winzige Knetkügelchen

Transkript

1 1 Wärmeleitung 1 winzige Knetkügelchen Ein Löffel im heißen Tee oder Kakao ist nach kurzer Zeit so heiß, dass man ihn kaum anfassen kann. Genauso muss man beim Grillen die Bratwurstzange nach einiger Zeit aus der Hand legen, damit man sich nicht die Finger verbrennt, obwohl man die Griffe gar nicht über das Feuer hält. Stoffe werden heiß, auch wenn man sie nicht direkt in eine Flamme hält. Es genügt, wenn ein Ende des Körpers erwärmt wird. Die Wärme breitet sich innerhalb des Körpers aus und sorgt für einen Temperaturanstieg auch an anderen Stellen. Forme aus der Knete 5 winzige Kügelchen und klebe diese im Abstand von ca. 1 cm auf den Stab. Entzünde das Teelicht und stelle es unter das Ende der Knetkügelchenreihe. Beobachte für einige Minuten. Notiere deine Beobachtung und erkläre sie. Wie würde sich eine Metallscheibe erwärmen, unter deren Mittelpunkt ein Teelicht steht? Fertige dazu eine Skizze an und erkläre kurz. Teelicht, Stativmaterial, Kupferstab, Knetkügelchen

2 2 Wärmeleitung 2 Die sitzenden Reiskörner Beim Kochen fällt uns auf, dass nach gewisser Zeit nicht nur das Kochgut warm wird, sondern auch der Topfhenkel oder der Stiel der Pfanne warm wird. Deshalb werden für die Griffe meist andere Materialien als für den Boden des Topfes bzw. der Pfanne benutzt. Innerhalb eines festen Stoffes breitet sich die Wärmeenergie durch Wärmeleitung aus. Es gibt gute und schlechte Wärmeleiter. Finde heraus, welche Stoffe die Wärmeenergie gut und welche sie schlecht leiten. Fette die Stäbe mit Butter ein und hefte Reiskörner daran. Stelle die so präparierten Stäbe in warmes Wasser und beobachte die Reiskörner während sich die Stäbe erwärmen. Erkläre Deine Beobachtung. Ordne die Stoffe aus denen die Stäbe sind nach ihrer Fähigkeit Wärme zu leiten. Warum ist es wichtig, dass alle Stäbe die gleiche Dicke und gleiche Höhe haben? verschiedene Stäbe, Butter, Reiskörner, Kocher, Topf mit Wasser

3 3 Wärmeströmung 1 Der Wärmedetektor Ein Heizkörper ist eine Wärmequelle, der in seiner Umgebung die Luft erwärmt. Diese Luft mit der höheren Temperatur wird leichter und steigt nach oben. Auf dem Weg zur Decke kühlt sie sich wieder ab und strömt an anderen Stellen des Raumes nach unten. Von dort strömt sie wieder zum Heizkörper zurück. Es entsteht ein Kreislauf. Die Wärmeenergie kann in Flüssigkeiten und Gasen durch Wärmeströmung übertragen werden. Auch in der Natur findet man sehr viele solcher Wärmeströmungen. Sie erzeugen durch die Bewegung der Luftmassen den Wind. Im Sommer erwärmt sich am Tage das Land schneller als das Wasser in einem See. Dafür speichert der See die Wärmeenergie besser und ist somit am Abend länger warm als die umgebenden Landmassen. Dies sorgt ähnlich zum Heizkörper oben für eine Wärmeströmung. Am Tage strömt die Luft am Boden vom Wasser zum Land und am Abend vom Land zum Wasser. Dies ist besonders für Segelschiffe wichtig, die früher immer am Abend ausliefen und am Morgen in den Hafen zurückkehrten. Halte die Papierschlange an ihrem Faden, so dass sie sich frei bewegen kann. Suche nun mit ihr nach Wärmequellen und beschreibe, wie die Papierschlange diese anzeigt. Nutze dein Wissen über Wärmeströmungen und skizziere die Luftströmung über einem See einmal am Tag und einmal in der Nacht. Beschreibe kurz den Unterschied. Papierschlange, Heizkocher

