Infotext - [11] Thermometerskalen (2) - Die Kelvinskala

Das Kelvin (Einheitenzeichen: K) ist die Basiseinheit der Temperatur. Daneben ist der Grad Celsius (°C) gesetzliche Einheit. Das Kelvin wird vor allem in Naturwissenschaft und Technik zur Angabe von Temperaturen und Temperaturdifferenzen verwendet.
Die Kelvin-Skala ist gegenüber dem Grad Celsius (°C) um exakt 273,15 K verschoben: Eine Temperatur von 0 °C entspricht 273,15 K; der absolute Nullpunkt liegt bei 0 K (= −273,15 °C). Der Zahlenwert eines Temperaturunterschieds in den beiden Einheiten Kelvin und Grad Celsius ist gleich.
Das Kelvin wurde nach William Thomson, dem späteren Lord Kelvin, benannt, der im Alter von 24 Jahren die thermodynamische Temperaturskala vorschlug. William Thomson (Lord Kelvin, 1824 - 1907) war ein britischer Physiker und arbeitete auf den Gebieten der Elektrizitätslehre und der Thermodynamik. Thomson ist sowohl für theoretische Arbeiten als auch für die Entwicklung von Messinstrumenten bekannt.
Eine absolute Temperaturskala mit dem Wert 0 am absoluten Nullpunkt (tiefste mögliche Temperatur die nur theoretisch erreicht und nicht unterschritten werden kann) wurde 1848 von William Thomson vorgeschlagen. Sie wurde so definiert, dass Temperaturdifferenzen den gleichen Zahlenwert hatten wie auf der Celsius-Skala, die wiederum den Gefrierpunkt (0 °C) und den Siedepunkt (100 °C) von Wasser als Fixpunkte hat. Die Kelvinskala und die Celsius-Skala sind dadurch um einen festen Wert gegeneinander verschoben. Im Teilchenmodell bedeutet der absolute Nullpunkt, dass alle Teilchen dann vollständig zur Ruhe kämen, also keine Bewegung mehr stattfände. 
 

Umrechnungsbeispiele:

(Wir verwendung für die Rechung hier die Näherung: -273,15 °C ≈ -273 °C)

Umrechnung in die Einheit Kelvin (°C → K)

50 °C →  T = (50 + 273) K = 323 K

-23 °C  →  T = (-23 + 273) K = 250 K

Umrechnung in die Einheit Grad Celsius ( K → °C )

200 K →  T = (200 - 273) °C = -73 °C

320 K  →  T = (320 - 273) °C = 47 °C

150 K  →  T = (150 - 273) °C = -123 °C

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Hinweis: Die Quellenangaben zu diesem Text sind am Ende dieser Internetseite zu finden.

Videos:

1) → Temperatur T – Celsius, Kelvin, Fahrenheit

2) → Kelvin und Kelvinskala erklärt - Temperaturen

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Aufgaben:

1. Welche Einheiten kennst du zur Angabe von Temperaturen?
2. Welche Überlegungen haben den Physiker „Lord Kelvin“ zur Einführung einer neuen Temperatureinheit bewegt?
3. Warum gibt es keine negativen Werte bei der Angabe der Temperatur in der Einheit Kelvin?
4. Rechne um in die Einheit Kelvin (K): 30°C; 200°C; 2500°C; -10°C
5. Rechne um in  die Einheit Grad Celsius (°C): 100K; 300K; 1000 K; 6000K

Videos:

1) → Wann siedet eigentlich Wasser?

2) → Physik: Sieden bei Zimmertemperatur

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Infotext 1 - [13] Feste Körper erwärmen und abkühlen (1)

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Hinweis: Die Quellenangaben zu diesem Text sind am Ende dieser Internetseite zu finden.

Infotext 2 - Invar - Ein besonderes Material

„Invar“ – Ein besonderes Material 

Legierungen

Eine Legierung (von lateinisch ligare ‚binden, vereinen‘) ist ein metallischer Werkstoff aus mindestens zwei Elementen (Komponenten), von denen mindestens eins ein Metall ist und die gemeinsam metalltypische Merkmale aufweisen. Das Verhalten der Elemente in einer Legierung und ihr Einfluss auf deren Eigenschaften sind in der Regel von drei Faktoren abhängig: Art und Anzahl der Legierungspartner, ihrem Massenanteil an der Legierung sowie der Temperatur. 

