmedurchgangskoeffizient, um mit dem Wärmeverlust die Heizkosten gering zu halten (siehe auch Energieeinsparverordnung). In dem Fall wird der Abstand so gewählt, dass die Luft/Gasschicht ausreichend dick ist (Gase sind schlechte Wärmeleiter), jedoch dünn genug, dass keine nennenswerte Konvektion stattfindet.

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Hinweis: Die Quellenangaben zu diesem Text sind am Ende dieser Internetseite zu finden.



Aufgaben:

  1. Im Winter zieht man sich "eine warme Jacke" an. Ist die Jacke wirklich "warm"? Was ist der Grund dafür, dass die Jacke ihre Funktion erfüllt? Erläutere!
  2. Aus welchem Grund werden Häuser "isoliert"? Das kostet ja auch viel Geld! Ist das sinnvoll?
  3. Ordne die folgenden Materialien nach ihrer Eigenschaft Wärme zu isolieren: Holz, Styropor, Eisen, Luft, Messing, Stickstoff, Glaswolle, Aluminium
  4. Die Griffe eines Kochtopfes oder der Kochlöffel bestehen sehr oft aus Kunststoff oder Holz. Was ist der Grund dafür?
  5. Für Gebäudefenster verwendet man heute die sogenannte "Doppelverglasung". Wie ist ein solches Fenster aufgebaut und warum? Erläutere! 
  6. Auf der Folie zur "Wärmeleitung" ist das Bild eines Bauteils auf einem Computer-Mailboards abgebildet. Warum sieht das Bauteil so aus? Welchen Zweck erfüllt es?
  7. Im Winter sieht man oft, dass sich Vögel "aufplustern". Was ist damit gemeint und warum tun sie das? 
  8. Auch beim Kühlschrank spielt die Wärmeleitung eine wichtige Rolle - Welche?
  9. Nenne vier Beispiele bei denen eine gute Wärmeleitfähigkeit wichtig ist und vier bei denen man das Gegenteil benötigt.

Infotext - [20] Wärmemitführung (Konvektion)


Die Wärmemitführung (Wärmeströmung) oder Konvektion (von lateinisch convehere ‚zusammen-tragen‘) ist ein Mechanismus zur Wärmeübertragung von einem Ort zu einem anderen. Konvektion ist stets mit dem Transport von Teilchen verknüpft, die ihre Energie mitführen, daher wird auch die Bezeichnung Wärmemitführung verwendet. Konvektion kommt in Gasen oder Flüssigkeiten vor und ist dort eigentlich auch kaum zu vermeiden.
Auch Feststoffpartikel in Fluiden können an der Konvektion beteiligt sein. Festkörper können also auch durch Bewegung Wärmeenergie transportieren, wenn sie diese an einem Ort aufnehmen und später an einem anderen abgeben. Aber erst die Strömung eines Gases oder einer Flüssigkeit ermöglicht die Konvektion. Ursache für die transportierende Strömung können unterschiedliche Kräfte sein, wie z. B. die Schwerkraft oder beispielsweise Kräfte, die von Druck-, oder Temperaturunterschieden herrühren.
 
Man unterscheidet dabei:
  • Erzwungene Konvektion: Dabei wird der Teilchentransport durch äußere Einwirkung, zum Beispiel ein Gebläse oder eine Pumpe, hervorgerufen. (Bsp.: Kühlung von Computer-Prozessoren mit Lüfter)
  • Freie oder natürliche Konvektion: Dabei wird der Teilchentransport ausschließlich durch Auswirkungen von Temperaturunterschieden hervorgerufen.
Freie Konvektion aufgrund thermischer Dichteunterschiede: Bei Erwärmung dehnen sich Stoffe in der Regel aus. Unter Einwirkung der Gravitationskraft steigen innerhalb eines Gases oder einer Flüssigkeit Bereiche mit geringerer Dichte (höherer Temperatur) gegen das Gravitationsfeld auf, während Bereiche mit höherer Dichte (niedrigere Temperatur) darin absinken.
 
