2. Wärmeübertragung

Schaue dir das Video genau an. Beantworte danach die Fragen in der Übung.

Schaue dir das Video genau an und beantworte dabei die auftauchenden Fragen. Lies auch jeweils die eingeblendeten Informationen. Zum Abschluss erwartet dich noch ein Lückentext, der die Ergebnisse des Versuchs zusammenfasst.

Wer kennt sie nicht, die Weihnachtspyramide aus dem Erzgebirge? Regelmäßig zur Weihnachtszeit wird sie mit Kerzen geschmückt und gleich einer Windmühle dreht sich eine Art Windrad über der Pyramide.
Manchmal drehen sich auch die Figuren in der Pyramide, denn sie sind mit dem „Windrad“ verbunden.

Doch wieso dreht sich die Pyramide eigentlich, es weht doch gar kein Wind im Zimmer, oder ist sie etwa doch nur zur Benutzung im Freien gedacht?

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Versuch

Material: Faden, Kleber, Schere, Papier, heißer Tee o. Ä.

Durchführung:

• Schneide aus einem Papierblatt einen Kreis aus mit einem Durchmesser von etwa 15 cm.
• Schneide dann wie nebenstehend gezeigt eine Spirale in den Kreis.
• Klebe den Spiralenmittelpunkt an einen Faden und halte das Ganze über eine heiße Tasse Tee oder eine warme Herdplatte.
  Sei vorsichtig, dass du dich nicht verbrühst!

Wasser erwärmen ist simpel? Wenn man genau hinsieht, ist das ein interessanter physikalischer Vorgang.

Schaue dir doch mal das Video unten genau an. Deine Aufgabe ist es, dazu ein Versuchsprotokoll zu erstellen. Die Protokoll-Hilfe unter dem Video unterstützt dich dabei.

Eine Frage noch: Was hat dieser Versuch mit einer Zentralheizung im Keller zu tun?

Diesen Versuch kannst du gut selber zu Hause ausführen. Du brauchst dazu nur etwas Vorbereitungszeit. Bitte informiere, bevor du beginnst, deine Eltern oder Erziehungsberechtigten.

Tipp: Den Versuch kann man sehr einfach mit einem Mobiltelefon filmen.

Materialien:
Wasser, eine Glasschüssel, Gefrierfach oder Gefrierschrank, Eiswürfelform, Tinte oder Lebensmittelfarbe

Durchführung:
1) Färbe etwas Wasser mit der Tinte oder Lebensmittelfarbe intensiv ein.
2) Fülle das farbige Wasser in die Eiswürfelform und stelle sie mindestens über Nacht in das Gefrierfach oder einen Gefrierschrank.
3) Fülle eine Glasschüssel mit lauwarmem Wasser. Warte ein paar Minuten, bis das Wasser sich nicht mehr bewegt.
4) Nehme nun einen farbigen Eiswürfel aus der Form und setze ihn vorsichtig in die Mitte der Glasschüssel.
5) Beobachte, was passiert.

Notiere deine Beobachtungen.

Erstelle auch eine Skizze und zeichne dort mit Pfeilen die beobachtete Strömung des farbigen Wassers ein.

Erläutere in der Auswertung alle Beobachtungen.
Von wo nach wo wird Wärme transportiert? Um welche Art des Wärmetransports handelt es sich hier?

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Hilfe: Das gerade geschmolzene, farbige Wasser hat eine Temperatur von etwa 0 °C. Es hat damit eine höhere Dichte als das Wasser in der Schüssel und sinkt damit nach unten.

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Wenn du den Versuch nicht selber durchführen kannst oder du nicht sicher bist, ob er funktioniert hat, schau dir das Video an:

Verletzte werden oft mit einer dünnen Rettungsdecke umwickelt, um sie warm zu halten. Dabei soll die silberne Seite zum Körper zeigen. Aber wie kann so eine dünne Aluminiumfolie vor Auskühlung schützen?

Schaue dir dazu den Versuch im Video genau an und achte auf die Reaktionen der Personen.

Beispiel für eine Versuchsskizze

Manche Häuser sind mit Sonnenkollektoren ausgestattet. Sie dienen dazu, Wasser mithilfe der Sonnenstrahlung zu erwärmen. Dieses Wasser kann dann in der Zentralheizung genutzt werden. 
Schaut man sich die Kollektoren genauer an, sieht man, dass die wasserführenden Rohre und die sogenannte Absorberplatte schwarz gefärbt sind.

In zwei Versuchen kannst du den Grund dafür herausfinden.

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Materialien:
2 leere Kunststoffflaschen, Alufolie, schwarze Farbe, 2 gleiche Thermometer oder ein Digitalthermometer mit Temperaturfühler

Vorbereitung:
Beide Flaschen werden mit Alufolie sauber umwickelt.
In die Deckel beider Flaschen wird passend für die Thermometer ein Loch gebohrt*.
Eine Flasche wird schwarz angemalt.

*Wenn du nur ein Thermometer hast, musst du es zwischen den Flaschen hin und her wechseln. Dabei musst du darauf achten, dass sich die Temperatur immer neu einstellen muss.

1. Versuch: Wärmeaufnahme durch die Sonne der leeren Flaschen

Durchführung:
1) Beide Flaschen werden leer zunächst im Schatten aufbewahrt, bis beide Thermometer die gleiche Temperatur anzeigen.
2) Dann werden beide Flaschen gleichzeitig in gleicher Weise durch die Sonne bestrahlt. (Alternativ kann man auch einen Heizstrahler verwenden.)
3) Notiere in Abständen von 3 Minuten die Temperaturen beider Flaschen, bis sich nichts mehr ändert. (Je nach Sonnenintensität kann das unterschiedlich lange dauern.)

2. Versuch: Wärmeaufnahme durch die Sonne der vollen Flaschen

Durchführung:
1) Beide Flaschen werden mit kaltem Wasser gefüllt, sodass beide Thermometer die gleiche Temperatur anzeigen.
2) Dann werden beide Flaschen gleichzeitig in gleicher Weisedurch die Sonne bestrahlt.
3) Notiere in Abständen von 10 Minuten die Temperaturen beider Flaschen, bis sich nichts mehr ändert.

Die Farben, die man beim Regenbogen erkennt, entstehen durch eine Aufspaltung des weißen Sonnenlichtes. Man nennt diese Erscheinung ein Spektrum. Die Farbe des Lichts hängt von der Wellenlänge ab: Bei rotem Licht ist sie größer als zum Beispiel bei violettem Licht. Im Regenbogen sind die Farben sozusagen nach der Wellenlänge sortiert.

Es gibt auch Licht jenseits des sichtbaren Bereichs. Ist die Wellenlänge von Licht etwas länger als bei rotem Licht, spricht man von Infrarotlicht oder auch Infrarotstrahlung. Wir können diese nicht mehr sehen. Aber wir können sie messen und als Wärmestrahlung spüren.

Hier siehst du einige Beispiele für die Anwendung von Infrarotstrahlung im Alltag. Ordne die Bezeichnungen den passenden Bildern zu: