80 Physik verstehen 4, Schulbuch (ISBN: 978-3-209-12321-3) 2 Die Welt, in der wir uns bewegen 1! Wie arbeite ich mit diesem Buch? Liebe Schülerin, lieber Schüler! Die großen Themen dieses Jahres sind elektromagnetische Strahlung, Wärme, Wetter und Klima und Radioaktivität. Hast du gewusst, dass Wasser in der Natur in drei Formen vorkommen kann? Vielleicht hast du auch schon einmal gehört, dass Wind durch die ungleiche Erwärmung der Erdoberfläche ensteht? Oder dass Menschen einen CO2-Fußabdruck haben? Wahrscheinlich ist dir gar nicht bewusst, dass wir unsichtbare Strahlungsarten verwenden, um Informationen zu übertragen. Und wusstest du, dass uns Radioaktivität überall im Alltag und in der Natur begegnet? Auf dieser Doppelseite zeigen wir dir, wie das Schulbuch aufgebaut ist. Dein Schulbuch hat fünf große Kapitel (zB „Wärme in unserer Welt“). Jede Doppelseite behandelt ein Thema (zB „Energieübertragung durch Wärmeströmung“). 38 39 Wärme in unserer Welt 3 Energieübertragung durch Wärmeströmung Wie entsteht Wärmeströmung? Im Urlaub schlafen Helena und ihr Bruder Max in einem Stockbett. Sie machen das Fenster auf, um zu lüften. „Ich mach wieder zu! Ich hab schon kalte Füße!“, meint Max. Helena findet das seltsam. Draußen weht kein Wind. Sie liegt auf dem oberen Bett und merkt nichts. Die Luft beim Lüften (Abb. 38.1) Stelle mit einer Kerzenflamme fest, ob und in welche Richtung ein Luftzug entsteht, wenn du ein Fenster oder eine Tür öffnest. Probiere, ob das bei allen Bereichen des Fensters oder der Tür gleich ist. Miss die Temperatur im Raum und vor der Tür oder dem Fenster. Erkennst du einen Zusammenhang? Beschreibe deine Beobachtung. Beim richtigen Lüften (Querlüften) soll für etwa 5 Minuten ein Durchzug durch das Zimmer möglich sein. Wie macht ihr das? Welche Vorteile hat regelmäßiges Lüften? Überlegt gemeinsam in Gruppen. Luft mit höherer Temperatur (zB Raumtemperatur bei 22 °C) ist ausgedehnter, da sich ihre Teilchen stärker bewegen (Abb. 38.2). Sie hat daher eine geringere Dichte als Luft mit niedrigerer Temperatur (zB Außentemperatur von 15 °C). Die tanzende Schlange (Abb. 38.3) Schneide aus Seidenpapier eine Papierschlange aus. Befestige am oberen Ende einen dünnen Faden. Halte die Papierschlange damit etwa 30 cm über eine Kerzenflamme (Achtung, Verbrennungsgefahr). Notiere deine Beobachtungen in einem Versuchsprotokoll. Erwärmte Luftmassen steigen aufgrund ihrer geringen Dichte in einer Umgebung mit niedriger Lufttemperatur auf. Dasselbe kannst du auch bei Wasser beobachten: „Leichtes“ und „schweres“ Wasser (Abb. 38.4) Plant einen Versuch in der Gruppe, der zeigt, dass warmes Wasser nach oben strömt. Das Bild 38.4 soll euch bei euren Überlegungen helfen. Führt euren Versuch durch und besprecht eure Ergebnisse in der Gruppe. Verfasst ein Versuchsprotokoll. Analysiert eure Ergebnisse. Stellt den Versuch euren Mitschülerinnen und Mitschülern vor. V1 38.1 Die Luft beim Lüften – der Luftzug beim Öffnen einer Wohnungstür A1 A2 38.2 Je höher die Temperatur der Luft ist, desto geringer wird ihre Dichte (Darstellung im Teilchenmodell). niedrige Temperatur hohe Temperatur hohe Dichte niedrige Dichte Infobox: Die Dichte gibt an, wie viel Masse zB 1 cm3 eines Stoffes hat. V2 38.3 Die tanzende Schlange V3 A3 So entsteht Wärmeströmung in Gasen und Flüssigkeiten: Gase und Flüssigkeiten dehnen sich beim Erwärmen aus und haben eine geringere Dichte. Sie strömen in einer Umgebung mit niedrigerer Temperatur von selbst nach oben. Dabei transportieren sie Wärme . M 38.4 „Leichtes“ und „schweres“ Wasser 38.5 Beim offenen Kühlschrank fällt kalte Luft zu Boden. 