Sammelteildruck Physik, 4. Klasse, SEK I

Bleib neugierig. Schuljahr 2026/27 Physik – 4. Klasse SEK I – öbv Teildrucke Physik 4. Klasse Sekundarstufe I Teildrucke

wir freuen uns, Ihnen mit diesem Sammeldruck unsere Physik-Neuerscheinungen für die Sekundarstufe I vorzustellen. Der Überblick soll helfen, das passende Lehrwerk für Ihre Schüler*innen und Ihren Unterricht zu wählen. Jede Reihe setzt eigene Schwerpunkte – sei es durch kleine, klar verständliche Lerneinheiten, durch einen schüler*innennahen, anwendungsorientierten Zugang oder durch zahlreiche Versuche, die den Unterricht lebendig machen und den Alltag einbeziehen. Gewinnen Sie beim Durchblättern einen Eindruck, wie unsere Lehrwerke Bewährtes mit den Anforderungen des neuen Lehrplans verbinden, kompetenzorientiertes Lernen fördern und Physik begreifbar machen. Viel Freude mit unseren Physik-Lehrwerken und Erfolg in Ihrem Unterricht wünscht Ihnen Johanna Kramer-Gerstacker Gruppenleiterin Naturwissenschaften Foto: Wirlphoto • Inhaltliche Verschiebung von Themenbereichen zwischen den Jahrgängen: In der 4. Klasse werden vor allem die Themenbereiche Wärmelehre, Wetter und Klima sowie Strahlung und Radioaktivität behandelt. • Altersgemäße Darstellung der zentralen fachlichen Konzepte helfen den Physikunterricht zu strukturieren und beschreiben Phänomene in Natur, Alltag und Technik. • Physikalische Denk- und Arbeitsweisen als zentrales Prinzip des Faches Physik fördern das Lösen naturwissenschaftlicher Problemstellungen. Das bringt der neue Lehrplan für Physik Liebe Lehrer*innen, Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

1 Big Bang wurde zum neuen Lehrplan weiterentwickelt, ohne auf das bewährte Konzept zu verzichten. Das Buch geht vom Überblick ins Detail, von den Grundlagen zur Anwendung und verliert dabei nie den Bezug zum Alltag. Physik anschaulich begreifen und verständlich kommunizieren – das ermöglicht die Neubearbeitung zum neuen Lehrplan! Zahlreiche einfache Versuche mit in der Praxis erprobten Anleitungen lockern den Unterricht auf und gestalten ihn aktiv und abwechslungsreich. Die Inhalte wurden passgenau zum neuen Lehrplan überarbeitet. Das bewährte Konzept und die Ausrichtung des Lehrwerkes auf die Bedürfnisse der Mittelschule wurden beibehalten. Der Unterrichtsstoff ist klar strukturiert und in kleine Lerneinheiten gegliedert. Big Bang 4 Das alles kann Physik! Physik verstehen 4 Einfach erforschen – nachhaltig begeistern Impuls Physik 4 Einfach Physik lernen und erforschen Teildruck ab Seite 5 Teildruck ab Seite 77 Teildruck ab Seite 41 Unsere Neuerscheinungen für das Schuljahr 2026/27 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

2 eSquirrel – der digitale Lernbegleiter für Physik • Einfache Unterrichtsplanung durch fertige, schulbuchnahe Übungen • Übersicht über Lernfortschritte der Schüler*innen • Hausaufgaben und Quiz schnell zuweisen und auswerten • Arbeitsblätter erstellen und drucken Mit eSquirrel gestalten Sie Ihren Physikunterricht einfacher, effizienter und zeitgemäßer. Die Inhalte sind exakt auf die öbv-Schulbücher abgestimmt und lassen sich flexibel in den Unterricht integrieren – von der Wiederholung bis zur Testvorbereitung. So gewinnen Sie Zeit für das Wesentliche: guten Unterricht. So nutzen Sie eSquirrel mit dem öbv-Schulbuch 1. eSquirrel-App installieren (am Smartphone oder Tablet) 2. Passendes öbv-Schulbuch in der App auswählen 3. Eingedruckten Code aus dem Buch eingeben 4. Sofort kostenlos auf eSquirrel-Kurs für Ihr Schulbuch zugreifen Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

3 • Spielerisches Lernen mit Quiz-Elementen • Kapitelgenaue Übungseinheiten passend zum Schulbuch • Ideal zur Vorbereitung auf Tests und Stundenwiederholungen eSquirrel macht Lernen spannender Ihre Schüler*innen sammeln spielerisch „Nüsse“, während sie physikalisches Wissen nachhaltig aufbauen. Die Kurse sind übersichtlich nach Kapiteln des Schulbuchs strukturiert und ermöglichen gezieltes Üben, Wiederholen und Vertiefen – jederzeit und überall. So werden Lernerfolge sichtbar und Motivation gestärkt. Alle Infos auf oebv.at/esquirrel Kostenlos mit eingedrucktem Code Hol dir die Quiz-App zum Schulbuch im App-Store (iOS) oder Google Play-Store (Android)! Wähle in der App dein Buch aus, gib den Code ein und los geht’s! www.esquirrel.com Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

4 Big Bang Das alles kann Physik! Big Bang wurde zum neuen Lehrplan weiterentwickelt, ohne auf das bewährte Konzept zu verzichten. Das Buch geht vom Überblick ins Detail, von den Grundlagen zur Anwendung und vom Einfachen zum Spannenden. Dabei verliert Big Bang nie den Bezug zum Alltag. Das Lehrwerk überzeugt durch einen klar strukturierten Aufbau und übersichtliche Doppelseiten. In einfacher und schüler*innenorientierter Sprache werden physikalische Zusammenhänge anhand von Themen aus Sport, Biologie und Medizin vermittelt. So wird Physik leicht verständlich und schafft zu begeistern. Schulbuch mit E-Book E-Book solo Umfangreiches, kostenloses Zusatzmaterial auf oebv.at Erhältliche Produkte eSquirrel-Kurse Kostenlos nutzbar mit eingedrucktem Code aus dem Schulbuch. öbv QuickMedia App Digitale Quizze und mehr einfach und schnell am Handy/Tablet aufrufen. Digi Highlights QR-Code scannen und mehr erfahren! Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

5 Big Bang 4, Schulbuch (ISBN: 978-3-209-13025-9) Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

6 Probekapitel 2 Inhaltsverzeichnis 21 Wärmeenergie 21.1 Beispiele für Energieformen 6 21.2 Wärmeenergie und Teilchenbewegung 8 21.3 Ausdehnung durch Erwärmung 10 21.4 Temperatur und Temperaturmessung 12 21.5 Leistung und Wirkungsgrad 14 21.6 Die Wärmekapazität 16 Übung und Vertiefung 18 22 Wie Wärmeenergie transportiert wird 22.1 Die Wärmeleitung 20 22.2 Die Wärmeströmung 22 22.3 Die Wärmestrahlung 24 Übung und Vertiefung 26 23 Der Wärmehaushalt des Menschen 23.1 Nahrung ist Brennstoff 28 23.2 Wärmeregulation deines Körpers 30 23.3 Extreme Temperaturbedingungen 32 Übung und Vertiefung 34 24 Wärmen und Kühlen im Alltag 24.1 Wärmen und Kühlen im Alltag 36 24.2 Wärmemotoren 38 24.3 Wie man Kälte erzeugt 40 Übung und Vertiefung 42 25 Fest, flüssig und gasförmig – die Phasen eines Stoffes 25.1 Phasen und Phasendiagramme 44 25.2 Schmelzen und Erstarren 46 25.3 Verdampfen und Kondensieren 48 25.4 Sublimieren und Resublimieren 50 Übung und Vertiefung 52 26 Wetter und Wettergeschehen 26.1 Der Einfluss der Sonne auf die Erde 54 26.2 Wolken und Niederschläge 56 26.3 Luftdruck, Wind und Wetter 58 Übung und Vertiefung 62 phybb4sb_13025_Buch.indb 2 10.11.2025 15:02:17 Big Bang 4, Schulbuch (ISBN: 978-3-209-13025-9) Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