Invar

Invar ist eine Eisen-Nickel-Legierung mit einem sehr geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Es besteht aus 64 % Eisen und 36 % Nickel. Invar wird auch unter anderen Bezeichnungen wie beispielsweise Invar 36, Nilo alloy 36 oder Nilvar vertrieben. 
Der Name Invar wird auch als Oberbegriff für eine Gruppe von Legierungen und Verbindungen verwendet, welche die bemerkenswerte Eigenschaft besitzen, in bestimmten Temperaturbereichen anormal kleine oder zum Teil negative Wärmeausdehnungskoeffizienten zu haben. Der Name resultiert also aus der Invarianz ( d. h. Unveränderlichkeit ) der Länge bezüglich einer Temperaturänderung.
Invar ist eine Marke von Imphy Alloys, die gegenwärtig zum Stahlkonzern Arcelor Mittal gehören. Invar-Legierungen haben in der Wirtschaft ein breites Anwendungsspektrum gefunden und werden dort eingesetzt, wo besonderer Wert auf Längenstabilität bei Temperaturschwankungen gelegt wird.

Entdeckt wurde die Legierung 1896 von dem Schweizer Physiker Charles Édouard Guillaume (1861 – 1938) an der Invar-Legierung Fe65Ni35, der dafür 1920 den Nobelpreis für Physik erhielt. Er arbeitete im internationalen Büro für Gewichte und Maße und suchte ein billiges Material, um Massen- und Längenstandards (Urmeter) herzustellen. Damals wurden diese Standards, wie zum Beispiel das Urmeter, aus einer Platin-Iridium-Legierung gefertigt. 

Erklärung

Der Invar-Effekt beruht darauf, dass durch die speziellen Verbindungen der einzelnen Atome das Volumen des Körpers durch magnetische Kräfte „aufgebläht“ wird, sich die Atomabstände also vergrößern. Dieser Effekt nimmt jedoch mit steigender Temperatur ab und lässt den Körper dadurch schrumpfen. Die Schrumpfung des Volumens bei steigender Temperatur verhält sich damit gegenläufig zur Wärmeausdehnung, die die Atomabstände vergrößert. Diese physikalischen Phänomene gleichen sich in bestimmten Temperaturbereichen dann ziemlich genau aus, das Volumen bleibt also weitestgehend konstant.

Anwendungen

Invar-Legierungen werden für ein weites Spektrum von Produkten eingesetzt. Es wird bei Präzisionspendeluhren verwendet. Die eine Hälfte von Bimetallen ist häufig aus Invar. Weitere Beispiele sind Glas-Metall-Übergänge, Tanks von Flüssiggasschiffen, Chip-Basisplatten, Lasergehäuse und astronomische und seismographische Instrumente.

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Hinweis: Die Quellenangaben zu diesem Text sind am Ende dieser Internetseite zu finden.

Videos:

1) → Passt die heiße Kugel durchs Loch? Volumenausdehnung einer Metallkugel

2) → Bolzensprenger - Wärmeausdehnung von Festkörpern erzeugt extreme Kräfte

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Bild aus Bildergalerie 1:

Videos:

1) → Ausdehnung von Luft beim Erwärmen

2) → Das Ei in der Flasche - Experiment

3) → Warme Luft dehnt sich aus - Experiment

4) → So entsteht Wind - für Kinder erklärt

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Infotext - [18] Die Anlomalie von Wasser

Hinweise:

• Die genauesten publizierten Werte (Stand 2005) für das minimale Volumen des Wassers liegen bei einer Temperatur von (3,983 ± 0,00067) °C. Die Werte stellen einen Mittelwert der von verschiedenen physikalischen Instituten veröffentlichten Zahlen dar .
• Dichteanomalien treten auch bei anderen chemischen Elementen auf, z.B. bei Antimon, Bismut, Gallium, Germanium.