Wenn an der Unterseite eines Systems Wärme zugeführt wird und an der Oberseite die Möglichkeit zur Abkühlung besteht, so entsteht eine kontinuierliche Strömung: Das Gas oder die Flüssigkeit wird erwärmt, dehnt sich dabei aus und steigt nach oben. Dort angelangt kühlt es sich ab, zieht sich dabei wieder zusammen und sinkt ab, um unten erneut erwärmt zu werden. Es entsteht also ein dauern anhaltender Prozess (Beispiel: Magmaströme im Erdinneren).
 
Ein sehr wichtiges Beispiel für die freie Konvektion ist der Golfstrom: Aus der Karibik wird warmes Oberflächenwasser zunächst entlang der Ostküste der USA, dann weiter in nordöstlicher Richtung quer über den Atlantik an Irland vorbei transportiert. Durch Verdunstungsverluste und die damit verbundene Erhöhung der Salzkonzentration wird das Wasser schwerer und sinkt bei Island in die Tiefe. Ohne diese „Warmwasserheizung“ wären die Temperaturen in Europa so niedrig wie in Mittelkanada.
Die Existenz des Golfstroms ist schon seit langer Zeit bekannt. Schon im 18. Jahrhundert wurden Schiffe von Benjamin Franklin (einer der Grundungsväter der USA) angewiesen dem Verlauf des Golfstroms bei der Fahrt nach Europa zu folgen. Die Überfahrtszeit in West-Ost-Richtung war dadurch eine Woche kürzer als in Ost-West-Richtung. Allerdings war Franklin nicht der Entdecker des Golfstroms. Auch in der Fischerei war die Meeresströmung damals bereits bekannt.

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Hinweis: Die Quellenangaben zu diesem Text sind am Ende dieser Internetseite zu finden.



Aufgaben:

1) Auf der Folie zur Wärmemitführung siehst du den Aufbau einer Heizungsanlage. Beschreibe genau die Funktionsweise und wie dadurch die Wohnräume beheizt werden.

2) Im Lateinischen heißt das Wort "convector": >Reisegefährte<. Kannst du erklären wie das mit unserem physikalischen Fachbegriff >Konvektion< zusammenhängt?

3) Was ist eine "Weihnachtspyramide" und wie funktioniert sie? 

4) Gebäude können auch durch die sogenannte "Fernwärme" beheizt werden. Recherchiere und erkläre wie das funktioniert. 

5) In der Heizungsanlage auf der Folie ist ein "Ausgleichsgefäß" abgebildet. Welchen Zweck hat es? (Denke dabei an die Eigenschaften von Flüssigkeiten bei Erwärmung und Abkühlung.)

6) Im Sommer sind Wohnräume oft wärmer als erwünscht, Deckenventilatoren helfen dann die Hitze leichter zu ertragen. Im Winter werden die Wohnräume durch eine Heizung erwärmt. Dabei ist aber oft am Boden der Wohnräume die Temperatur niedriger als im Rest des Raumes. Aus diesem Grund werden gerne auch Fußbodenheizungen in den Häusern verwendet. Erläutere, weshalb bei einer normalen Heizung die Luft im Bereich der Füße kälter ist und wie man hier mit Hilfe des Deckenventilators Abhilfe schaffen kann?

7) Der "Golfstrom" ist eine wichtige Meeresströmung - recherchiere und beschreibe wo sie entlang führt. Erläutere dann die Aussage des Satzes: >Der "Golfstrom" ist die Heizung Europas<! 


Bildergalerie: Wärmetransport


Aufgaben:

  1. Auf der Folie Wärme speichern (2) ist ein Versuch dargestellt. Beschreibe die Vorgehensweise. 
  2. Im Teilchenmodell zeichnen sich die Aggregatzustände fest, flüssig und gasförmig durch bestimmte Eigenschaften aus.
    a) Welche sind das? (Informationen zum Teilchenmodell findest du hier auf der Themenseite Wärmelehre)
    b) Der Übergang vom festen in den flüssigen Aggregatzustand ist für die Teilchen in diesem Modell mit neuen Eigenschaften verbunden. Wofür wird in diesem Modell die Energiemenge der Schmelzwärme benötigt? Erläutere aus "der Sicht der Teilchen".
    c) Der Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand ist für die Teilchen in diesem Modell ebenfalls mit neuen Eigenschaften verbunden. Wofür wird hier die Energiemenge der Verdampfungswärme benötigt? Erläutere wieder aus "der Sicht der Teilchen".
  3. Mache folgendes Gedankenexperiment: Wasser soll erwärmt werden (Wie im Bild auf der Folie "Wärme speichern (1)" oben). Du willst Wasser von der Temperatur 20°C auf 70°C erwärmen. Die benötigte Energie und die Temperatur des Wassers sollen in einem Diagramm für den gesamten Versuchsverlauf dargestellt werden. (x-Achse: Zugeführte Wärmeenergie in Joule [J]; y-Achse: Temperatur des Wassers in [°C]). Wie würde das Diagramm aussehen?
  4. In der Abbildung 1 siehst du das Diagramm eines Versuchs.
    Hier wurde die Temperatur von 1 kg Eis/Wasser/Wasserdampf von -100°C auf ca. 130°C erhöht. 
    a) Beschreibe die Inhalte des Diagramms.
    b) Woran kann man hier die Schmelzwärme und die Verdampfungswärme erkennen?
    c) Was ist beim Wasser größer, die Schmelzwärme oder die Verdampfungswärme?
    d) Kannst du am Diagramm die benötigte Energiemenge für die Schmelzwärme und die Verdampfungswärme ablesen? Bestimme den Wert für die Schmelzwärme und die Verdampfungswärme bei diesem Versuch.
  5. Wie würde das Diagramm aus Abb. 1 für den Versuch aussehen, wenn die Schmelzwärme von Wasser nur die Hälfte betragen würde?

Infotext - Wärmestrahlung


Von allen Oberflächen, die man umgangssprachlich als "heiß" bezeichnet geht eine nicht sichtbare Strahlung aus. Diese wird als Wärmestrahlung (oder auch thermischer Strahlung) bezeichnet. Allerdings gilt das für alle Körper, von kälteren Körpern geht dann allerdings weniger Strahlung aus. Wie viel Wärmestrahlung von einem Körper ausgeht hängt also von seiner Temperatur ab. Das Aussenden von Strahlung ist mit dem Aussenden von Energie verbunden und wird als Emission (lat. emittere „aussenden“) bezeichnet. Wärmestrahlung geht von allen Festkörpern, Flüssigkeiten, Gasen aus. 

Auch von der Sonne geht Wärmestrahlung aus, sie trifft auf die Erde und damit auch auf viele Körper (Gegenstände) auf der Erdoberfläche. Diese werden dadurch erwärmt, die Temperatur steigt also. Wir können das besonders gut im Sommer erfahren. Scheint die Sonne auf eine Straße, dann erwärmt sich die Oberfläche. Wir können das mit unserem Temperatur-empfinden leicht überprüfen und feststellen, dass die Temperatur des Straßenbelags durch die Sonneneinstrahlung zunimmt. Die Strahlung der Sonne wird dann durch die Straße teilweise absorbiert (lat. absorbere: aufsaugen, verschlucken). Strahlung die nicht absorbiert wird, wird reflektiert (lat. reflectere: rückwärts biegen, zurückdrehen), also in eine andere Richtung umgelenkt und weitergeleitet. Die Sonne ist für uns die wichtigste Quelle für Energie und Wärmestrahlung. Wärmestrahlung wird aber auch von Öfen, Heizkörpern oder Glühlampen abgegeben.
Die Wärmestrahlung ist neben der Wärmemitführung (Konvektion) und Wärmeleitung ein weiterer Weg zur Übertragung von Wärme, im Vakuum (Weltraum) ist es der einzige Übertragungsweg.

Einen starken Einfluss auf die Emission und Absorption von Wärmestrahlung hat auch die Oberflächenbeschaffenheit des Körpers. Bei Körpern mit hellen, glatten oder spiegelnden Oberflächen wird kaum Strahlung absorbiert, dunkle oder raue Oberflächen absorbieren hingegen besonders viel Wärmestrahlung. Deshalb erwärmen sie sich dunkle Oberflächen stärker als Körper mit heller oder glatter Oberfläche. Strahlung die nicht absorbiert wird, wird dabei dann reflektiert, also in eine andere Richtung umgelenkt und weitergeleitet.