7 3 27 Der Klimawandel und seine Folgen 27.1 Der Treibhauseffekt 64 27.2 Fossile Brennstoffe 66 27.3 Stromerzeugung in Österreich 68 27.4 Gesamtenergiebedarf in Österreich 70 27.5 Den Verkehr klimafit machen 72 27.6 Klimaszenarien für die Zukunft 74 Übung und Vertiefung 76 28 Was versteht man unter Strahlung? 28.1 Wir leben in einer „Strahlungsdusche“ 78 28.2 Teilchenstrahlung vs. Wellenstrahlung 80 Übung und Vertiefung 83 29 Die Großfamilie der elektromagnetischen Wellen 29.1 Mikrowellen und Radar 84 29.2 Von Infrarot bis Ultraviolett 86 29.3 Röntgen – und Gammastrahlung 88 29.4 Eine kurze Geschichte des Funks 90 29.5 Was ist Digitalisierung? 92 29.6 Mobilfunk und W-LAN 94 Übung und Vertiefung 96 30 Periodensystem und Radioaktivität 30.1 Atome, Periodensystem und Isotope 98 30.2 Radioaktivität und ihre Wirkung 102 30.3 Radioaktive Stoffe in der Medizin 106 Übung und Vertiefung 108 31 Energie aus dem Atomkern 31.1 Kernspaltung 110 31.2 Kernfusion 114 Übung und Vertiefung 116 Lösungen 118 Register 128 phybb4sb_13025_Buch.indb 3 10.11.2025 15:02:20 Big Bang 4, Schulbuch (ISBN: 978-3-209-13025-9) Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

8 Big Bang 4, Schulbuch (ISBN: 978-3-209-13025-9) 28 Der Wärmehaushalt des Menschen Deine Körperkerntemperatur liegt normalerweise bei rund 36 bis 37°C. Warum? Weil bei diesen Temperaturen dein Körper am besten funktioniert! Jetzt sind aber die Außentemperaturen meistens niedriger. Deshalb gibt dein Körper pausenlos Wärmeenergie ab. Wie heizt aber dein Körper ständig nach? Was macht er umgekehrt, wenn Überhitzung droht, etwa wenn du Sport betreibst (B 23.1), in der Sauna bist oder in der Wüste? Und wie werden die hohen Temperaturen durch den Klimawandel in Zukunft unseren Körper belasten? Pflanzen brauchen Sonne und Wasser, damit sie schön wachsen können. Warum? Was brauche sie noch zum Wachsen? Und warum brauchen umgekehrt wir Menschen die Pflanzen ganz unbedingt? Diskutiert mit Hilfe von B 23.3 in der Gruppe! B 23.3 a) Wie die Pflanze durch Photosynthese Zucker und Sauerstoff erzeugt. b) Wie der Mensch durch Abbau der Nährstoffe wieder Wasser, Kohlenstoffdioxid und Energie freisetzt. In deinem Alter liegt der Tagesenergiebedarf bei etwa 10.000 kJ. Das sind 10.000.000 J, also 10 Millionen Joule. Ganz schön fett! Berechne mit diesem Wert die durchschnittliche Leistung deines Körpers in 24 h. Zur Erinnerung: 1 Watt = 1 Joule pro Sekunde. Und zur Hilfe: Ein Tag hat 60 · 60 · 24 Sekunden! A 4 a = b P anzen Menschen Photosynthese Zucker + Saufersto (O2) + Wasser + Kohlensto dioxid (CO2) + Energie A 5 23.1 Mit Sonnenenergie betrieben Nahrung ist Brennstoff In diesem Abschnitt wirst du hören, dass die Energie, die deinen Körper versorgt, von der Sonne kommt und dass die Wärmeenergie, die der Körper produziert, eigentlich eine Art Abfall ist. Auf Lebensmitteln ist ihr Nährwert angegeben, der auch Brennwert genannt wird. Suche eine Lebensmittelverpackung und schaue nach! Wie kommt es zur Bezeichnung Brennwert? Und um welche Art von Energie handelt es sich dabei? Erkläre. Nimm mit einer Zange eine halbe Walnuss und zünde diese an. Nun kannst du zum Beispiel ein Becherglas mit Wasser erwärmen (B 23.2). Überprüfe den Temperaturanstieg mit Hilfe eines Thermometers. Was könnte dieser Versuch mit A 1 zu tun haben? Was versteht man unter Bewegungsenergie, chemischer Energie und Leistung? Und warum ist Wärmeenergie der Friedhof der Energie? Beantworte die Fragen mit Hilfe von Kap. 21 ab S. 6. A 1 A 2 A 3 23 Schweißperlen und Gänsehaut Zusatzmaterial p57id2 B 23.1 Eine vom Sport erhitzte Frau gönnt sich ein kühles Getränk. B 23.2 Ein Walnussofen phybb4sb_13025_Buch.indb 28 10.11.2025 15:03:20 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

9 Big Bang 4, Schulbuch (ISBN: 978-3-209-13025-9) 29 23 Schweißperlen und Gänsehaut Mit Hilfe der Energie der Sonne machen Pflanzen aus Wasser und Kohlenstoffdioxid (CO2) Zucker und Sauerstoff (B 23.3 a). Diesen Vorgang nennt man Photosynthese. Die Pflanze verbindet die Zuckermoleküle teilweise zu längeren Molekülen, nämlich Stärke und Zellulose, aus denen ihr Baugerüst besteht (B 23.4). B 23.4 Pflanzen sind im Wesentlichen aus Wasser und Kohlenstoffdioxid „hergestellt“. Pflanzen sind für uns extrem wichtig: Sie nehmen das CO2 aus der Luft und verringern so den Treibhauseffekt (siehe Kap. 27.1, S. 64). Außerdem leben wir Menschen von dem Zucker und Sauerstoff, den die Pflanzen produziert haben. In deinem Körper läuft nämlich der Vorgang in die Gegenrichtung ab ( A 4 , B 23.3 b). Und dabei wird wieder die Energie freigesetzt, die ursprünglich von der Sonne kommt. Tiere fressen Pflanzen oder Tiere, die wiederum vorher Pflanzen gefressen haben. Und wir Menschen essen in der Regel Pflanzen und Tiere. Die Joule in deiner Nahrung lassen sich immer bis zur Sonne zurückverfolgen. Dein Körper wird also buchstäblich mit Sonnenenergie betrieben. Er kann Kohlenhydraten, Fetten und Eiweißen die Energie entziehen (T 23.1). Nährstoff Brennwert Beispiel Kohlenhydrate 17 kJ/g Traubenzucker, Kristallzucker, Milchzucker Fette 39 kJ/g Speisefette und -öle Eiweiße (Proteine) 17 kJ/g Eiweiß, Fleisch, Fisch T 23.1 Brennwerte (= chemische Energie oder auch Nährwert) der Nährstoffe: 1 kJ (Kilojoule) sind 1000 J (Joule). Was hat es mit der Bezeichnung Brennwert auf sich ( A 1 )? Das ist ein anderer Ausdruck für die chemische Energie der Nährstoffe (T 23.1). Diese wird in deinem Körper mit Hilfe von Sauerstoff freigesetzt. Dabei entsteht Wärmeenergie. Einen solchen Vorgang nennt man allgemein Verbrennung. Und deshalb nennt man die chemische Energie der Nährstoffe auch Brennwert. Um diesen zu ermitteln, werden Nahrungsmittel unter besonderen Bedingungen verbrannt (B 23.5) und die Temperaturerhöhung gemessen. Manche Lebensmittel wie Walnüsse ( A 2 ) oder Bitterschokolade kannst du sogar unter normalen Bedingungen verbrennen. Die chemische Energie der Nahrung wird in deinem Körper dazu verwendet, die Organe zu „betreiben“. Aber letzten Endes wird jedes Joule deiner Nahrung in Wärmeenergie umgewandelt und an die Umgebung abgegeben (B 23.1). Mit wie viel Watt wird dabei dein Körper geheizt? Überlegen wir für eine Person mit 50 kg. In Ruhe leistet der Körper 1 W/kg. Macht also 50 W Heizleistung. Auch die 10.000 kJ chemische Energie, die du jeden Tag zu dir nimmst, wird letztlich komplett in Wärmeenergie umgewandelt. Daraus lässt sich eine durchschnittliche Heizleistung von 10.000.000 J/86.400 s = 116 W abschätzen ( A 5 ). Wenn eine Person mit 50 kg einen Kilometer in 5 Minuten läuft, dann liegt die Heizleistung sogar bei 700 W (B 23.6). B 23.6 Heizleistungen einer Person mit 50 kg a) in Ruhe; b) im Schnitt über einen Tag; c) beim Laufen mit 5 min/km Thermometer Zünddrähte Rührer Wasser Nahrungsmittel reiner Sauersto B 23.5 Zur Ermittlung des Brennwerts werden die getrockneten Nahrungsmittel mit reinem Sauerstoff verbrannt. Im Körper läuft die Verbrennung anders ab, aber das Ergebnis ist dasselbe. 1 g Kohlenhydrate zum Beispiel liefert in beiden Fällen 17kJ Wärmeenergie. Kurz zusammengefasst Durch Photosynthese gelangt die Energie aus der Wärmestrahlung der Sonne zunächst in die Pflanzen und über viele Zwischenschritte durch die Nahrung in deinen Körper. Dort wird sie letztlich komplett in Wärmeenergie umgewandelt. Deine Heizleistung liegt irgendwo zwischen 50W in Ruhe und einigen Hundert Watt, wenn du gerade Bewegung machst. phybb4sb_13025_Buch.indb 29 10.11.2025 15:03:22 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