Fragen zum Text:

1. Was bedeutet der Begriff „Anomalie“ und aus welcher Sprache stammt er?
2. Wann spricht man in der Physik von einer Anomalie eines Stoffes?
3. Wie verhält sich normalerweise das Volumen von Stoffen bei abnehmender Temperatur?
4. Bei welcher Temperatur hat Wasser sein kleinstes Volumen und in welchem Aggregatzustand befindet es sich dabei?
5. Was versteht man unter der „zweiten Anomalie des Wassers“?
6. Worin liegt der Grund für die Anomalie des Wassers?
7. Warum ist die Dichteanomalie des Wassers wichtig für das Leben in Gewässern kalter Klimazonen?

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Hinweis: Die Quellenangaben zu diesem Text sind am Ende dieser Internetseite zu finden.

Videos:

1) → Anomalie des Wassers | alpha Lernen erklärt Physik

2) → Die Dichte-Anomalie des Wassers – Wie gefriert ein Teich?

3) → Erklärungen zur Anomalie des Wassers

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Aufgaben:

1) Welche Besonderheit hat Wasser, die andere Flüssigkeiten normal nicht haben?

2) Was bedeutet das Wort „Anomalie“?

3) Eigentlich gibt es sogar zwei Anomalien beim Wasser. Recherchiere! Welche zwei Eigenschaften sind beim Wasser so außergewöhnlich und welche Konsequenzen hat das in unserem Alltag?

Infotext - Wärmeleitung / Wärmedämmung

Wärmeleitung ist ein Mechanismus zum Transport von thermischer Energie. Wärme fließt dabei immer nur in Richtung geringerer Temperatur. Dabei geht keine Wärmeenergie verloren; es gilt der Energieerhaltungssatz.
In der Physik wird unter Wärmeleitung der Wärmefluss in oder zwischen einem Feststoff, einem Fluid oder einem Gas infolge eines Temperaturunterschiedes verstanden. Ein Maß für die Wärmeleitung in einem bestimmten Stoff ist die Wärmeleitfähigkeit. 

Mechanismen

Elektrische Isolatoren
In Festkörpern bilden die Teilchen ein Gitter (vgl. Teilchenmodell). Bei elektrischen Isolatoren geschieht die Wärmeleitung nur durch Gitterschwingungen. Die Bewegung der Atome wird dabei von Nachbar zu Nachbar weitergeleitet. Alle Elektronen sind an Atome gebunden und können deshalb keinen Beitrag zur Wärmeleitung liefern. 

Elektrisch leitfähige Festkörper

In elektrisch leitfähigen Körpern wie zum Beispiel Metallen können die frei beweglichen Elektronen auch Wärme transportieren und somit zur Wärmeleitung beitragen. Bessere elektrische Leiter wie Kupfer übertragen die Wärme deshalb besser als schlechtere elektrische Leiter wie Eisen. 

Flüssigkeiten und Gase

Leichte Atome bzw. Moleküle leiten die Wärme besser als schwere, da sie sich bei gleichem Energiegehalt schneller bewegen. Im Allgemeinen gelten Gase als schlechte Wärmeleiter. Vergleichsweise ist die Wärmeleitung von Gasen schlechter als bei Flüssigkeiten und Festkörpern.

Beispiele

• Bei einem Heizkörper, Wärmerohr oder Tauchsieder gelangt die Wärmeenergie aus dem heißen Innenraum mittels Wärmeleitung durch das Gehäuse nach außen.
• Kühlschränke werden mit Glaswolle oder geschäumtem Polystyrol ummantelt, um den Wärmestrom von außen nach innen möglichst gering zu halten.
• In einer Thermoskanne oder einem Vakuumröhrenkollektor für Solaranlagen wird u. a. Vakuum eingesetzt, um Konvektion und Wärmeleitung zu verhindern.
• Bei Fenstern verwendet man Mehrscheiben-Isolierglas mit sehr geringem Wärmedurchgangskoeffizient, um mit dem Wärmeverlust die Heizkosten gering zu halten (siehe auch Energieeinsparverordnung). In dem Fall wird der Abstand so gewählt, dass die Luft/Gasschicht ausreichend dick ist (Gase sind schlechte Wärmeleiter), jedoch dünn genug, dass keine nennenswerte Konvektion stattfindet.

