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Handwärme
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Material:
2 Podeste, 60 cm hoch
1 Sperrholzplatte 1,20 m x 0,40 m (A)
3,30 m Leisten 30 x 12 mm (Tischrand)
2,10 m Dachlatte
Kupferblech 20 x 20 cm
Dünnes Sperrholz (2mm) 20 x 20 cm
Kunststoffplatte (PVC) 2 mm dick,
20 x 20 cm
Thermofolie (siehe Liefernachweis)
3 Spiegelkacheln 15 x 15 cm
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Durch Thermochromfolien wird die unterschiedliche Wärmeleitung von
Holz, Kupfer und Kunststoff sichtbar. Aus Dachlatte werden drei U-förmige Halter mit den Außenmaßen 20 x 20 cm gebaut
und auf die Tischplatte geschraubt. Drei 10 cm lange Stücke aus Dachlatte werden mit
doppelseitigem Klebeband (Powerstrips o.ä.) als Fußstütze so auf die Spiegelkacheln
geklebt, dass sie etwa in einem Winkel von 55° auf der Tischplatte stehen. Die Thermofolie wird auf die drei unterschiedlichen Platten geklebt, die dann an den U-Rahmen so
befestigt werden, dass die Thermofolie nach hinten weist. Hält man eine Hand auf eine
der Platten, strömt die Wärme unterschiedlich schnell zur Thermofolie, auf der der Temperaturanstieg durch Farbumschläge sichtbar wird. Durch die geeignete Einstellung der
Spiegel kann das sehr einfach beobachtet werden.
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Mit einfachsten Materialien gezielt experimentieren
Ein Becher mit heißem Tee kann Anlass für eine Vielzahl einfacher
Experimente sein, die die unterschiedliche Temperaturleitung von
Stoffen zeigen. Beim Rühren fühlt sich der Stiel eines Metalllöffels
sehr schnell heiß an, der Kunststofflöffel wird kaum warm. Ein Holzstab, mit dem auch gerührt werden kann, verändert seine Temperatur
nur geringfügig.
Halbquantitativ kann die Temperaturleitung mit einer Stricknadel
(oder einem anderen Metallstab) und Wachskügelchen beobachtet
werden. Wir haben aus einem Stück etwa 30 cm langen Eisendraht
(3 mm Durchmesser) eine Form gebogen, die mit einem Ende über
einem Teelicht stehen kann. Die Kugeln werden in gleichmäßigen Abständen auf das Metall geklebt. Von dem heißen Drahtende breitet
sich Wärme in den kälteren Bereich aus. Hat der Draht die Schmelztemperatur des Wachses erreicht, fällt das Kügelchen ab. In der dargestellten Anordnung dauert es etwa 1 Minute, bis sich das erste Kügelchen löst. Die Geschwindigkeit, mit der sich die Temperatur längs
des Stabes bewegt, wird deutlich.
Wärme kann auch durch Strahlung transportiert werden. Wenn ein
Gegenstand wärmer als ein anderer ist, strahlt er diesem mehr Energie zu als er empfängt. Wir haben uns daran gewöhnt, dass z.B.
unsere Wände kälter als unsere Haut sind, der Strahlungsverlust
ist gleichsam „normal“. Hält man nun die eigene gestreckte Hand in
einigen Zentimetern Abstand neben das eigene Gesicht, fühlt man
„Wärme“. Ganz sicher hat die Hand aber keine höhere Temperatur
als die Wange, sie ist allerdings wärmer als die Wand. Damit sinkt der
Energieverlust sofort ab, wenn die Hand neben das Gesicht gehalten
wird, wir empfinden das dann als „warm“.
An dem Punkt, an dem der Draht die
Schmelztemperatur des Wachses erreicht hat, fällt ein Wachskügelchen
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Tipps und Hinweise für die Anwendung:
Verbeserung der Wärmedämmung
durch Einbau von Hartschaum
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Der Wärmesinn gibt eine Information über die Temperatur. Temperaturänderungen hängen von der Wärmemenge und der Menge und
der Art des Stoffes ab, der erwärmt wird. So sind Gase sehr schlechte
Wärmeleiter, da sie aber leicht mit wenig Energie erwärmt werden
können, ist ihre Temperaturleitung etwa so hoch wie die von Metallen.
Es ist nicht leicht, in diesem Bereich klare Begriffe zu nutzen!
Metalle leiten Wärme besonders gut weil in ihnen frei bewegliche
Elektronen (diese sind auch für den Stromtransport verantwortlich)
mit hoher Geschwindigkeit umhersausen. Auf einem Herd ist es besonders wichtig, dass der Topfboden die Wärme gut leitet. So ist
gewährleistet, dass der ganze Boden gleichmäßige Temperatur hat
und nicht einzelne Zonen sehr heiß werden und die Speisen anbrennen. Um den heißen Topf handhaben zu können braucht man aber
Griffe, die die Wärme schlecht leiten. Einerseits werden sie an dünnen Stegen mit dem Topf verbunden, da dort wegen des geringen
Querschnitts weniger Wärme fließt, andererseits nutzt man auch Materialien, die thermisch isolieren: Holz oder Kunststoffe.
Im Haushalt wird die meiste Energie durch die Ableitung von Wärme
aus den Zimmern in die Umgebung verloren. Undurchsichtige Wände
leiten die Wärme so wie der Löffelstiel. Je dicker sie sind und je mehr
Luftblasen sie enthalten umso besser ist die Wärmedämmung. Fenster
lassen Wärme einerseits in Folge der Wärmeleitung, andererseits auch
als Strahlung hindurch. Im Gegensatz zu der verbreiteten Meinung ist in
den Isolierscheiben kein Vakuum, die daraus folgenden Kräfte könnte
keine Glasscheibe aushalten. Es ist einfach Luft darin, die mit verschiedenen technischen Kniffen trocken gehalten wird. Die Wärmestrahlung
kann natürlich durch Vorhänge, Jalousien oder Fensterläden gesteuert
werden, sie wird aber auch durch sehr dünne Metallschichten beeinflusst. Diese lassen Fenster farbig und glänzend erscheinen.
Wärmestrahlung wird je nachdem, um welche Wellenlänge es sich handelt, sehr unterschiedlich absorbiert. Vielleicht ist der Treibhauseffekt die
wichtigste Folge davon: sichtbares Licht von der Sonne durchdringt mühelos Luft, in der Wasserdampf und Kohlendioxid gelöst sind. Die unsichtbare Infrarotstrahlung, die von der Erde in den Weltraum abgegeben
wird, kommt da aber nicht so gut hindurch. In der Folge steigt die Temperatur der Erdatmosphäre an, wenn mehr Kohlendioxid vorhanden ist.