10 Big Bang 4, Schulbuch (ISBN: 978-3-209-13025-9) 30 23.2 Welche Fläche hat die Haut? Wärmeregulation deines Körpers Sowohl die Heizleistung deines Körpers als auch die Außentemperaturen können beträchtlich schwanken. Wie kann dein Körper trotzdem seine Temperatur nahezu konstant halten? Für die Wärmeabgabe ist die Oberfläche deiner Haut sehr wichtig. Aber welche Fläche hat diese? Gib einen Tipp ab! Welche Arten von Wärmetransport gibt es? Wie „funktioniert“ Kleidung? Diskutiert in der Gruppe darüber, was ihr in Kap. 22 (ab S. 20) diesbezüglich gelernt habt. Im Wärmebild unten kannst du eine warme und eine kalte Hand sehen. Du kennst kalte Hände wahrscheinlich, wenn du vor einer Schularbeit nervös bist. Wie schafft es dein Körper, die Temperatur der Haut zu ändern? B 23.7 warme Hand (links), kalte Hand (rechts): Vor allem die Finger sind betroffen. Der Unterschied kann 5 °C oder mehr ausmachen. Befeuchte deine Hände und blase dann schräg von der Seite darüber. Was kannst du spüren? Wie kannst du den Effekt erklären? Und warum ist es immer so kalt, wenn man aus dem Wasser steigt – auch bei hohen Temperaturen im Sommer? In manchen Gegenden in der Schweiz gibt es angeblich Bernhardiner mit Schnapsfässchen, die bei großer Kälte Menschen in Not zu Hilfe eilen (B 23.8). Stimmt das? Und wäre das überhaupt sinnvoll? A 6 A 7 A 8 A 9 A 10 B 23.8 Ein Bernhardiner mit einem Schnapsfässchen Die chemische Energie deines Körpers wird letztendlich in Wärmeenergie umgewandelt. Wenn dein Körper also gerade mit einer Leistung von 50 W arbeitet, dann hat er gleichzeitig eine Heizleistung von 50 W. Damit die Kerntemperatur deines Körpers immer im Bereich von 36 bis 37 °C bleibt, muss er pausenlos Wärmeenergie über die Haut abgeben. Sehen wir uns diese einmal ein bisschen genauer an. Die Hautoberfläche hängt von Körpergröße und Masse ab und kann mit Hilfe von B 23.9 abgeschätzt werden ( A 6 ). B 23.9 Diagramm zur Ermittlung deiner Hautoberfläche: Damit kannst du deine Hautoberfläche auf 0,1 m2 genau ermitteln. Mache zuerst eine senkrechte Linie an der Stelle, die deiner Masse in Kilogramm entspricht (1). In unserem Beispiel ist die Linie bei 50 kg. Dann machst du eine waagrechte Linie in der Höhe, die deiner Körpergröße in Zentimeter entspricht (2). In der Abbildung ist das beispielhaft bei 160 cm eingezeichnet. Überprüfe, wo der Schnittpunkt (3) liegt. In unserem Beispiel befindet er sich ziemlich genau auf der Kurve für 1,5 m2. Die Wärmeabgabe an der Hautoberfläche erfolgt durch drei Mechanismen, nämlich über Wärmeleitung, Wärmeströmung und Wärmestrahlung ( A 7 und B 23.10). Der Körper hat aber noch Tricks auf Lager, zum Beispiel den Schweiß! Körpermasse in kg Körpergröße in cm 170 160 150 140 130 120 110 100 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 90 200 190 180 Quadratmeter Hautoberäche 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 1 2 3 B 23.10 Richtwerte für die Abgabe der Wärmeenergie einer Person mit 50 kg in Ruhe und bei 20 °C Außentemperatur. Wenn die Heizleistung 50W beträgt und die Wärmeenergie ebenfalls mit 50W abgegeben wird, bleibt die Temperatur im Körper konstant. phybb4sb_13025_Buch.indb 30 10.11.2025 15:03:23 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