Wärmeleitfähigkeit

Die Wärmeleitfähigkeit (auch Wärmeleitzahl oder Wärmeleitkoeffizient) ist eine Stoffeigenschaft, sie hängt also vom jeweiligen Material (Stoff) ab. Diese Größe ist ein Maß für den Wärmestrom durch ein Material auf Grund der Wärmeleitung. Die Werte werden in Experimenten bestimmt und in Tabellen zusammengefasst (siehe z.B. bei Wikipedia). Für physikalische Berechnungen bilden diese Werte dann die Grundlage. An der Wärmeleitfähigkeit lässt sich ablesen, wie gut ein Material Wärme leitet oder wie gut es sich zur Wärmedämmung eignet. Je niedriger der Wert der Wärmeleitfähigkeit, desto besser ist die Wärmedämmung. Die Wärmeleitfähigkeit hat die Einheit Watt pro Meter und Kelvin [ W/(m*K) ].  

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Hinweis: Die Quellenangaben zu diesem Text sind am Ende dieser Internetseite zu finden.

Videos:

1) → Wärmeleitung | alpha Lernen erklärt Physik

2) → Teilchenmodell / Aggregatzustände / Wärmeleitung

3) → Experimente zur Wärmeleitung

4) → Wie funktioniert Wärmedämmung?

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Aufgaben:

1. Im Winter zieht man sich "eine warme Jacke" an. Ist die Jacke wirklich "warm"? Was ist der Grund dafür, dass die Jacke ihre Funktion erfüllt? Erläutere!
2. Aus welchem Grund werden Häuser "isoliert"? Das kostet ja auch viel Geld! Ist das sinnvoll?
3. Ordne die folgenden Materialien nach ihrer Eigenschaft Wärme zu isolieren: Holz, Styropor, Eisen, Luft, Messing, Stickstoff, Glaswolle, Aluminium
4. Die Griffe eines Kochtopfes oder der Kochlöffel bestehen sehr oft aus Kunststoff oder Holz. Was ist der Grund dafür? (Vergleiche hierzu: Abb-Wärmelehre 1 und 2 in der Bildergalerie 2 - Wärmetransport)
5. Für Gebäudefenster verwendet man heute die sogenannte "Doppelverglasung". Wie ist ein solches Fenster aufgebaut und warum? Erläutere! 
6. Auf der Folie zur "Wärmeleitung" ist das Bild eines Bauteils auf einem Computer-Mainboards abgebildet. Warum sieht das Bauteil so aus? Welchen Zweck erfüllt es?
7. Im Winter sieht man oft, dass sich Vögel "aufplustern". Was ist damit gemeint und warum tun sie das? 
8. Auch beim Kühlschrank spielt die Wärmeleitung eine wichtige Rolle - Welche?
9. Nenne vier Beispiele bei denen eine gute Wärmeleitfähigkeit wichtig ist und vier bei denen man das Gegenteil benötigt.

Infotext - [20] Wärmemitführung (Konvektion)

• Erzwungene Konvektion: Dabei wird der Teilchentransport durch äußere Einwirkung, zum Beispiel ein Gebläse oder eine Pumpe, hervorgerufen. (Bsp.: Kühlung von Computer-Prozessoren mit Lüfter)
• Freie oder natürliche Konvektion: Dabei wird der Teilchentransport ausschließlich durch Auswirkungen von Temperaturunterschieden hervorgerufen.

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Hinweis: Die Quellenangaben zu diesem Text sind am Ende dieser Internetseite zu finden.

Videos:

1) → Wärmeströmung | alpha Lernen erklärt Physik

2) → Golfstrom: Entstehung und Auswirkungen

3) → Der Golfstrom - Klimawandel - SWR

4) → Konvektion, Wärmeströmung einfach erklärt! Übersicht und Beispiel

5) → Wärmeströmung

6) → Warum wird die Heizung warm

Weiterführende Videos:

7) → Weihnachtspyramide (German Candle Carousel)

8) → Golfstrom: Was bringt der Klimawandel für Europa?

9) → Bricht der Golfstrom doch zusammen? Was heißt das für unser Wetter in Europa?

