IdeenEXPO Flyer END 051007

Modell zum Treibhauseffekt
Wasserdampf und Wolken
Eine große, innen feuchte PET-Flasche wird mit
einem Stopfen und einem Fahrradventil versehen
und mit einer Luftpumpe kräftig aufgepumpt. Dabei
wird der Flascheninhalt warm und die Feuchtigkeit
verdunstet (Wasserdampf). Wenn der Druck den
Stopfen heraussprengt, sinken der Druck und die
Temperatur. Der Wasserdampf kondensiert zu
„Nebel“ und es quellen kleine Wolken aus der
Flasche. Der Effekt fällt deutlich stärker aus wenn
vorher etwas Rauch (Kondensationskeime!) in die
Flasche gegeben wird. Wolken absorbieren die
Wärmestrahlung sehr stark.
Macht CO2 die Atmosphäre wärmer?
Der schwarze Metallring des rotierenden
Globus wird durch die „Sonne“ aufgeheizt und
gibt Wärmestrahlung ab. Werden CO2,
Wasserdampf oder andere Treibhausgase in
die „Atmosphäre“ gegeben sinkt der Zeigerwert
des Messgerätes. Das relativ schwere CO2
kann durch das Herauslösen eines Korkens
entlassen werden und der Zeigerwert steigt
wieder an.
Die „Klimaflasche“
Benötigt werden ein IR-Thermometer, eine
Wärmequelle (z.B. Gefäß mit warmem Wasser)
und eine leere PET-Flasche mit IR-transparenten
Fenstern aus Haushaltsfolie). Nach Befüllen der
Flasche mit CO2 registriert das „sieht“ das
Thermometer weniger Wärme. Ein Teil der
Wärmestrahlung wird also durch CO2 absorbiert.
Zwei innen mit dunkler Pappe
versehene Glasbecken werden
unter einen starken Strahler
gestellt. Zwei Thermometer auf
dem Boden der Gefäße
messen die Temperatur. In
eines der Becken wird raumwarmes (!) CO2 gegeben.
Damit das erwärmte CO2 nicht
entweicht werden beide
Becken mit einer dünnen
durchsichtigen Folie abgedeckt. Dann wird der
Strahler eingeschaltet.
Das CO2-haltige Becken wird um wenige Grad
wärmer. Anders als in der Atmosphäre ist die CO2Konzentration hoch. Das Aufsteigen (und Abkühlen)
der warmen Luft wird durch die Folie behindert.
Mehr Informationen zur „Wetterküche“ und zum
„Treibhauseffekt“ bei uns im Schulbiologiezentrum
Hannover auf unseren Webseiten:
www.foerderverein-schulbiologiezentrum.de
●Arbeitshilfe 19.06 „Wetterküche“
●Arbeitshilfe 19.43 „Treibhauseffekt“
●Arbeitshilfe 19.66 „Wirbelstürme“
30419 Hannover
Vinnhorster Weg 2
Tel: 0511/168-47665
www.foerderverein-schulbiologiezentrum.de
Neues aus unserer „Wetterküche“:
Ändert sich das Klima?
CO2 und Wasserdampf
in der Atmosphäre
CO2 ist ein „Klimakiller“ weil es den „Treibhauseffekt“
fördert – sagt man.
Mit einfachen Schul-Experimenten lässt sich
untersuchen, was daran dran ist:
●Welche Folgen hat der „Treibhauseffekt“ für die
Erde?
●Wie funktioniert er und welche Rolle spielt CO2
dabei?
●Wie viel CO2 ist in der Atmosphäre enthalten?
●Woher stammt es?
●Welchen Anteil haben wir daran?
●Welche Wirkung hat der Wasserdampf?
●Was ist mit FCKWs, Methan und Ozon?
Das Thema „Wetterküche“ bietet viele Experimente
zur Physik des Wetters: Wolken, Niederschlag,
Temperatur, Wind u.v.a.m., von der Grundschule bis
zur Uni!
Mehr dazu im
Schulbiologiezentrum Hannover (0511-168-47665)
„Treibhauseffekt“, was ist das?