 

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Hinweis: Die Quellenangaben zu diesem Text sind am Ende dieser Internetseite zu finden.



Aufgaben:

1) In südlichen Ländern wird oft sehr helle Kleidung von den Menschen verwendet. Welchen Grund hat das?

2) Bei einer Zentralheizung gibt ein Heizkörper Wärme in den Wohnraum ab. Wie wird der Heizkörper selbst erwärmt und wie gibt er die Wärme wieder in den Wohnraum ab? Überlege dir hier: Welche physikalischen Prozesse sind wichtig? (Du hast verschiedene Möglichkeiten zur Übertragung von Wärme kennengelernt).

Schau dir jetzt die Bildergalerie zum Wärmetransport an:

3) In der Bildergalerie siehst du ein Bild einer Rettungsdecke aus einem Verbandskasten. Sie passt problemlos mit hinein. Sie soll hauptsächlich die Funktion erfüllen, dass sie Unfallopfer vor dem Auskühlen schützt. Wie funktioniert das?

4) In der Bildergalerie findest du den "Solarkocher Premium 11". Wie funktioniert dieses seltsame Gerät?

5) In der Bildergalerie ist eine Thermoskanne abgebildet. Dort kannst du auch ins Innere der Kanne schauen. Warum ist sie innen mit einem spiegelnden Belag ausgestattet? Erläutere die Funktionsweise der Thermoskanne.

6) Sonnenkollektoren sind ein wichtiges Hilfmittel zur Energieeinparung im Haushalt. Sie werden oft neben Sorlarzellen auf geeigneten Dächern (ohne Beschattung durch andere Häuser oder Bäume) installiert. Den Aufbau eines solchen Sonnenkollektors siehst du in der Bilderkallerie, dort ist ein solches Modul aufgeschnitten dargestellt. Recherchiere und erläutere die Funktionsweise der Sonnenkollektoren. Was ist der Unterschied zu einer Solarzelle?




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Quellenangaben zu den Inhalten auf dieser Seite


Infotext ([11] Wärmelehre - Temperaturskalen (2))

Creative Commons Lizenzvertrag Dieser Text basiert auf dem Artikel Kelvin aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der Lizenz Creative Commons CC-BY-SA 3.0 Unported (Kurzfassung). Der Text wurde von Andreas Rueff überarbeitet und auf der Grundlage didaktischer Überlegungen angepasst und gekürzt. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.

Infotext ([13] Wärmelehre - Feste Körper erwärmen und abkühlen (1))

Creative Commons Lizenzvertrag Dieser Text basiert auf dem Artikel Wärmeausdehnung aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der Lizenz Creative Commons CC-BY-SA 3.0 Unported (Kurzfassung). Der Text wurde von Andreas Rueff überarbeitet und auf der Grundlage didaktischer Überlegungen angepasst und gekürzt. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.

Infotext ([18] Wärmelehre - Anomalie von Wasser)

Creative Commons Lizenzvertrag Dieser Text basiert auf dem Artikel Dichteanomalie aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der Lizenz Creative Commons CC-BY-SA 3.0 Unported (Kurzfassung). Der Text wurde von Andreas Rueff überarbeitet und auf der Grundlage didaktischer Überlegungen angepasst und gekürzt. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.

Infotext ([19] Wärmelehre - Wärmeleitung)

Creative Commons Lizenzvertrag Dieser Text basiert auf dem Artikel Wärmeleitung aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der Lizenz Creative Commons CC-BY-SA 3.0 Unported (Kurzfassung). Der Text wurde von Andreas Rueff überarbeitet und auf der Grundlage didaktischer Überlegungen angepasst und gekürzt. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.

Infotext ([20] Wärmelehre - Wärmemitführung (Konvektion))

Creative Commons Lizenzvertrag Dieser Text basiert auf dem Artikel Konvektion (Wärmeübertragung) aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der Lizenz Creative Commons CC-BY-SA 3.0 Unported (Kurzfassung). Der Text wurde von Andreas Rueff überarbeitet und auf der Grundlage didaktischer Überlegungen angepasst und gekürzt. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.

Infotext ([23] Wärmelehre - Wärmestrahlung)

Eigener Text (c) Rueff