10) → Wie entsteht Wind? | frage-trifft-antwort.de | Planet Schule

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Aufgaben:

1) Auf der Folie zur Wärmemitführung siehst du den Aufbau einer Heizungsanlage. Beschreibe genau die Funktionsweise und wie dadurch die Wohnräume beheizt werden.

2) Im Lateinischen heißt das Wort "convector": >Reisegefährte<. Kannst du erklären wie das mit unserem physikalischen Fachbegriff >Konvektion< zusammenhängt?

3) Was ist eine "Weihnachtspyramide" und wie funktioniert sie? 

4) Gebäude können auch durch die sogenannte "Fernwärme" beheizt werden. Recherchiere und erkläre wie das funktioniert. 

5) In der Heizungsanlage auf der Folie ist ein "Ausgleichsgefäß" abgebildet. Welchen Zweck hat es? (Denke dabei an die Eigenschaften von Flüssigkeiten bei Erwärmung und Abkühlung.)

6) Im Sommer sind Wohnräume oft wärmer als erwünscht, Deckenventilatoren helfen dann die Hitze leichter zu ertragen. Im Winter werden die Wohnräume durch eine Heizung erwärmt. Dabei ist aber oft am Boden der Wohnräume die Temperatur niedriger als im Rest des Raumes. Aus diesem Grund werden gerne auch Fußbodenheizungen in den Häusern verwendet. Erläutere, weshalb bei einer normalen Heizung die Luft im Bereich der Füße kälter ist und wie man hier mit Hilfe des Deckenventilators Abhilfe schaffen kann?

7) Der "Golfstrom" ist eine wichtige Meeresströmung - recherchiere und beschreibe wo sie entlang führt. Erläutere dann die Aussage des Satzes: >Der "Golfstrom" ist die Heizung Europas<! 

Infotext - Wärme speichern / Wärmekapazität

Die Wärmekapazität ist ein grundlegender Begriff aus der Physik und beschreibt, wie viel Wärmeenergie ein Stoff aufnehmen muss, damit sich seine Temperatur verändert. Vereinfacht gesagt zeigt sie also, wie „schwer“ oder „leicht“ ein Körper zu erwärmen ist. Wenn man zwei verschiedene Stoffe betrachtet, zum Beispiel Wasser und Sand, stellt man schnell fest, dass sie sich unterschiedlich schnell erwärmen. Wasser braucht deutlich länger, um heiß zu werden, während Sand sich sehr schnell aufheizt. Der Grund dafür liegt in der unterschiedlichen Wärmekapazität dieser Stoffe: Wasser hat eine hohe Wärmekapazität, Sand dagegen eine eher niedrige.

Die Wärmekapazität wird mit dem Buchstaben C bezeichnet und gibt an, wie viel Wärmeenergie nötig ist, um die Temperatur eines Körpers um ein Grad Celsius (oder ein Kelvin) zu erhöhen. Je größer die Wärmekapazität ist, desto mehr Energie muss zugeführt werden, um eine Temperaturänderung zu erreichen. Das bedeutet umgekehrt: Stoffe mit kleiner Wärmekapazität erwärmen sich schneller, da sie weniger Energie benötigen.

Oft betrachtet man in der Physik nicht nur die Wärmekapazität eines ganzen Körpers, sondern die sogenannte spezifische Wärmekapazität. Diese bezieht sich auf eine bestimmte Masse, meistens ein Kilogramm eines Stoffes. Dadurch kann man verschiedene Materialien besser miteinander vergleichen. Wasser besitzt beispielsweise eine sehr hohe spezifische Wärmekapazität, während Metalle wie Eisen deutlich niedrigere Werte haben. Deshalb wird ein Metalltopf auf dem Herd schnell heiß, während das Wasser darin deutlich mehr Zeit braucht, um sich zu erwärmen. Gleichzeitig kühlt Metall auch schneller wieder ab, während Wasser die Wärme länger speichern kann.

Die Wärmekapazität spielt auch im Alltag und in der Natur eine wichtige Rolle. Ein bekanntes Beispiel ist das Klima in Küstenregionen. Da Wasser viel Wärme speichern kann, erwärmt sich das Meer im Sommer nur langsam und gibt die gespeicherte Wärme im Winter wieder ab. Dadurch sind die Temperaturen in Meeresnähe oft ausgeglichener als im Landesinneren. Auch am Strand lässt sich der Effekt beobachten: Der Sand wird an einem sonnigen Tag sehr heiß, während das Wasser im Meer vergleichsweise kühl bleibt.