Ein Treibhaus lässt Sonnenlicht hinein, die Wärme aber
nur langsam wieder hinaus. Licht ist
elektromagnetische Strahlung bestimmter (kurzer)
Wellenlängen. Sie von wird bestimmten – für unsere
Augen dunkle - Materialien absorbiert („geschluckt“)
und in Wärme verwandelt. Wärme, das heißt Moleküle
des absorbierenden Materials „tanzen“ (schwingen)
dabei im Rhythmus der Strahlung mit. Der erwärmte
Gegenstand gibt dabei elektromagnetische Wärmeoder Infrarotstrahlung ab. Wärmebildkameras „sehen“
dieses unsichtbare „Licht“ (links). Die Wellenlänge der
Strahlung ist abhängig von der
Temperatur: Je heißer der Körper,
desto kürzer die Wellenlänge.
Glas ist für das (kurzwellige) Licht
durchsichtig, für (langwellige)
Wärmestrahlung aber nicht. Sie
bleibt im Treibhaus gefangen. Wichtiger noch: Dach
und Wände des Treibhauses verhindern den
Luftaustausch mit der Umgebung. Ein Gewächshaus
kann sich daher in der Sonne aufheizen.
Nun hat die Erde kein Glasdach. Einige Bestandteile
der Atmosphäre aber erzeugen einen „Treibhauseffekt“.
CO2 in der Natur (Experimente)
●CO2 erstickt Feuer
●CO2 ist schwerer als Luft
●CO2 entsteht bei Verbrennungsprozessen
●CO2 aus Kalk und Säure
●CO2 aus Zucker und Hefe
●CO2 bei der Atmung
●Nachweis von CO2 mit Kalkwasser
So wenig Gas, so große Wirkung?
Wenn CO2-Moleküle von Wärmestrahlung
bestimmter Wellenlängen getroffen werden tanzen
sie im Rhythmus der Schwingungen mit. Dabei wird
Wärmestrahlung zurück in Wärme verwandelt.
Diese Wärme bleibt vorübergehend in der
Atmosphäre „gefangen“ und erwärmt – so die
Auffassung vieler Wissenschaftler – die Erde.
Tatsache ist, dass CO2 Wärmestrahlung absorbiert,
aber nur bestimmte Anteile mit bestimmten
Wellenlängen. Große Bereiche des Wärmestrahlungsfensters sind für CO2 „durchsichtig“.
Woraus besteht die Atmosphäre?
Die Luft unserer Atmosphäre setzt sich zu etwas
weniger als 4/5 aus Stickstoff (N2) und etwas mehr als
1/5 aus Sauerstoff (O2) zusammen. Der kleine Rest
besteht aus Wasserdampf (H2O), Edelgasen (z.B. Argon, Ar), Kohlenstoffdioxid (CO2) und anderen Gasen.
CO2 in der Atmosphäre
Einige Gase gelten als „Treibhausgase“: Sie haben die
Eigenschaft, einen Teil der von der Erde ins All
zurückgeworfenen Wärmestrahlung abzufangen. CO2
hat den Ruf den „Treibhauseffekts“ zu fördern:
Nur 0,038 % unserer Atmosphäre besteht aus CO2. das
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auf dem Boden eines 1 m großen Würfels Luft einen
0,38 mm dicken „Teppich“ legen würde. Man könnte
das in einem Kubikmeter enthaltene CO2 auch in einen
Würfel mit 7,4 cm Kantenlänge verpacken.
Wasserdampf (gasförmiges H2O) und Wolken
führen zu einem wesentlich stärkeren
Treibhauseffekt, der in der aktuellen Klimadebatte
aber oft nicht wahrgenommenen wird.
Experiment zum
Treibhauseffekt
Die „Atmosphäre“ besteht
aus ineinander gesteckten
HT-Rohren (Baumarkt).
Oben und unten ist sie mit
für Wärmestrahlung
durchlässiger Haushaltsfolie abgeschlossen.
Durch (verschließbare)
Einfüllstutzen können CO2
und andere Gase in das
System gegeben und
unten herausgelassen
werden. Eine Wärmequelle mit konstanter
Temperatur gibt Wärmestrahlung ab, die von der
oben angebrachten Thermosäule registriert und
von einem empfindlichen
Messgerät angezeigt wird.
Beim Befüllen der „Atmosphäre“ sinkt der Messpegel weil das Treibhausgas einen (geringen) Teil
der Wärmestrahlung
absorbiert. Beim Entlassen des Gases steigt der
Zeigerwert wieder. Dieser
Effekt ist sehr gering.
Empfohlen wird ein Messverstärker. Mit einer an
eine regelbare Niederspannungsquelle angeschlossenen Konstantanwendel lässt sich das
Temperaturverhalten der Absorption bis 500°C
untersuchen.