4 4 Wärmeströmung 2 Das Heizungsprinzip Wenn es im Zimmer kalt ist, drehst Du die Heizung auf, indem Du das Ventil der Warmwasserheizung öffnest. Warmes Wasser aus dem Keller strömt durch die Heizung nach oben während zum Ausgleich kälteres Wasser nach unten strömt. Es entsteht ein Kreislauf, der das gesamte Wasser in der Heizung auf eine höhere Temperatur bringt. Der Heizkörper erwärmt sich zunächst in der Nähe des Ventils und allmählich wird der Heizkörper überall warm. Diese Form der nennt man Wärmeströmung. Wenn sich der Heizkörper erwärmt hat, gibt er seine Wärme an seine Umgebung ab und das Zimmer wird behaglich warm. Diesen Kreislauf des Wärmeaustausches finden wir auch in der Natur. Der Golfstrom kommt aus den warmen Gewässern des Golfs von Mexiko und strömt über den Nordatlantik nach Europa. Ohne diesen warmen Golfstrom hätten wir in Europa ein viel kälteres Klima mit Frost und Eis. Fülle das Zirkulationsrohr mit kaltem Wasser und gib wenige (3-5) der lila Kristalle hinein (Kaliumpermanganat). Erwärme mit einem Teelicht die rechte Ecke des Zirkulationsrohres aus Glas. Beschreibe deine Beobachtung. Nenne einen weiteren Klimaeffekt, der auf einem ähnlichen Prinzip beruht. Zirkulationsrohr, kaltes Wasser, Stativmaterial, Kaliumpermanganat, Teelicht

5 5 Wärmestrahlung 1 Abstrahlung von Wärme Das Leben auf der Erde hängt von der Wärmeenergie der Sonne ab. Sie gelangt auf unsere Erde, obwohl sich zwischen Sonne und Erde weder ein Heizungsrohr befindet, noch die Sonne unsere Erde direkt berührt. Die Wärmeenergie wird also berührungsfrei übertragen. Diese Form der Übertragung nennen wir Strahlung, speziell die Wärmestrahlung. Sie ist an keinen Stoff gebunden. Jeder Körper strahlt einen Teil seiner Wärme an die Umgebung ab, auch wenn der Körper nicht hell leuchtet. Lasst euch zuerst vom Lehrer über die Handhabung des Trenntransformators belehren. Schalte die Glühlampe ein und prüfe vorsichtig mit der Hand ihre Temperatur. Erkläre warum die leuchtende Lampe den Namen Glühlampe trägt. Schätze wie viel ihrer Energie eine Glühlampe in Wärme und wie viel in Licht umwandelt. Überprüft eure eigene Wärmeabstrahlung. Person A schließt dazu die Augen. Person B hält ihre Hand vorsichtig immer näher an die Wange von A, ohne diese zu berühren. Beschreibe, was du fühlen konntest. Glühlampe, Trenntransformator, 2 Kabel

6 6 Wärmestrahlung 2 Temperatur einer Rotlichtlampe Im Sommer heizen sich manche Autos sehr stark auf, während andere nicht ganz so heiß werden. Genauso trägt man in warmen Ländern eher helle Farben. Bei gleicher Bestrahlung erwärmen sich Körper nämlich unterschiedliche stark. Welcher Unterschied in der Erwärmung besteht bei dunklen Körpern im Vergleich zu hellen? Welche von diesen Körpern absorbieren (verschlucken) bzw. reflektieren (zurückwerfen) das Licht? Umhülle drei Thermometer mit verschiedenen Stoffen. Das erste mit Alufolie, das zweite mit schwarzem Papier und das dritte mit normalem Papier. Richte eine Rotlichtlampe im Abstand von 30 cm auf die drei Thermometer. Miss die sich einstellende Temperatur und notiere dir die Messwerte. Nutze die Messwerte um die Frage von oben zu beantworten. Warum haben Menschen in Afrika dann aber eine dunkle Hautfarbe? Schreibe zuerst auf, warum es hier zu einem Widerspruch kommt. HA: Informiere dich über die Vorteile, die eine dunklere Haut (mehr Farbpigmente) bietet. Frage notfalls deinen Biolehrer. Rotlichtlampe, Stromversorgungsgerät, 3 Thermometer, 3 unterschiedliche Stoffe: Alufolie, schwarzes Papier und Pergamentpapier