11 Big Bang 4, Schulbuch (ISBN: 978-3-209-13025-9) 31 23 Schweißperlen und Gänsehaut Die Haut hat aber noch einen zweiten Trick auf Lager: Sie kann nämlich durch Zusammenziehen der Arterien aktiv ihre Temperatur verändern! Wie geht das? In der Haut gibt es ein dichtes Netz von winzigen Arterien (B 23.12). Wenn es draußen kalt ist – oder wenn du nervös bist –, dann ziehen sich diese Arterien zusammen. Es strömt weniger warmes Blut durch die Haut und sie kühlt ab, vor allem an Händen und Füßen ( A 8 ; B 23.13 a). Wenn es umgekehrt draußen warm ist oder deine Körpertemperatur durch Sport steigt, erweitern sich die Arterien. Deine Haut wird wärmer (B 23.13 b) und die Abgabe der Wärmeenergie erhöht sich. Die Hauttemperatur steigt maximal auf 36 °C an. Das kannst du im Wärmebild in B 23.16 sehen. B 23.13 Hauttemperatur unter normalen Bedingungen (a und b) und wenn man Alkohol getrunken hat (c). Kann man seinen Körper aufwärmen, wenn man auf der Skihütte einen Glühwein trinkt oder wenn ein Rettungshund einen Schnaps bringt ( A 10 )? Nein! Wenn man Alkohol trinkt, dann erweitern sich die Arterien der Haut (c). Diese ist dann so gut durchblutet, als wäre es draußen superwarm (b), auch wenn es in Wirklichkeit Zimmertemperatur hat oder sogar saukalt ist. Weil die Haut warm wird, hat man zwar den Eindruck, dass einem warm wird, aber man verliert pausenlos an Wärmeenergie. Die Kerntemperatur – und auf die kommt es an – sinkt weiter ab. Deshalb darf man einer unterkühlten Person unter keinen Umständen Alkohol geben ( A 10 ). Warum hält sich das Gerücht so hartnäckig, dass man durch Alkohol seinen Körper wärmen kann? Weil die Menschen offenbar gerne eine Ausrede haben, um Alkohol zu trinken. a b 20°C 35°C 20°C unter Alkoholein uss Lufttemperatur c 28°C 31°C 32°C 34°C 36°C Schweiß besteht zu 99 % aus Wasser. Um Wasser zu verdunsten, braucht man Energie (siehe Kap. 25.3, S. 49). Diese Energie holt sich der Schweiß von der Haut, wodurch sich diese abkühlt ( A 9 ). Der erste Trick lautet also: Abkühlung des Körpers durch Verdunstung von Wasser! Besonders stark ist dieser Effekt, wenn du aus dem Wasser steigst. Egal, wie warm es ist, es ist dann immer unglaublich fröstelig. Das Wasser auf der Haut wirkt wie eine Art Superschweiß und kühlt den Körper extrem (B 23.11). B 23.11 Wenn man aus dem Wasser kommt, friert man immer, egal wie hoch die Lufttemperatur ist. Das verdunstende Wasser wirkt wie eine Art Superschweiß und lässt dich frösteln. Bei Zimmertemperatur reicht die Abgabe der Wärmeenergie durch Wärmeleitung, Wärmeströmung und Wärmestrahlung aus, um deine Körpertemperatur zu halten. Deshalb schwitzt du kaum und die Kühlung durch Schweiß spielt eine geringe Rolle (B 23.10 d). Wenn du aber zum Beispiel bei Hitze Sport betreibst, kannst du bis zu einem Liter Schweiß pro Stunde verlieren. Durch die Verdunstung einer dermaßen großen Menge an Wasser gibt es einen sehr starken Kühleffekt – wie das Beispiel mit dem Freibad zeigt (B 23.11) – und der Körper kann auch unter diesen extremen Bedingungen seine Temperatur halten. Bei hohen Temperaturen ist der Schweiß der wichtigste Kühlfaktor. Das sehen wir uns im nächsten Kapitel noch genauer an. Arterien Schweißdrüse B 23.12 Schweißdrüsen und Arterien in der Haut: Die Arterien können sich zusammenziehen und den Blutfluss drosseln. Dadurch wird die Haut kälter. Kurz zusammengefasst Dein Körper gibt seine Wärmeenergie durch Wärmeleitung, Wärmeströmung und Wärmestrahlung ab. Diese drei Effekte sind umso stärker, je wärmer die Haut ist. Diese kann durch Erweitern und Zusammenziehen der Arterien ihre Temperatur verändern. Außerdem kann sie durch Schwitzen zusätzlich gekühlt werden. Das ist vor allem unter extremen Bedingungen wie Hitze und Sport wichtig. phybb4sb_13025_Buch.indb 31 10.11.2025 15:03:24 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

12 Big Bang 4, Schulbuch (ISBN: 978-3-209-13025-9) 32 23.3 52 Grad im Schatten Extreme Temperaturbedingungen Der Klimawandel wirkt sich nicht nur auf die Umwelt aus, er kann auch die Gesundheit der Menschen beeinträchtigen. Warum und was man dagegen machen kann, erfährst du in diesem Kapitel. In B 23.14 siehst du, wie sich die Hauttemperatur mit der Lufttemperatur verändert. Was fällt dir auf und wie kannst du das erklären? B 23.14 Zusammenhang zwischen Luft- und Hauttemperatur Im letzten Kapitel hast du gehört, durch welche Mechanismen dein Körper Wärmeenergie abgeben kann. Nennen wir das die Kühlleistung des Körpers. In B 23.15 siehst du, wie sich diese Kühlleistung in Abhängigkeit von der Lufttemperatur zusammensetzt. Diskutiere in der Gruppe, was man alles aus diesem Diagramm herauslesen kann. Überlegt vor allem, was bei sehr hohen Temperaturen passiert. B 23.15 Kühlleistung des Körpers bei einer Person mit 50 kg Recherchiere im Internet: Welches sind die höchsten Temperaturen, die in Österreich, Europa und auf der ganzen Welt bisher erreicht wurden? Wie viele Hitzetote gab es im letzten Jahr in Europa und weltweit? Wie kommt es dazu, dass Leute bei großer Hitze sterben? Und wie kann man den Körper vor – beziehungsweise bei – großer Hitze schützen? A 11 A 12 Kühlleistung [W] Lufttemperatur [°C] gesamte Kühlleistung in Watt Wärmestrahlung Verdunstung Wärmeleitung und Wärmeströmung 70 60 50 40 30 20 20 25 30 35 40 10 0 -10 90 80 A 13 Wenn die Lufttemperatur steigt, erweitern sich die Arterien in der Haut und sie erwärmt sich. Die Hauttemperatur steigt aber nur bis rund 36 °C an ( A 11 ). Warum? Damit die Wärmeenergie aus dem Inneren des Körpers an die Haut abgegeben werden kann, muss diese zumindest einen Tick kühler sein. Und deshalb schaut dein Körper, dass die Hauttemperatur rund 36 °C nicht überschreitet (B 23.16). Aus B 23.15 lassen sich sehr viele Dinge herauslesen ( A 12 ). Besonders wichtig ist aber folgendes: Ab etwa 30 °C beginnt der Schweiß bei der Kühlung zunehmend wichtiger zu werden und wird ab etwa 32 °C sogar der wichtigste Faktor. Und ab 36 °C ist der Schweiß die einzige Möglichkeit, den Körper noch abzukühlen. Warum ist das so? Wärmenergie fließt immer vom wärmeren zum kälteren Gegenstand (B 22.3, S. 20). Wenn die Luft 36 °C erreicht, dann ist ihre Temperatur genauso hoch wie die der Haut. Wenn aber Haut und Luft dieselbe Temperatur haben, kann der Körper keine Wärmeenergie mehr abgeben. Steigt die Lufttemperatur weiter an, dann fließt Wärmeenergie in den Körper hinein. Du siehst das daran, dass die Kühlleistung dann unter null sinkt. Nur mehr der Schweiß kann unter diesen Bedingungen den Körper kühlen. Bei normalen Temperaturen wird empfohlen, 1,5 Liter Flüssigkeit pro Tag zu sich zu nehmen. Wenn die Luft aber 30 °C oder mehr beträgt, reicht diese Menge nicht mehr aus. In der großen Sommerhitze musst du bis zu 3 Liter Flüssigkeit pro Tag trinken. Aber trotzdem ist der Körper dabei sehr belastet. B 23.16 In der Sauna: Die Haut hat etwa 36 °C. Nur Haare, Hose und Füße sind etwas kühler. B 23.17 Unter extremen Hitzebedingungen sollte man bis zu 3 l Flüssigkeit pro Tag zu sich nehmen. phybb4sb_13025_Buch.indb 32 10.11.2025 15:03:27 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

