Wärmeleitung und Konvektion
So gehst du vor
- 1Tippe „Stäbe eintauchen“. Beobachte, wie die Wärme in die Stäbe wandert und die Perlen fallen.
- 2Tippe auf einen Stab. Der Fühler misst dort die Temperatur.
- 3Übernimm die Zeiten eines Stabs in Tabelle A und werte selbst aus. Vergleiche die Stoffe.
- 4Tippe in Teil B „Heizen“ und verfolge die Schwebeteilchen. Ziehe die Heizung nach links oder rechts.
- 5Schalte die Strömung aus und vergleiche, wie schnell der Fühler warm wird.
Alle Stäbe sind gleich dick (8 mm). Die Wachsperlen lösen sich bei 55 °C. Die Stäbe geben auf dem Weg Wärme an die Luft ab. Das Rot zeigt, wie warm der Stab an dieser Stelle ist.
Wassertemperatur TH
95 °CZeitraffer
Zeit in s, bis die Perle fällt
| Stab | 5 cm | 10 cm | 15 cm | 20 cm | 25 cm |
|---|---|---|---|---|---|
| Kupfer | – | – | – | – | – |
| Aluminium | – | – | – | – | – |
| Messing | – | – | – | – | – |
| Eisen | – | – | – | – | – |
| Edelstahl | – | – | – | – | – |
| Glas | – | – | – | – | – |
A Wie schnell kommt die Wärme voran? t über x²
Im Diagramm: t über x². Liegen die Punkte auf einer Ursprungsgeraden, braucht die Wärme für den doppelten Weg die vierfache Zeit.
| Nr. | Abstand x in cm | Zeit t in s |
|---|
B Konvektion: Strömung im Wassertopf
Die dunklen Punkte sind Schwebeteilchen im Wasser. Die Rechnung ist ein vereinfachtes Modell: Das Muster der Strömung stimmt, Zeiten und Temperaturen sind Modellwerte im Zeitraffer.
Heizleistung
100 %Ausgeschaltet ist das Wasser wie mit Gelatine eingedickt. Dann bleibt nur die Wärmeleitung.
Ziehe die Heizung unter dem Topf zur Seite. Tippe ins Wasser, um den Fühler dorthin zu setzen.
Aufträge
- Lass den Versuch im Zeitraffer bis zum Ende laufen. Ordne die Stoffe nach ihrer Wärmeleitung. Welche Stäbe lassen keine Perle fallen?
- Setze den Fühler am Kupferstab auf 10 cm und lies die Temperatur nach langer Zeit ab. Wiederhole das für Eisen. Warum wird die Temperatur irgendwann nicht mehr höher?
- Bestimme für Kupfer aus Tabelle A, wie lange die Wärme für 10 cm braucht. Wie lange braucht sie dann etwa für 20 cm? Prüfe an deiner Messung.
- Warum haben Kochlöffel Griffe aus Holz und Töpfe Böden aus Kupfer oder Aluminium?
- Heize den Topf in der Mitte. Wo steigt das Wasser auf, wo sinkt es ab? Schiebe die Heizung ganz nach links. Was ändert sich?
- Setze den Fühler oben rechts in den Topf. Miss, wie lange es dauert, bis er 25 °C zeigt: einmal mit Strömung, einmal ohne. Was sagt das über die Wärmeleitung von Wasser?
- Warum sitzt die Heizung im Zimmer unten am Fenster und nicht oben an der Decke?
Theorie: Kapitel „Wärmetransport“. Die dritte Art des Wärmetransports, die Strahlung, zeigt die Seite zum Treibhauseffekt.