Wärmeleitung in festen Körpern (Artikelnr.: P )
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- Walter Bader
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1 Lehrer-/Dozentenblatt Wärmeleitung in festen Körpern (Artikelnr.: P ) Curriculare Themenzuordnung Fachgebiet: Physik Bildungsstufe: Klasse 7-10 Lehrplanthema: Wärmelehre Unterthema: Wärmetransport und Wärmedämmung Experiment: Wärmeleitung in festen Körpern Schwierigkeitsgrad Vorbereitungszeit Durchführungszeit empfohlene Gruppengröße Leicht 10 Minuten 10 Minuten 2 Schüler/Studenten Zusätzlich wird benötigt: Versuchsvarianten: Butanbrenner Labogaz Butan-Kartusche C 206 ohne Ventil, 190 g Siedesteinchen, 200 g Schere Streichhölzer Schlagwörter: Aufgabe und Material Lehrerinformationen Zusatzinformationen Die Wärmeleitfähigkeit von verschiedenen Metallen und von Glas soll qualitativ miteinander verglichen werden. Hinweise zu Aufbau und Durchführung 1. Die Stativstange wird mit Schlauch isoliert. 2. Es ist darauf zu achten, dass die beiden Stäbe möglichst gleich weit über das Becherglas ragen und das Wärmepapier, das sich in der Mitte eines Stabes befindet, ca. 2 cm vom Becherglas entfernt ist. Anderfalls können Wärmeabstrahlung des heißen Becherglases und Wasserdampf das Wärmepapier verfärben und so zu einer Verfälschung der Beobachtung führen. 3. Der Glasstab steht schräg und ist aufgrund seiner Anordung und seiner Länge gegenüber den Metallstäben in der Wärmezufuhr etwas begünstigt. Trotzdem bleibt sein Ende viel kälter als das der Metallstäbe, so dass der Vergleich der Wärmeleitfähigkeiten eindeutig ist. 4. Das Wärmepapier am Glasstab muss ganz nach oben geschoben werden, so dass der heiße Wasserdampf es nicht verfärbt. 5. Zu protokollieren ist, wann die Rotfärbung des Wärmepapieres an den Stäben beginnt, und welchen Endzustand sie nach 3 Minuten annimmt.
2 Wärmeleitueg ie festee Körpere (Artikeler.: P ) Aufgabe ued Material Aufgabe Untersuche die Wärmeleitung in Metallen und in Glas.
3 Material Positioe Material Besteller. Meege 1 Stativfuß, variabel Stativstange Edelstahl 18/8, l = 250 mm, d = 10 mm Stativstange Edelstahl 18/8, l = 600 mm, d = 10 mm Doppelmuffe Ring mit Muffe, verzinkt, Innendurchmesser 100 mm Drahtnetz mit Keramik, 160 x 160 mm Rührstab Becherglas DURAN, niedrige Form, 250 ml Siliconschlauch, Innen-d = 7 mm Kupferstab, U-Form, d = 5 mm, b = 175 mm Aluminiumstab, U-Form, d = 5 mm, b = 175 mm Temperatur-Indikatorstreifen Zusätzliches Material 13 Butanbrenner Labogaz Butan-Kartusche C 206 ohne Ventil, 190 g Siedesteinchen, 200 g Schere 1 17 Streichhölzer Aufbau ued Durchführueg Aufbau Achtueg! 1. Beim Erwärmen des Wassers werden der Stativring und das Drahtnetz sehr heiß! Aufbau Baue das Stativ nach den folgenden Abbildungen auf.
4 Abb. 1 Abb. 2 Abb. 3 Abb. 4a Abb. 4b
5 Abb. 5 Abb. 6 Schneide ein ca. 10 cm langes Stück Schlauch seitlich auf und schiebe es über die kleine Stativstange. Abb. 7 Abb. 8 Ordne den Stativring und die kleine Stativstange so an, dass Du die U-förmigen Stäbe über Stange und Becherglas legen kannst. Fülle ca. 200 ml Wasser in das Becherglas und gib einige Siedesteinchen hinein.
6 Abb. 9 Abb. 10 Durchführueg Die Stäbe befinden sich zunächst nicht zwischen Becherglas und Stange. Erhitze das Wasser im Becherglas bis zum Sieden. Befestige in der Mitte von jedem U-förmigen Stab ein Stück Wärmepapier, mit der gelben Seite nach außen. Das Papier soll am Stab möglichst eng und rundum anliegen. Abb. 11 Am Glasstab wird ebenfalls ein Wärmepapier befestigt, aber ganz am Ende.
7 Abb. 12 Abb. 13 Hänge beide Metallstäbe gleichzeitig mit einem Schenkel in das heiße Wasser, mit dem anderen über die Stange. Achte darauf, dass das Wärmepapier bei beiden Stäben gleich weit ( ca. 2 cm) vom Becherglas entfernt ist! Abb. 15 Abb. 14 Stelle den Rührstab so schräg wie möglich in das Becherglas, so dass das Wärmepapier nicht mit dem heißen Wasserdampf in Berührung kommt. Beobachte die Wärmepapiere an den Stäben und notiere im Protokoll den Beginn der Rotfärbungen und den Zustand nach ca. 3 Minuten. Berühre nach einigen Minuten das Ende der Stäbe, das über der Stange hängt, und notiere Deine Beobachtungen. Berühre das Ende des Glasstabes und notiere Deine Beobachtungen.
8 Protokoll: Wärmeleitueg ie festee Körpere Ergebeis - Beobachtuegee 1 (10 Puekte) Notiere die Zeitdauer, die das Wärmepapier benötigt bis die Rotfärbung beginnt. Für Aluminium: Ergebeis - Beobachtuegee 2 (10 Puekte) Notiere die Zeitdauer, die das Wärmepapier benötigt bis es sich rot zu färben beginnt. Für Kupfer:
9 Ergebeis - Beobachtuegee 3 (10 Puekte) Notiere die Zeitdauer, die das Wärmepapier benötigt bis es sich rot zu färben beginnt. Für Glas: Ergebeis - Beobachtuegee 4 (10 Puekte) Notiere den Farbzustand des Wärmepapiers nach 3 min. Für Aluminium:
10 Ergebeis - Beobachtuegee 5 (10 Puekte) Notiere den Farbzustand des Wärmepapiers nach 3 min. Für Kupfer: Ergebeis - Beobachtuegee 6 (10 Puekte) Notiere den Farbzustand des Wärmepapiers nach 3 min. Für Glas:
11 Ergebeis - Beobachtuegee 7 (10 Puekte) Wie warm ist der Stab am Stabende? Bei Aluminium: Ergebeis - Beobachtuegee 8 (10 Puekte) Wie warm ist der Stab am Stabende? Bei Kupfer:
12 Ergebeis - Beobachtuegee 9 (10 Puekte) Wie warm ist der Stab am Stabende? Bei Glas: Auswertueg - Frage 1 (10 Puekte) Das Wärmepapier ändert seine Farbe bei ca. 45 C. Bei niedriger Temperatur ist es gelb, bei höherer Temperatur rot. Ordne die Stäbe in der Reihenfolge von guter zu schlechter Wärmeleitung.
13 Auswertueg - Frage 2 (10 Puekte) Hat ein Stab auf seiner ganzen Länge die gleiche Temperatur? Begründe Deine Antwort:
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