DOWNLOAD. Kerstin Neumann Wärmelehre: Wärmeübertragung. Physik selbst entdecken. Downloadauszug aus dem Originaltitel:

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1 DOWNLOAD Kerstin Neumann Wärmelehre: Wärmeübertragung Physik selbst entdecken auszug aus dem Originaltitel:

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3 Wärmeübertragung Wärmeleitung 1. Untersucht die Wärmeleitfähigkeit verschiedener Stoffe. Taucht dazu annähernd gleich dicke Gegenstände gleichzeitig in heißes (aber nicht kochendes!) Wasser. Ü1 Material: Topf mit heißem Wasser, Körper aus verschiedenen Materialien, Stoppuhr Schließt das Wassergefäß mit einem Pappdeckel, in den ihr vorher einen Schlitz für die Gegenstände schnei det. (So verhindert ihr, dass der Wasserdampf und die Wärmeströmung das Ergebnis beeinflussen.) Messt und notiert jeweils die Zeit, bis ihr eine Erwärmung spürt. Beachtet, dass ihr die Gegenstände in gleichem Abstand von der Wärmequelle berührt, also beispielsweise unmittelbar über dem Deckel. 2. Ordne die Stoffe an einem Pfeil an. Markiere gute Wärmeleiter ROT und schlechte Wärmeleiter GRÜN. Luft Wärmeleitung Holz Stahl Aluminium Messing Glas Silber Zinn Kunststoff SCHLECHT Wärmeleitfähigkeit GUT Wärme wird von Körper zu Körper (z. B. von Ofenkachel zu Mensch) oder innerhalb eines Körpers (z. B. innerhalb der Ofenkacheln) übertragen. Verschiedene Materialien leiten die Wärme unterschiedlich gut. Messing 1

4 Wärmeübertragung Wärmeströmung Material: Alufolie, Kerze Ü2 1. Spirale bauen Zeichne auf einem Stück Alufolie einen Kreis mit 8 cm Radius und in diesen Kreis eine Spirale. Schneide die Spirale aus. Bringe am Kreismittelpunkt mit einer Nadel einen Faden an und knote ihn zu einer Schlaufe. Die Flügel einer Weihnachtspyramide werden durch Wärmeströmung bewegt. Die Kerzen erwärmen die Luft, diese steigt auf und trifft auf die Flügel, die sich dadurch in Bewegung setzen. Der gleiche Effekt ist bei einer Spirale zu beobachten und soll von dir ausprobiert werden. 2. Spirale testen Halte die Spirale am Faden ruhig über eine Kerze und beobachte die Drehung. Probiere, wann sich die Spirale am schnellsten dreht und wovon die Drehrichtung abhängt. Pass auf, dass das Ende der Alu-Spirale nicht zu dicht an die Flamme kommt! Wärmeströmung (Konvektion) Wärme wird durch strömende Flüssigkeiten oder Gase übertragen (z.b. warme Luft über dem Ofen strömt nach oben es entsteht ein Kreislauf). 2

5 Wärmeübertragung Wärmestrahlung Ü3 Material: Rotlichtlampe, 2 Streichholzschachteln, 2 Thermometer, z. B. Alufolie und schwarzer Stoff In Oskars Zelt ist es superheiß. Simuliert diese Situation. Verwendet eine Rotlichtlampe als Sonne und Streichholzschachteln als Zelte. 1. Präpariert eine Schachtel so, dass die Temperatur darin möglichst hoch wird. In der anderen Schachtel soll die Temperatur möglichst wenig ansteigen. Steckt jeweils ein Thermometer durch ein möglichst kleines Loch. 2. Bestrahlt beide Schachteln gleichzeitig und im gleichen Abstand 1 Minute lang und messt währenddessen die Innentemperatur der Schachteln. 3. Gebt die jeweilige Temperaturerhöhung an und formuliert eine Erkenntnis. Wärmestrahlung 30 C im Schatten Wärmere Körper strahlen allseitig Wärme an ihre kältere Umgebung ab (z. B. strahlt der Ofen Wärme in alle Richtungen aus). Dunkle Oberflächen absorbieren die Wärmestrahlung, helle reflektieren sie. In Magdalenas Zelt ist es nicht so heiß. 3