Zusammenfassend kann man sagen, dass die Wärmekapazität beschreibt, wie viel Energie notwendig ist, um die Temperatur eines Stoffes zu verändern. Sie hilft dabei zu verstehen, warum sich verschiedene Materialien unterschiedlich schnell erwärmen und abkühlen. Damit ist sie nicht nur ein wichtiger Begriff in der Physik, sondern auch für viele Anwendungen im Alltag, in der Technik und in der Umwelt von großer Bedeutung.

Fragen zum Text:

1. Was beschreibt die Wärmekapazität?
2. Welcher Unterschied besteht zwischen Wasser und Sand in Bezug auf ihre Erwärmung?
3. Mit welchem Buchstaben wird die Wärmekapazität bezeichnet und was gibt sie an?
4. Wie beeinflusst die Größe der Wärmekapazität die Erwärmung eines Stoffes?
5. Was versteht man unter der spezifischen Wärmekapazität?
6. Warum wird ein Metalltopf schneller heiß als das Wasser darin?
7. Welche Rolle spielt die Wärmekapazität für das Klima in Küstenregionen?

Videos:

1) → Wärmekapazität Experiment

2) → Wärmeenergie Wasser - 2 kg Wasser von 10 Grad auf 70 Grad

3) → Wärmeemenge 1

4) → Wärmeemenge 2

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Hinweis: Die Quellenangaben zu diesem Text sind am Ende dieser Internetseite zu finden.

Videos:

1) → Spezifische Wärmekapazität, Phasenumwandlung & Wärmediagramm

2) → Schmelzwärme

3) → Verdampfungswärme Experiment

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Aufgaben:

1. Auf der Folie Wärme speichern (2) ist ein Versuch dargestellt. Beschreibe die Vorgehensweise. 
2. Im Teilchenmodell zeichnen sich die Aggregatzustände fest, flüssig und gasförmig durch bestimmte Eigenschaften aus.
   a) Welche sind das? (Informationen zum Teilchenmodell findest du hier auf der Themenseite Wärmelehre)
   b) Der Übergang vom festen in den flüssigen Aggregatzustand ist für die Teilchen in diesem Modell mit neuen Eigenschaften verbunden. Wofür wird in diesem Modell die Energiemenge der Schmelzwärme benötigt? Erläutere aus "der Sicht der Teilchen".
   c) Der Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand ist für die Teilchen in diesem Modell ebenfalls mit neuen Eigenschaften verbunden. Wofür wird hier die Energiemenge der Verdampfungswärme benötigt? Erläutere wieder aus "der Sicht der Teilchen".
3. Mache folgendes Gedankenexperiment: Wasser soll erwärmt werden (Wie im Bild auf der Folie "Wärme speichern (1)" oben). Du willst Wasser von der Temperatur 20°C auf 70°C erwärmen. Die benötigte Energie und die Temperatur des Wassers sollen in einem Diagramm für den gesamten Versuchsverlauf dargestellt werden. (x-Achse: Zugeführte Wärmeenergie in Joule [J]; y-Achse: Temperatur des Wassers in [°C]). Wie würde das Diagramm aussehen?
4. In der Abbildung 1 siehst du das Diagramm eines Versuchs.
   

   

   Hier wurde die Temperatur von 1 kg Eis/Wasser/Wasserdampf von -100°C auf ca. 130°C erhöht. 
   a) Beschreibe die Inhalte des Diagramms.
   b) Woran kann man hier die Schmelzwärme und die Verdampfungswärme erkennen?
   c) Was ist beim Wasser größer, die Schmelzwärme oder die Verdampfungswärme?
   d) Kannst du am Diagramm die benötigte Energiemenge für die Schmelzwärme und die Verdampfungswärme ablesen? Bestimme den Wert für die Schmelzwärme und die Verdampfungswärme bei diesem Versuch.
5. Wie würde das Diagramm aus Abb. 1 für den Versuch aussehen, wenn die Schmelzwärme von Wasser nur die Hälfte betragen würde?
   