13 Big Bang 4, Schulbuch (ISBN: 978-3-209-13025-9) 33 23 Schweißperlen und Gänsehaut Schon ab einer Außentemperatur von 30 °C muss das Herz mehr arbeiten, um den Körper zu kühlen. Bei Temperaturen über 36 °C kann aber die Kühlung nur mehr über den Schweiß erfolgen. Der Körper verliert viel Wasser und damit auch Elektrolyte. Das sind die im Wasser gelösten Mineralsalze wie Natrium, Kalium oder Magnesium. Der salzige Geschmack von Schweiß kommt von diesen Elektrolyten. B 23.18 Hohe Lufttemperaturen können zu Hitzeerschöpfung, Hitzschlag und sogar zum Tod führen. Der Verlust von Wasser und Elektrolyten belastet den ganzen Körper. Wenn dieser nicht mehr genug Wasser hat, fällt bei Außentemperaturen über 36 °C die Kühlung teilweise oder sogar komplett aus und die Kerntemperatur steigt. Das kann zur Hitzeerschöpfung und zum Hitzschlag führen (B 23.18) – und im Extremfall sogar zum Tod! Was hat das aber alles mit dem Klimawandel zu tun? B 23.19 Anzahl der Tage über 30 °C (= Hitzetage) in Wien Weil sich die Erde immer mehr aufheizt, gibt es natürlich auch immer mehr Tage über 30 °C. Man spricht dann von Hitzetagen. In B 23.19 siehst du exemplarisch die Entwicklung der Hitzetage in Wien über die Jahrzehnte. In B 23.20 siehst du die Temperaturverteilung in Europa im Juli 2015, einem ausgesprochenen Hitzemonat. Du kannst sehen, dass in weiten Regionen die Temperaturen über 35 °C lagen und somit die körperliche Belastung sehr hoch war. ANZAHL HITZETAGE WIEN 1955 1965 1975 1985 1995 2005 2015 1955 BIS 2021 42 B 23.20 Maximaltemperaturen in Europa in der Woche vom 12. bis 18. Juli 2015 Kleinräumig können die Temperaturen noch viel viel höher ansteigen. Der Europarekord liegt bei 48,8 °C in Syrakus in Sizilien (Stand 2024). In Indien gab es 2023 eine Hitzewelle mit der Maximaltemperatur von 52,3 °C! Diese immer häufiger auftretenden extremen Temperaturen sind der Grund dafür, warum es weltweit immer mehr Hitzetote gibt. Besonders betroffen sind Kleinkinder, ältere Menschen und Menschen mit Vorerkrankungen, die also zum Beispiel bereits Herz- oder Lungenprobleme haben. Die Hitze macht Kranke kränker und kann sie sogar umbringen. Im Sommer 2022 gab es laut statistischen Analysen alleine in Europa rund 60.000 Todesfälle durch Hitze. Und diese Zahl wird in den nächsten Jahrzehnten stark ansteigen. B 23.21 Im Extremfall kann die Temperatur auch in bewohnten Gebieten über 50 °C ansteigen. Das ist absolut unvorstellbar. Kurz zusammengefasst Wenn es über 36 °C hat, dann kann sich dein Körper nur mehr durch die Verdunstung von Schweiß abkühlen. Flüssigkeits- und Elektrolytverluste belasten den Körper und die Kerntemperatur steigt. Das kann im Extremfall zum Tod führen. Durch den Klimawandel steigt die Anzahl der jährlichen Hitzetoten an. phybb4sb_13025_Buch.indb 33 10.11.2025 15:03:30 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

14 Big Bang 4, Schulbuch (ISBN: 978-3-209-13025-9) 34 Übung und Vertiefung Grüne Städte der Zukunft 1 L Auf Seite 29 steht, dass eine Person mit 50 kg, die einen Kilometer in 5 Minuten läuft, eine Heizleistung von 700 Watt hat. Überprüfe diese Zahl! Dazu musst du wissen, dass man beim Laufen pro Kilometer und pro Kilogramm 4,2 kJ an Energie benötigt. Recherchiere anschließend, warum es für bestimmte Berufe – z.B. bei der Feuerwehr, beim Leistungssport oder bei der Arbeit mit Hitzeschutzkleidung wichtig ist, den Energieumsatz und die Wärmeentwicklung des Körpers zu kennen. 1 L Die besten Läufer laufen den Marathon (42,2 km) in etwa 2 Stunden. Nimm an, ein Marathonläufer hat 60 kg. Welche Heizleistung hat der Körper während des gesamten Marathons? Hilf dir mit A 14 B 23.22 Die besten Läufer der Welt bewältigen 42,2 km in etwa 2 Stunden. 1 L Ein Liter Schweiß entzieht beim Verdunsten der Haut eine Wärmeenergie von 2260 kJ. Welche Kühlleistung erzeugt ein Liter Schweiß, der in einer Stunde an der Hautoberfläche verdunstet? Vergleich diese Kühlleistung mit der Heizleistung beim Marathon. 1 L Unter der Haut befindet sich ein Fettspeicher des Körpers. Man nennt das das Unterhautfettgewebe. Ziehe am Ober- oder Unterarm mit zwei Fingern eine Hautfalte weg, so wie das am Bild zu sehen ist. An der Dicke dieser Hautschicht kann man durch Messung den Körperfettanteil eines Menschen feststellen. Warum ist es ein toller Trick des Körpers, das Fett dort zu speichern? Hilf dir mit T 22.1, S. 21. B 23.23 Mit einem sogenannten Caliper kann man die Hautfaltendicke messen. A 14 A 15 A 16 A 17 1 L Reptilien wie Schlangen (B 23.24) oder Eidechsen legen sich wie die Menschen gerne in die Sonne. Formuliere eine Vermutung, warum das so ist und recherchiere, welche Funktion das Sonnenbaden für ihren Körper hat. Erkläre wie das mit ihrer Körpertemperatur zusammenhängt. 1 L Fülle in zwei Gläser dieselbe Menge heißes Wasser. Stülpe über eines einen warmen Fäustling (B 23.25). Lass beide Gläser eine Zeitlang stehen und miss dann die Temperaturen in den beiden Gläsern. Begründe: Was kannst du feststellen und wie kannst du das erklären? 1 L Warum hat ein afrikanischer Elefant größere Ohren als ein indischer Elefant? Warum hatte das Mammut so kleine Ohren? Und warum haben Füchse so unterschiedlich große Ohren, je nachdem, wo sie heimisch sind? Recherchiere dazu im Internet. Wenn du einen Taschenrechner mit Wurzelfunktion hast, kannst du deine Körperoberfläche in einem Aufwasch mit dieser Formel berechnen: Oberfläche in m 2 = √ _____________________________ _G_r ö ß_e _i n _c m_· _M a_s s_e i_n k_g 60 B 23.24 Eine Kreuzotter, die auch bei uns in Österreich heimisch ist. A 18 B 23.25 Was passiert mit dem Wasser im rechten Glas? A 19 A 20 afrikanischer Elefant indischer Elefant Mammut Wüstenfuchs Rotfuchs Polarfuchs B 23.26 Warum die unterschiedlichen Ohrgrößen? A 21 phybb4sb_13025_Buch.indb 34 10.11.2025 15:03:33 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

15 Big Bang 4, Schulbuch (ISBN: 978-3-209-13025-9) 35 23 Schweißperlen und Gänsehaut 1 L Wenn dir im Bett kalt ist, dann kauerst du dich wie ein Baby zusammen und machst dich möglichst klein. Was hat das für einen physikalischen Hintergrund? Stelle den Zusammenhang zu A 20 her? 1 L Warum bekommt man bei Kälte eigentlich eine Gänsehaut? Stelle eine Vermutung auf! 1 L Ein Ventilator im Sommer ist sehr erfrischend! Warum aber eigentlich? Er kühlt die Luft ja gar nicht! Wie funktioniert er dann? Stelle eine Hypothese auf! 1 L Im Sommer gibt es in vielen Städten Sprühduschen. Begründe physikalisch, wie eine solche Sprühdusche den Körper abkühlt. B 23.28 Eine erfrischende Sprühdusche in der Stadt 1 L Welche Maßnahmen kannst du im Sommer bei großer Hitze treffen, um dich abzukühlen? Sammle Informationen aus dem Internet und erstelle eine Powerpoint-Präsentation dazu. 1 L Welche Maßnahmen kannst du im Sommer bei großer Hitze treffen, um die Wohnung abzukühlen? Sammle Informationen aus dem Internet und erstelle eine Powerpoint-Präsentation dazu. Städte sind sogenannte Wärmeinseln (B 23.29). Warum ist das so? Suche im Internet dazu den Begriff UHI (Urban Heat Islands) und recherchiere, warum sich Städte so aufheizen. Besorgt euch außerdem Informationen darüber, wie man Städte so verändern könnte, dass sie kühler und auch lebenswerter sind und diskutiert in der Gruppe darüber. Helft euch dabei mit B 23.29 bis 23.31. 1 dZM A 22 A 23 A 24 B 23.27 Wieso kühlt ein Ventilator? A 25 A 26 A 27 A 28 B 23.29 Wie kommt es zum Wärmeinseleffekt in Städten? Warum ist die Temperatur direkt über einer Stadt so viel höher als am Land? B 23.30 Wärmebilder von Paris (links) und Mailand (rechts) in der Früh während der Hitzewelle 2019 B 23.31 Der Flughafen von Singapur. Immer mehr Menschen leiden unter extremer Sommerhitze. Recherchiere zum aktuellen Stand der Hitzetoten in den letzten Jahren. Welche Länder waren besonders betroffen und welche Gruppen besonders gefährdet? Formuliere eine Hypothese, warum Hitzewellen in Zukunft häufiger zum Problem werden könnten. Überlege auch, welche Maßnahmen Gesundheitssysteme oder Städte treffen sollten, um gefährdete Menschen besser zu schützen. Recherchiere den Begriff Übersterblichkeit in Zusammenhang mit Hitzetoten. Weil bei der Erklärung schwierige und ungebräuchliche Wörter vorkommen, lasse dir den Begriff auch von einer KI (etwa ChatGPT) einfach erklären. A 29 A 30 phybb4sb_13025_Buch.indb 35 10.11.2025 15:03:37 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

16 Big Bang 4, Schulbuch (ISBN: 978-3-209-13025-9) 54 Wetter und Wettergeschehen Du hörst immer wieder in den Nachrichten, dass das Wetter verrückter wird. Es wird nicht nur immer wärmer, es gibt gleichzeitig auch immer mehr Gewitter, Starkregen oder Hagel und auch die Stürme werden immer heftiger. Aber wer oder was verursacht eigentlich das Wetter? Wie entstehen Wolken und Nebel und woraus bestehen sie? Wie entstehen Regen, Schnee und Stürme, wie die verheerenden Tornados (B 26.1) und Hurrikans (B 26.21, S. 58)? Und wieso wird das Wetter immer verrückter? Diese und noch viele andere Fragen nehmen wir hier unter die Lupe! In B 26.4 siehst du eine vereinfachte Darstellung des Wasserkreislaufs. Beschreibe diese und beziehe auch A 1 mit ein. Wo kommt all das Wasser her, das in unseren Flüssen fließt? B 26.4 Vereinfachte Darstellung des Wasserkreislaufs Warum ist es im Sommer wärmer als im Winter? Das ist gar nicht so einfach zu beantworten! Hilf dir mit dem Ergebnis von A 2 und mit B 26.5 und ziehe deine Schlüsse daraus. A 3 Sonne Wind Niederschlag Wasserkraftwerk Verdunstung A 4 Sonne Nachmittag Frühlings- und Herbstanfang Sommeranfang Winteranfang Mittag S O W N Vormittag 26.1 Die Sonne rührt gewaltig um Der Einfluss der Sonne auf die Erde Motor des Wettergeschehens ist die Sonne. Sie lässt Wasser verdunsten, erwärmt Ozeane und Kontinente und bringt unvorstellbare Luftmassen in Bewegung. 1 L Warum tropft es von dem Deckel in das Glas (B 26.2)? Versuche die physikalischen Vorgänge bei diesem Versuch zu beschreiben. Leuchte mit einer Lampe senkrecht auf eine Unterlage und betrachte den Lichtfleck (B 26.3 a). Was passiert mit diesem bei schräger Beleuchtung (b)? Welche Folgen hat das für die Beleuchtungsstärke? B 26.3 Ist der Lichtfleck rechts genauso hell wie links? A 1 B 26.2 Was passiert mit dem Wasser am Weg vom Topf links in das Glas rechts? Welche Vorgänge sind daran beteiligt? A 2 26 Das Smalltalk-Thema Nr. 1 Zusatzmaterial p5bq2m B 26.1 Ein Tornado ist ein schnell rotierender Luftwirbel, der von der Unterseite einer Wolke bis zum Erdboden reicht und alles mitreißt. B 26.5 Der Weg der Sonne im Laufe eines Tages zu verschiedenen Jahreszeiten aus Sicht einer Person auf der Erde. phybb4sb_13025_Buch.indb 54 10.11.2025 15:04:21 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

17 Big Bang 4, Schulbuch (ISBN: 978-3-209-13025-9) 55 26 Das Smalltalk-Thema Nr. 1 Mit den Sonnenstrahlen kommt nicht nur Licht, sondern auch Wärmeenergie auf die Erde (B 22.19, S. 24). Wäre die Sonne plötzlich futsch, würde die Erde in 10 Jahren auf –220 °C abkühlen! Zum Glück kann die Sonne nicht einfach verschwinden, aber in der Nacht ist sie gewissermaßen auf einer Hälfte der Erdkugel weg. Darum ist es in der Nacht im Schnitt auch wesentlich kälter als am Tag (B 26.6). B 26.6 Klimadiagramm der Stadt Salzburg: Die Maximaltemperaturen werden in der Regel unter Tags, die Minimaltemperaturen in der Nacht erreicht. Die Sonne erzeugt durch ihr Auf- und Untergehen kurzfristige Temperaturschwankungen. In B 26.6 kannst du aber auch sehr gut die Temperaturänderungen in Laufe eines Jahres sehen. Im Juli ist es zum Beispiel in Salzburg im Schnitt etwa 19 °C wärmer als im Jänner. Warum ist aber der Sommer generell so viel wärmer als der Winter? Das hat nicht mit dem Abstand zwischen Erde und Sonne zu tun, sondern ist eine Folge der Neigung der Erdachse (B 26.7). B 26.7 Erde und Erdbahn im Laufe eines Jahres: Die Erdachse ist 23,5° zur Erdbahn geneigt. Würde die Erdachse senkrecht auf die Erdbahn stehen, wären Tag und Nacht immer exakt gleich lang und es gäbe keine Jahreszeiten. Die Erdachse ist aber geneigt (B 26.7). Im Winter zeigt der Nordpol von der Sonne Niederschlag in mm Jan Feb Mar Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez 0 50 100 150 200 25 20 15 10 5 0 -5 -10 Höchsttemperatur Mitteltemperatur Tiefsttemperatur Temperatur in °C Niederschlag in mm Tag und Nacht gleich lang Tag und Nacht gleich lang kurze Tage lange Tage kurze Tage lange Tage Herbst Frühling Sonne Sommer Winter Juni März Dezember Erdachse 23,5° N S Erde weg und im Sommer zu ihr hin. Das hat zur Folge, dass bei uns im Sommer die Tage länger sind als im Winter. Das ist in B 26.8 aus der Weltraumsicht dargestellt und in B 26.5 aus Sicht einer Person auf der Erde ( A 4 ). In Österreich ist es zu Sommerbeginn 16 h lang hell, zu Winterbeginn nur 8 h! Zusätzlich strahlt im Winter die Sonne flacher ein als im Sommer, weil sie tiefer steht ( A 4 , B 26.5). Dadurch werden Licht und Wärme auf eine größere Fläche verteilt (B 26.3 b; A 2 ). Kürzere Tage und flacheres Einstrahlen der Sonne führen dazu, dass es im Winter viel kälter ist als im Sommer. Durch die unterschiedliche Einstrahlung der Sonne kommt es also zu kurzfristigen täglichen und langfristigen jährlichen Temperaturschwankungen auf der gesamten Erde und durch diese wiederum zu riesigen Windsystemen (B 26.26, S. 59). Die Sonne rührt aber nicht nur die Luft gewaltig um, sie bringt durch ihre Wärmestrahlung auch das Wasser zum Verdunsten. Dadurch entsteht der so genannte Wasserkreislauf (B 26.4, A 3 ), der einerseits die Flüsse mit neuem Wasser versorgt und andererseits Niederschläge hervorruft. Kurz kann man also sagen: Die Sonneneinstrahlung erzeugt das Wetter! Dabei ist nur die unterste Schicht der Atmosphäre betroffen (B 26.9). B 26.9 Was wir Wetter nennen, passiert vor allem in der Troposphäre, die bis etwa 10 km hoch reicht. Nur in seltenen Fällen reichen Wolken über 10 km Höhe. Österreich Tag Nacht N S S N Winter Sommer B 26.8 Die Wege durch Licht und Schatten in Winter und Sommer Stratosphäre Troposphäre 0 2000 0 6000 4000 8000 10000 12000 Höhe über dem Meeresspiegel in m Kurz zusammengefasst Durch die unterschiedliche Einstrahlung der Sonne (Tag/ Nacht, sowie Jahreszeiten) entstehen Temperaturunterschiede und somit Winde. Außerdem erzeugt ihre Wärme den Wasserkreislauf. Die Sonne ist also der Motor des Wetters. phybb4sb_13025_Buch.indb 55 10.11.2025 15:04:22 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