6 Hoffentlich ist der Tee noch warm! Wärmeübertragung Wärmedämmung Ü4 Material: Thermometer, 3 gleiche Bechergläser, viele verschiedene Materialien zum Dämmen Wettbewerbsaufgabe: Jeder Schüler eurer Gruppe soll 250 ml heißes Wasser (etwa 80 C) in einem Becherglas 5 Minuten lang so warm wie möglich halten. Wie und mit welchen Materialien dies geschieht, ist jedem selbst überlas sen (z. B. Styropor, Alufolie, Wolle). Der Kasten unten hilft euch. 1. Überlege dir eine Warmhaltemöglichkeit und besorge die entsprechenden Materialien. 2. Erhitzt Wasser in einem Wasserkocher bis kurz unter die Siedetemperatur (wenn es anfängt zu dampfen, aber noch nicht sprudelt) und gebt gleichzeitig jeder 250 ml Wasser in die eigene Versuchsanordnung. 3. Messt maximal 20 Minuten lang jeweils alle 2 Minuten die Temperatur. Bestimmt am Schluss den Sieger. 4. Gebt einen Tipp, wie man Tee möglichst lange warm halten könnte. Die Thermoskanne In einer Thermoskanne werden die drei Arten der Wärmeübertragung gedämmt: Stopfen aus Kork, Gummi oder Kunststoff Die Wärmeleitung wird durch das Vakuum im Glasgefäß behindert. Die Wärmeströmung wird durch den Stopfen unterbrochen. Die Wärmestrahlung wird an der verspiegelten Fläche reflektiert. Doppelwandiges Glasgefäß innen und außen mit Spiegelschicht überzogen, innen luftleer (Vakuum) Schutzhülle aus Metall oder Kunststoff 4

7 1. Wärmequelle ja oder nein? Beispiel: Eine Katze sitzt im Schnee und gibt an ihre Umgebung Wärme ab. Sie ist eine natürliche Wärmequelle. Wärmeübertragung Wärmequellen Ü5 Material: Karten Wärmequellen, Stein, Alutopf, Brenner, Thermometer, Zange a) Ordnet die Karten Wärmequellen. Sie enthalten: 4 x natürliche Wärmequellen, 4 x künstliche Wärmequellen, 4 x keine Wärmequellen. b) Notiere aus den Karten: die größte natürliche Wärmequelle, die künstliche Wärmequelle, deren Wärmeabgabe eigentlich nicht erwünscht ist. Finde jeweils ein weiteres Beispiel für eine natürliche und eine künstliche Wärmequelle. 2. Ein Stein als Wärmequelle Ein heißer Stein wird in kaltes Wasser gelegt und gibt an das Wasser solange Wärme ab, bis die Temperaturen ausgeglichen sind. Dabei wird die Wärmeenergie des Wassers höher und die des Steines geringer. a) Legt den Stein in einen Alutopf und gebt so viel kaltes Wasser dazu, dass der Stein vollständig bedeckt ist. b) Bestimmt die Wassertemperatur. c) Erhitzt den Stein 2 Minuten über der Flamme eines Bunsenbrenners. d) Gebt diesen Stein dann in das kalte Wasser und bestimmt, wie lange es dauert, bis die Temperaturen ausgeglichen sind, und auf welche Temperatur sich das Wasser erwärmt hat. Wärmequellen Alle Körper, deren Temperatur höher als die Umgebungstemperatur ist, sind Wärmequellen. Diese Körper geben an die kältere Umgebung Wärme ab. Man unterscheidet natürliche und künstliche Wärmequellen. Natürliche Wärmequellen sind z. B. die Sonne, ein Feuer oder heiße Lava. Künstliche Wärmequellen sind vom Menschen geschaffene Wärmequellen, z. B. ein Heißlüfter, eine Streichholzflamme oder ein Bügeleisen. 5