38.6 Heißluftballons nützen die geringe Dichte von heißen Gasen. Welche Bedeutung hat die Wärmeströmung? Wasser und Luft sind schlechte Wärmeleiter. Die schnelle Übertragung von Wärme an das Wasser (zB beim Kochen) und die Luft (zB beim Heizen) ist nur durch Wärmeströmung möglich. Es strömt im Rohr (Abb. 39.1) Fülle ein Rechtecksrohr (Schulsammlung) mit kaltem Wasser. Gib ein wenig Lebensmittelfarbe (Pulver) in die Öffnung. Erwärme das Rohr an der linken unteren Biegung leicht mit der Flamme eines Gasbrenners (Achtung, Verbrennungsgefahr). Beobachte die Strömung im Rohr. Erkläre, weshalb das Wasser im Bild 39.1 nur im Uhrzeigersinn (schwarze Pfeile) und nicht in die Gegenrichtung strömen kann. Auch beim Erwärmen von Wasser in einem Topf am Herd steigt die Temperatur des Wassers durch Wärmeströmung schnell an. Im Wärmebild Abb. 39.2 kannst du die Temperaturunterschiede im Wasser erkennen: In der Mitte hat es eine höhere Temperatur als am Rand des Topfes. Durch diese Unterschiede kommt es zu einer Strömung, die das Wasser durchmischt. Beim Heizen von Zimmern wird die Luft um und im Heizkörper erwärmt. Sie strömt nach oben (Abb. 39.3). Heizkörper befinden sich meist unter Fenstern, denn dort ist die Luft kühler. Die aufgewärmte Luft kann in der kühleren Umgebung besser aufsteigen und sich im Zimmer verteilen. Wie funktioniert ein Kamin? Bei einem Kamin steigen heiße Abgase einer Feuerstelle durch ein Rohr nach oben auf und gelangen ins Freie. Dadurch kann Frischluft von unten zur Feuerstelle nachströmen. (Abb. 39.4). Das Feuer brennt besser. Bei einem langen Kaminrohr (Schornstein) ist die Strömung der Abgase stärker (Abb. 39.5). Der Kamin „zieht besser“. Ein Kerzen-Kamin (Abb. 39.6) Schneide den Boden einer PET-Flasche (mindestens 0,5 Liter) ab. Die Flasche soll danach gerade stehen. Schneide am unteren Flaschenrand ein paar Öffnungen aus. Stellst du die Flasche über ein Teelicht, so kann durch diese Öffnungen Frischluft in die Flasche dringen. Stelle mit dem Rauch eines Räucherstäbchens oder Räucherkegels den Weg der Strömung durch die Flasche fest. Wohin musst du das Stäbchen oder den Kegel (mit Zange) halten? V4 39.1 Es strömt im Rohr Rechtecksrohr Öffnung Gasbrenner A5 39.2 Wasser wird in einem Topf erwärmt (Wärmebild von oben). Die Wärmeströmung ermöglicht das schnellere Erhitzen von Wasser oder die schnellere Erwärmung von Luft. M Infobox: Mehr über die Funktion einer Zentralheizung erfährst du auf Seite 42. 39.3 Heizkörper wärmen die kalte Luft auf und verteilen sie durch Wärmeströmung. warme Luft kühle Luft V5 A6 39.4 Bei einem Kamin steigen heiße Abgase nach oben auf. Kühle Frischluft strömt nach. Kamin heiße Abgase steigen nach oben kühle Frischluft strömt nach Feuerstelle 39.5 Ein Wärmekraftwerk hat besonders lange Schornsteine. Schornstein 39.6 Ein Kerzen-Kamin Arbeitsheftseiten 12–13 Christian Mašin, Gerald Grois, Pia Glaeser Erklärungen zu den Ergebnissen der Versuche und weitere Inhalte stehen im Text. Infoboxen liefern zusätzliche Informationen oder wiederholen wichtige Begriffe. Jedes Thema ist durch Fragen gegliedert. Physikerinnen und Physiker stellen Fragen an die Natur und versuchen, sie durch Versuche und logisches Denken zu beantworten. Versuche helfen beim Beantworten der Fragen an die Natur. Die Versuche sind oft einfach durchzuführen, ob im Unterricht oder zu Hause. Physik ohne Versuche funktioniert nicht! Versuche für Lehrerinnen und Lehrer sind mit LV gekennzeichnet. Arbeitsaufgaben fordern dich auf, über zB deine Versuche nachzudenken, sie festzuhalten, auszuwerten oder zu deuten. Manchmal ist es notwendig, Informationen zu suchen, die nicht in deinem Schulbuch stehen. Hier findest du Verweise auf das Arbeitsheft oder auf digitales Zusatzmaterial. Merktexte fassen die Informationen kurz zusammen. So weißt du, was wichtig ist. phv4sb_12321_S001-104_04Korr_20251112.indd 2 13.11.2025 13:25:30 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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