18 Big Bang 4, Schulbuch (ISBN: 978-3-209-13025-9) 56 26.2 Die „Wolke in der Flasche“ Wolken und Niederschläge In diesem Abschnitt geht es um Wolken und die verschiedenen Formen von Niederschlägen, die die Wolken gewissermaßen fallen lassen. Aus was bestehen Wolken und Nebel und wie entstehen sie? Lies in Kap. 25.3 (S. 48) nach! Und welche Form hat ein fallender Regentropfen? Schönwetterwolken sind weiß (B 26.10 oben) und Regenwolken grau (unten). Stelle eine Hypothese auf, warum das so ist. B 26.10 Oben eine Schönwetterwolke (Cumulus), unten eine Regenwolke (Cumulonimbus) Nimm eine Plastikflasche und fülle etwas warmes Wasser ein. Zünde ein Streichholz an, wirf es in die Flasche (B 26.11 a) und schraube gut zu! Wenn du nun die Flasche stark zusammendrückst (b) und dann plötzlich loslässt, wird das Innere milchig-trüb (c). Etwas salopp gesagt erzeugst du dadurch eine Wolke in der Flasche. Wie funktioniert das aber? A 5 A 6 A 7 a b c B 26.11 Warum entsteht in der Flasche eine Wolke? Die Einstrahlung der Sonne führt dazu, dass ständig Wasser verdunstet (B 26.4, S. 54) und deshalb befindet sich in der Luft auch immer Wasserdampf. Wenn die Luft aus irgendeinem Grund abkühlt, kann sie weniger Dampf halten (siehe B 25.24, S. 49) und dieser kondensiert zu winzigen Tröpfchen (B 26.12). So entstehen Wolken und Nebel. B 26.12 Wenn der Wasserdampf in der Luft kondensiert, entstehen winzige Wolkentröpfchen. Regentropfen sind etwa 100-mal so groß. Wichtig: Alle Tropfen sind kugelrund! Diesen Vorgang kannst du sehr gut mit dem Versuch mit der Plastikflasche nachvollziehen ( A 7 ). Innen herrscht wegen des warmen Wassers eine hohe Luftfeuchtigkeit. Beim Drücken wird die Luft erwärmt. Beim Loslassen dehnt sie sich schlagartig aus und kühlt ab. Das führt zur Kondensation des Wasserdampfes. Die Rußpartikel des Rauchs wirken als Kondensationskeime, an denen sich der Dampf leichter verflüssigt. In der Natur sind solche Keime durch den Staub in der Luft vorhanden. Wolken bestehen also aus winzigen Tröpfchen. Tropfen sind generell kugelrund (B 26.13) und nicht, wie viele Menschen glauben, „tropfenförmig“ ( A 5 ). Leider ist die falsche Darstellung sehr verbreitet und nicht auszurotten. Aber warum fallen Wolken nicht vom Himmel, wenn sie aus Tröpfchen bestehen? Das liegt daran, dass diese bloß rund 1/100 mm klein sind (B 26.12) und durch die ständig aufsteigende Luft, ähnlich wie Staubkörnchen, schweben. Vom Wolkentropfen zum Regentropfen ist es nur mehr ein Katzensprung. Wenn nämlich die Temperatur weiter sinkt, entstehen durch Kondensation immer mehr Wolkentropfen (B 26.14). Diese verschmelzen zu immer größeren Tropfen, bis sie so schwer sind, dass sie als Regentropfen vom Himmel fallen. Kondensationskeim r = 1/10 000 mm typischer Wolkentropfen r = 1/100 mm typischer Regentropfen r = 1 mm Übergang zwischen Wolken- und Regentropfen r = 1/10 mm B 26.13 Sobald der Tropfen abreißt, wird er kugelrund. phybb4sb_13025_Buch.indb 56 10.11.2025 15:04:25 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

19 Big Bang 4, Schulbuch (ISBN: 978-3-209-13025-9) 57 26 Das Smalltalk-Thema Nr. 1 Hagelkörner sind größer (B 26.16) und sie können nur bei einem Gewitter entstehen. In den Gewitterwolken herrschen sehr starke Aufwinde (B 26.15), die die Regentropfen bis 12 km Höhe mitreißen können. Weil es dort unter –50 °C hat, gefrieren die Tropfen. Wenn sie wieder fallen, friert weiteres Wasser an und die Hagelkörner wachsen. Meistens werden sie mehrmals in luftige Höhen geblasen, wobei immer mehr Wasser anfriert. Das größte, je gemessene Hagelkorn war 20 cm groß! Der Klimawandel verstärkt die Häufigkeit und Intensität von extremem Wetter. Warum? Durch die höheren Temperaturen verdunstet mehr Wasser. Dadurch gibt es einerseits mehr Hitzewellen und Dürren. Auf der anderen Seite befindet sich dadurch aber auch mehr Wasserdampf und Wärmeenergie in der Luft. Das führt zu heftigeren Stürmen und Niederschlägen. Diese extremen Wetterbedingungen bedrohen zunehmend Natur und Landwirtschaft, aber natürlich auch Straßen und Städte und somit auch alle Menschen. B 26.17 Der Klimawandel führt zu Dürre und Überschwemmung B 26.16 Hagelkörner können erschreckend groß werden. B 26.14 Eine Möglichkeit, wie Regen entsteht. Die Wolken steigen einen Hang hinauf und kühlen dabei weiter ab. Wenn es unter 0 °C hat, können Schneeflocken entstehen. Wie kommt es zu den Wolkenfarben ( A 6 )? Wolken bestehen aus Abermilliarden von Wassertröpfchen, die das Sonnenlicht, ähnlich wie kleine Spiegel, reflektieren. Die Oberseite einer Wolke wirft das weiße Sonnenlicht fast vollständig zurück und erscheint daher ebenfalls weiß. Es ist ganz ähnlich wie beim Weiß des Schnees. Unten und an der Seite sind Schönwetterwolken aber grau (B 26.10 unten). Wieso? Diese Teile werden nicht direkt beleuchtet, sondern das Sonnenlicht muss die Wolke durchdringen und wird dabei abgeschwächt. Regenwolken (B 26.10 unten) erscheinen komplett grau, weil sie aus wesentlich größeren Wassertröpfchen bestehen, die besonders viel Licht schlucken. Wie kommt es zu den Niederschlagsformen Schnee, Graupeln und Hagel? Bei Lufttemperaturen unter 0 °C können Eiskristalle durch Resublimation von Wasserdampf entstehen (B 25.29, S. 50). Die Kristalle ballen sich zusammen, bilden Schneeflocken (B 25.31, S. 51) und rieseln so zur Erde. Graupeln entstehen, wenn Regentropfen oder angetaute Schneeflocken durch eine sehr kalte Luftschicht unter der Regenwolke fallen. Dort gefrieren die Tropfen zu körnigen Gebilden von 2 bis 5 mm Durchmesser. B 26.15 Hagelkörner entstehen in den riesigen Gewitterwolken, die deutlich über 10 km Höhe erreichen können. 500 +5°C 1000 feuchte Luft Regen Schnee 1500 2000 2500 3000 Temperatur in °C -3°C 0°C Höhe in m Kurz zusammengefasst Wolken entstehen durch Kondensation von Wasserdampf und bestehen aus Abermilliarden Tröpfchen. Werden diese größer, fallen sie als Regentropfen zu Boden. Schnee entsteht durch Resublimation von Wasserdampf, Graupeln durch gefrierende Wassertropfen. Hagelkörner entstehen in Gewitterwolken und sie richten jedes Jahr Millionenschäden an. phybb4sb_13025_Buch.indb 57 10.11.2025 15:04:27 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