Infotext - Wärmestrahlung

Von allen Oberflächen, die man umgangssprachlich als "heiß" wahrnimmt, geht eine nicht sichtbare Strahlung aus. Diese wird als Wärmestrahlung (oder auch thermische Strahlung) bezeichnet. Es handelt sich dabei um elektromagnetische Strahlung, d.h. Strahlung die aus elektrischen und magnetischen Feldern besteht (Weitere Beispiele für elektromagnetische Strahlung sind Radiowellen, Mikrowellen, Wärmestrahlung, Licht oder Röntgenstrahlung). Allerdings geht diese Strahlung von allen Körper aus, von kälteren Körpern geht dann allerdings weniger Strahlung aus. Wie viel Wärmestrahlung von einem Körper ausgeht hängt also von seiner Temperatur ab. Das Aussenden von Strahlung ist mit dem Aussenden von Energie verbunden und wird als Emission (lat. emittere „aussenden“) bezeichnet. Wärmestrahlung geht von allen Festkörpern, Flüssigkeiten, Gasen aus. 

Auch von der Sonne geht Wärmestrahlung aus, sie trifft auf die Erde und damit auch auf viele Körper (Gegenstände) auf der Erdoberfläche. Diese werden dadurch erwärmt, die Temperatur steigt also. Wir können das besonders gut im Sommer erfahren. Scheint die Sonne auf eine Straße, dann erwärmt sich die Oberfläche. Wir können das mit unserem Temperaturempfinden leicht überprüfen und feststellen, dass die Temperatur des Straßenbelags durch die Sonneneinstrahlung zunimmt. Die Strahlung der Sonne wird dann durch die Straße teilweise absorbiert (lat. absorbere: aufsaugen, verschlucken). Strahlung die nicht absorbiert wird, wird reflektiert (lat. reflectere: rückwärts biegen, zurückdrehen), also in eine andere Richtung umgelenkt und weitergeleitet. Die Sonne ist für uns die wichtigste Quelle für Energie und Wärmestrahlung. Wärmestrahlung wird aber auch von Öfen, Heizkörpern oder Glühlampen abgegeben.
Die Wärmestrahlung ist neben der Wärmemitführung (Konvektion) und Wärmeleitung ein weiterer Weg zur Übertragung von Wärme, im Vakuum (Weltraum) ist es der einzige Übertragungsweg.

Einen starken Einfluss auf die Emission und Absorption von Wärmestrahlung hat auch die Oberflächenbeschaffenheit des Körpers. Bei Körpern mit hellen, glatten oder spiegelnden Oberflächen wird kaum Strahlung absorbiert, dunkle oder raue Oberflächen absorbieren hingegen besonders viel Wärmestrahlung. Deshalb erwärmen sich dunkle Oberflächen stärker als Körper mit heller oder glatter Oberfläche. Strahlung die nicht absorbiert wird, wird dabei dann reflektiert, also in eine andere Richtung umgelenkt und weitergeleitet.

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Hinweis: Die Quellenangaben zu diesem Text sind am Ende dieser Internetseite zu finden.

Videos:

1) → Wärmestrahlung | alpha Lernen erklärt Physik

2) → Wärmestrahlung

3) → Wie arbeitet ein Solarkraftwerk? | frage-trifft-antwort.de | Planet Schule

4) → Kochen mit Sonnenlicht? | frage-trifft-antwort.de | Planet Schule | ARD

5) → Wärmestrahlung - Rettungsdecke - Welche Seite kühlt bzw. wärmt?

6) → Wie funktioniert ein Sonnenkollektor? | frage-trifft-antwort.de | Planet Schule

Kurze Zusammenfassung der wichtigsten Inhalte zur Wärmelehre:

 → Einführung in die Physik: Wärmelehre (Physikus Lernteil)

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Aufgaben:

1) In südlichen Ländern wird oft sehr helle Kleidung von den Menschen verwendet. Welchen Grund hat das?