8 Karten Wärmequellen heiße Herdplatte Mensch in Winterluft Mensch in der Sauna Glühlampe Ostsee bei 3 C Lufttemperatur Thermoskanne geheizter Ofen Sonne Mütze Kerzenflamme Blitz Bärenfell 6

9 Karte Ü1 Wärmeübertragung Wärmeleitung 1. Anstelle der Gegenstände können auch entsprechende Krampen (gebogene Elemente/Klammern aus verschiedenen Materialien) verwendet werden, dann ist ein Deckel nicht erforderlich. 2. Schlechte Wärmeleiter Gute Wärmeleiter Karte Ü2 Wärmeübertragung Wärmeströmung 2. Die Spirale dreht sich in Richtung der unteren Öffnung. Die Geschwindigkeit ist unter anderem abhängig von der Größe der Angriffsfläche. Eine Spirale mit breiteren Streifen dreht sich somit schneller. Auch ist die Geschwindigkeit größer, wenn sich die Spirale nicht mittig über der Kerzenflamme befindet, sondern etwas versetzt ist. Karte Ü3 Wärmeübertragung Wärmestrahlung 1. Für ein korrektes Ergebnis ist darauf zu achten, dass das Loch möglichst klein ist, durch das jeweils der Messfühler des Thermometers in die Streichholzschachtel gesteckt wird. 3. Wird die Streichholzschachtel in Alufolie gewickelt, dann wird die Wärmestrahlung reflektiert, die Temperatur steigt weniger an (um ca. 25 K). Wird die Streichholzschachtel in schwarzen Stoff gewickelt, dann wird die Wärmestrahlung absorbiert, die Temperatur steigt stärker an (um ca. 35 K). Karte Ü4 Luft Holz Kunststoff Glas Stahl Blei Messing Aluminium Kupfer Wärmeübertragung Wärmedämmung 1. Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Wärmeübertragung einzudämmen, z. B.: Verwendung eines Deckels; Becherglas in ein größeres Gefäß geben und dämmende Stoffe (z. B. Styropor, Wolle) in den Zwischenraum geben; Becherglas mit Alufolie umhüllen. Je mehr Möglichkeiten man kombiniert, desto größer ist die Wärmedämmung. 7

10 3. Beispielmesswerte: Temperatur-Zeit-Diagramm Tipp: Man könnte ein Thermosgefäß mit Deckel benutzen. Hierbei werden sowohl die Wärmeströmung (Deckel) als auch die Wärmestrahlung (verspiegelte Fläche) und die Wärmeleitung (Isolierschicht als Vakuum) eingedämmt. Karte Ü Wärmeübertragung Wärmequellen 1. a) 4 x natürliche Wärmequellen: Mensch in Winterluft, Ostsee bei 3 C Lufttemperatur, Sonne, Blitz 4 x künstliche Wärmequellen: Kerzenflamme, heiße Herdplatte, Glühlampe, geheizter Ofen 4 x keine Wärmequellen: Thermoskanne, Mütze, Bärenfell, Mensch in der Sauna b) größte natürliche Wärmequelle: Sonne künstliche Wärmequelle, deren Wärmeabgabe eigentlich nicht erwünscht ist: Glühlampe 2. d) Der Stein gibt solange seine Wärme an das Wasser ab, bis die Temperaturen ausgeglichen sind. Dies wird daran sichtbar, dass die Wassertemperatur nicht weiter steigt. 8