20 Big Bang 4, Schulbuch (ISBN: 978-3-209-13025-9) 58 26.3 Hurrikan, Tornado und Co. Luftdruck, Wind und Wetter In diesem Abschnitt geht es um die Atmosphäre, den Luftdruck und die Winde. Und es geht darum, warum der Luftdruck für die Wettervorhersage so wichtig ist. Fülle ein Glas mit Wasser und decke es mit einem Stück Karton ab (B 26.18 a). Drehe das Glas schnell um (b). Jetzt kannst du die Hand wegnehmen, ohne dass der Karton runterplatscht (c). Warum geht das? B 26.18 Warum platscht der Karton nicht runter? Den folgenden Versuch (B 26.19) darfst du nur mit Hilfe eines Erwachsenen durchführen! Fülle etwas Wasser in eine Metalldose und bringe es zum Kochen (a). Tauche nun die Dose rasch mit der Öffnung nach unten in kaltes Wasser (b). Wie durch Geisterhand wird sie zusammengequetscht. Warum? B 26.19 Geisterhafte Dosenzerquetschung In B 26.20 siehst du eine Wetterkarte. Was bedeuten die Buchstaben, Zahlen und Farben? Recherchiere dazu im Internet. Wenn du mit der Seilbahn den Berg hinauf oder hinunter fährst, dann hast du so ein komisches Gefühl in den Ohren. Wie kommt das zustande? Stelle eine Hypothese auf. A 8 a b c A 9 Dose mit kochendem Wasser a b kaltes Wasser A 10 B 26.20 Eine Wetterkarte: Was beuten die Details? A 11 B 26.21 Im Vordergrund ein Hurrikan, im Hintergrund die Erdatmosphäre als dünnes blaues Band Die Erde ist von einer Lufthülle umgeben, der Atmosphäre (B 26.21). Diese hat keine feste Grenze, sie wird einfach immer dünner und dünner. Willkürlich hat man die Grenze zum Weltraum in 100 km Höhe festgesetzt. Das Wetter spielt sich vor allem im Bereich bis 10 km Höhe ab (B 26.9, S. 55). Stell dir einen Quadratmeter Erdoberfläche vor. Die gesamte Luftsäule über diesem Quadratmeter hat eine Masse von rund 10.000kg und somit eine Gewichtskraft von 100.000 N (B 26.22). Die Gewichtskraft der Luftsäule verursacht den Luftdruck. Druck ist Kraft pro Fläche (Kap. 13.5, Big Bang 2). Der Luftdruck auf der Erdoberfläche beträgt also rund 100.000N/m2. Weil der Druck eine so wichtige Größe ist, hat man ihm eine eigene Einheit verpasst, nämlich das Pascal (Pa). Es gilt: 1 N/m2 = 1 Pa. Der normale Luftdruck beträgt also rund 100.000 Pascal oder 1000 Hektopascal. Die genauen Werte und andere übliche Druckangaben findest du in T 26.1. Druckeinheit Normaldruck Pascal (Pa) = 1 N/m2 101.325 Pa ≈ 1013 hPa (Hektopascal) Bar (bar) 1,013 bar Millimeter Quecksilbersäule (mmHg) 760 mmHg T 26.1 Pascal ist die internationale Druckeinheit. Der Druck auf einer Wetterkarte ist in Hektopascal (hPa) angegebenen ( A 10 ), damit die Zahlen kleiner sind. Es gilt: 100 Pa = 1 hPa. Bar wird beim Reifendruck verwendet, etwa bei der Tankstelle. Und mit mmHg wird zB in der Medizin der Blutdruck gemessen. Luftsäule Gravitation Masse rund 10 000 kg Gewicht rund 100 000 N 1 m2 Fläche Fläche B 26.22 Die Luftsäule über jedem Quadratmeter Erde phybb4sb_13025_Buch.indb 58 10.11.2025 15:04:29 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

21 Big Bang 4, Schulbuch (ISBN: 978-3-209-13025-9) 59 26 Das Smalltalk-Thema Nr. 1 Messgeräte, mit denen man den Luftdruck messen kann, nennt man allgemein Barometer. Auf relativ einfache Art und Weise kann der Luftdruck mit einem Dosenbarometer (B 26.23) gemessen werden. Dabei wird die druckbedingte Verformung einer Vakuumdose auf einen Zeiger übertragen. Ein Barometer ist ein fixer Bestandteil jeder Wetterstation. B 26.23 Hauptbestandteil des Dosenbarometers ist die Vakuumdose – der silberne Zylinder in der Bildmitte. Je nach Luftdruck wird der Deckel oben stärker oder schwächer eingedellt. Diese Verformung wird auf einen Zeiger übertragen. Der Luftdruck wird durch die Stöße der Luftmoleküle übertragen und wirkt in alle Richtungen. Das erklärt auch, warum der Karton in A 8 nicht runterplatscht. Solange der Luftdruck nach oben größer ist als der Druck der Wassersäule nach unten, hält der Karton. Der Luftdruck ist unfassbar stark: Die Wassersäule könnte bis zu 10 m hoch sein und der Karton würde trotzdem noch halten! Auch der Versuch in A 9 zeigt, wie stark der Luftdruck ist. Durch das plötzliche Abkühlen der erhitzten Getränkedose zieht sich die Luft im Inneren stark zusammen und es entsteht ein Unterdruck. Der Luftdruck von außen „gewinnt“ und drückt die Dose wie von Geisterhand zusammen. Das funktioniert auch bei riesigen Ölfässern oder sogar ganzen Tankwägen (B 26.24). Warum ist die Luft unten dichter als oben? Das liegt daran, dass das Gewicht der oberen Luftschichten die unteren immer stärker zusammendrückt. Mit der zunehmenden Dichte der Luft erhöht sich aber auch der Druck. Auf Meeresniveau ist daher der Druck viel größer als in der Höhe. Und das hat wiederum zum Beispiel einen Einfluss darauf, bei welcher Temperatur das Wasser zu kochen beginnt (T 25.2, S. 48). Dass sich der Luftdruck mit der Seehöhe verändert, kannst du sehr gut am eigenen Körper spüren, und zwar an deinen Ohren. Wenn du mit der Seilbahn rauf oder runter fährst, dann sind die Ohren so seltsam „belegt“. Wie kommt es dazu ( A 11 )? B 26.25 Modellversuch mit Trichter und Gummihaut: Normalzustand (a) und „belegte Ohren“ (b und c): pa = Außendruck, pi = Innendruck. Das Trommelfell wölbt sich nicht so stark. Normalerweise ist der Druck auf beiden Seiten des Trommelfells gleich groß (B 26.25 a). Wenn du mit der Seilbahn einen Berg hinauffährst, verringert sich der Außendruck. Wenn du den Innendruck nicht über die Ohrtrompete ausgleichen kannst, überwiegt dieser und das Trommelfell wölbt sich nach außen (b). Beim Hinunterfahren ist es genau umgekehrt (c). Du hörst dann schlechter und es ist unangenehm. Man spricht von „belegten Ohren“. In einem Flugzeug wird der Kabinendruck so eingestellt, dass er dem Druck in einer Höhe von etwa 2000 m entspricht. Das kannst du bei Start und Landung spüren. B 26.26 Die weltumspannenden Windsysteme Wie hängen Druck, Wetter und Wolken zusammen? Was bedeuten die Buchstaben H und T auf der Wetterkarte ( A 10 )? Und warum haben die großen Windsysteme auf der Erde immer eine Spiralform (B 26.26)? Fangen wir einmal mit dem Zusammenhang zwischen Druck und Wetter an. Um diesen zu verstehen, müssen wir ein paar Puzzlesteine zusammenlegen. Pa > Pi b c a Luftballon Trichter Pa < Pi Pa = Pi B 26.24 Das Experiment aus A 9 im großen Maßstab: Der Luftdruck kann auch Tankwaggons zerdrücken. phybb4sb_13025_Buch.indb 59 10.11.2025 15:04:30 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv

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