2) Bei einer Zentralheizung gibt ein Heizkörper Wärme in den Wohnraum ab. Wie wird der Heizkörper selbst erwärmt und wie gibt er die Wärme wieder in den Wohnraum ab? Überlege dir hier: Welche physikalischen Prozesse sind wichtig? (Du hast verschiedene Möglichkeiten zur Übertragung von Wärme kennengelernt).

Schau dir jetzt die Bildergalerie zum Wärmetransport an:

3) In der Bildergalerie siehst du ein Bild einer Rettungsdecke aus einem Verbandskasten. Sie passt problemlos mit hinein. Sie soll hauptsächlich die Funktion erfüllen, dass sie Unfallopfer vor dem Auskühlen schützt. Wie funktioniert das?

4) In der Bildergalerie findest du den "Solarkocher Premium 11". Wie funktioniert dieses seltsame Gerät?

5) In der Bildergalerie ist eine Thermoskanne abgebildet. Dort kannst du auch ins Innere der Kanne schauen. Warum ist sie innen mit einem spiegelnden Belag ausgestattet? Erläutere die Funktionsweise der Thermoskanne.

6) Sonnenkollektoren sind ein wichtiges Hilfmittel zur Energieeinparung im Haushalt. Sie werden oft neben Sorlarzellen auf geeigneten Dächern (ohne Beschattung durch andere Häuser oder Bäume) installiert. Den Aufbau eines solchen Sonnenkollektors siehst du in der Bilderkallerie, dort ist ein solches Modul aufgeschnitten dargestellt. Recherchiere und erläutere die Funktionsweise der Sonnenkollektoren. Was ist der Unterschied zu einer Solarzelle?

Diese App wurde erstellt von Christian Herbst bei LearningApps.org
Anmerkung: Die Online-Übung in diesem Ordner ist eine externe Übung. Angaben zum Ersteller sind teilweise (manchmal) auch in der Übung angegeben. Links in diesem Ordner verweisen evtl. auf externe Inhalte.
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Quellenangaben zu den Inhalten auf dieser Seite

Dieser Text basiert auf dem Artikel Kelvin aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der Lizenz Creative Commons CC-BY-SA 3.0 Unported (Kurzfassung). Der Text wurde von Andreas Rueff überarbeitet und auf der Grundlage didaktischer Überlegungen angepasst und gekürzt. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.

Dieser Text basiert auf dem Artikel Wärmeausdehnung aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der Lizenz Creative Commons CC-BY-SA 3.0 Unported (Kurzfassung). Der Text wurde von Andreas Rueff überarbeitet und auf der Grundlage didaktischer Überlegungen angepasst und gekürzt. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.

Dieser Text basiert auf den Artikeln Charles Édouard Guillaume, Invar und Legierung aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der Lizenz Creative Commons CC-BY-SA 3.0 Unported (Kurzfassung). Der Text wurde von Andreas Rueff überarbeitet und auf der Grundlage didaktischer Überlegungen angepasst und gekürzt. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.

Dieser Text basiert auf dem Artikel Dichteanomalie aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der Lizenz Creative Commons CC-BY-SA 3.0 Unported (Kurzfassung). Der Text wurde von Andreas Rueff überarbeitet und auf der Grundlage didaktischer Überlegungen angepasst und gekürzt. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.

Dieser Text basiert auf den Artikeln Wärmeleitung und Wärmeleitfähigkeit aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der Lizenz Creative Commons CC-BY-SA 3.0 Unported (Kurzfassung). Der Text wurde von Andreas Rueff überarbeitet und auf der Grundlage didaktischer Überlegungen angepasst und gekürzt. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.

Dieser Text basiert auf dem Artikel Konvektion (Wärmeübertragung) aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der Lizenz Creative Commons CC-BY-SA 3.0 Unported (Kurzfassung). Der Text wurde von Andreas Rueff überarbeitet und auf der Grundlage didaktischer Überlegungen angepasst und gekürzt. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.

Dieser Text basiert auf dem Artikel Spezifische Wärmekapazität aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der Lizenz Creative Commons CC-BY-SA 3.0 Unported (Kurzfassung). In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.

Eigener Text (c) Rueff

• Simulation by PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, licensed under CC-BY-4.0 (https://phet.colorado.edu).

Hintergrundbild: Eigenes Bild (Rueff)