11 Übungskarten Wärmeübertragung falten Kunststoffe leiten die Wärme wesentlich schlechter als Metalle. Wärmeleitung Wärmeleitung Warum sind beispielsweise Topfgriffe aus Kunststoff und nicht aus Alu? Wärmeströmung: Korkstopfen Wärmestrahlung: verspiegelte Flächen reflektieren Wärmeleitung: Doppelwand mit Vakuum Hellere Kleidung reflektiert die Wärmestrahlung, dunklere absorbiert sie und erwärmt sich somit stärker. Wärmestrahlung Wärmestrahlung Warum ist im Sommer helle Kleidung günstiger als dunkle? Die warme Luft über der Heizung strömt nach oben und bewegt die Flügel der Pyramide. Wärmeströmung Ü Ü Ü Wärmeströmung Eine kleine, leichte Weihnachtspyramide dreht sich bereits, wenn man sie auf eine Heizung stellt. Warum? Wärmestrahlung: Feuer strahlt Wärme allseitig an die Umgebung Wärmeströmung: heiße Luft über dem Feuer strömt um den Topf, heiße Suppe am Boden strömt nach oben Wärmequellen Wärmeleitung: Topf Suppe Kelle Wärmedämmung Kochen über Feuer Natürliche Wärmequellen: Sonne, Eisbär Wärmedämmung Ü Ü Ü Kochen über Feuer Wärmequellen Wie werden bei einer Thermosflasche Wärmeleitung, Wärmestrahlung und Wärmeströmung verringert? Über dem Lagerfeuer wird in einem Topf Suppe gekocht und mit einer Kelle entnommen. Erläutere die drei Arten der Wärmeübertragung. Welches sind natürliche Wärmequellen? Kerzenflamme, Wollpullover, Herdplatte, Sonne, Eisbär 9

12 Engagiert unterrichten. Natürlich lernen. Weitere s, E-Books und Print-Titel des umfangreichen AOL-Verlagsprogramms finden Sie unter: Hat Ihnen dieser gefallen? Dann geben Sie jetzt auf direkt bei dem Produkt Ihre Bewertung ab und teilen Sie anderen Kunden Ihre Erfahrungen mit. Wärmelehre: Wärmeübertragung Kerstin Neumann ist seit 25 Jahren Lehrerin und engagiert sich als Fachberaterin, Autorin und in bundesweiten Fortbild ungen insbesondere für die Entwicklung des mathematisch-naturwissenschaftlichen Unterrichts. Derzeit ist sie am Sächsischen Bildungsinstitut tätig AOL-Verlag, Hamburg AAP Lehrerfachverlage GmbH Alle Rechte vorbehalten. Postfach Hamburg Fon (040) Fax (040) Redaktion: Daniel Marquardt Layout/Satz: MouseDesign Medien AG, Zeven Illustration: MouseDesign Medien AG, Zeven Bestellnr.: 8114DA2 Das Werk als Ganzes sowie in seinen Teilen unterliegt dem deutschen Urheberrecht. Der Erwerber des Werkes ist berechtigt, das Werk als Ganzes oder in seinen Teilen für den eigenen Gebrauch und den Einsatz im Unterricht zu nutzen. Die Nutzung ist nur für den genannten Zweck gestattet, nicht jedoch für einen weiteren kommerziellen Gebrauch, für die Weiterleitung an Dritte oder für die Veröffentlichung im Internet oder in Intranets. Eine über den genannten Zweck hinausgehende Nutzung bedarf in jedem Fall der vorherigen schriftlichen Zustimmung des Verlages. Sind Internetadressen in diesem Werk angegeben, wurden diese vom Verlag sorgfältig geprüft. Da wir auf die externen Seiten weder inhaltliche noch gestalterische Einflussmöglichkeiten haben, können wir nicht garantieren, dass die Inhalte zu einem späteren Zeitpunkt noch dieselben sind wie zum Zeitpunkt der Drucklegung. Der AOL-Verlag übernimmt deshalb keine Gewähr für die Aktualität und den Inhalt dieser Internetseiten oder solcher, die mit ihnen verlinkt sind, und schließt jegliche Haftung aus. Bildnachweis: Cover: Bernd Geller Fotolia.com; S. 2: frankoppermann Fotolia.com; S. 3: links: LoopAll Fotolia.com, rechts: Veniamin Kraskov Fotolia.com; S. 4: Klaus Eppele Fotolia.com; S. 5: Gerold Setz Fotolia.com;