81 Physik verstehen 4, Schulbuch (ISBN: 978-3-209-12321-3) 3 44 45 Wärme in unserer Welt Das kann ich! 3 A1 Paul weiß, dass warmes Wasser eine geringere Dichte hat als kaltes. Das möchte er daheim ausprobieren: Mit Messbecher und Küchenwaage vergleicht er die Masse von je einem Liter kaltem Wasser aus der Leitung und heißem Wasser aus dem Kocher. Tatsächlich bestätigt sich seine Vermutung. Hinweis: Wasser zeigt eine besondere Eigenschaft – die „Anomalie des Wassers“: Die höchste Dichte hat es nicht bei 0 °C, sondern bei 4 °C (999,975 g/l). Kühlt es weiter ab, nimmt die Dichte wieder ab – Eis schwimmt deshalb auf Wasser. a) Führe Pauls Versuch mit einem Liter Wasser bei verschiedenen Temperaturen durch. Miss jeweils Temperatur und Masse des Wassers und notiere deine Werte. Stelle die Ergebnisse in einem Diagramm dar. Vergleicht eure Messwerte in der Gruppe. b) Paul ist mit seinem Ergebnis nicht ganz zufrieden. Sein Liter Leitungswasser bringt bei 10 °C nur 966 g auf die Waage. Im Internet hat er eine Dichtetabelle von Wasser bei verschiedenen Temperaturen gefunden. Nach diesen Angaben sollte ein Liter Wasser bei 10 °C aber 999,702 g haben. Diskutiert in der Gruppe, welche Gründe es für die abweichenden Messwerte geben könnte. Schlagwörter: Reinheit des Wassers, Küchenwaage, Küchenmessbecher … A2 Wie kannst du eine Eisbox vom Eisgeschäft nach Hause bringen, ohne dass es an einem heißen Tag zu schmelzen beginnt? Vergleiche die Aussagen. Welche Aussagen nutzen naturwissenschaftliche Erkenntnisse? Was würdest du tun? Besprich mit deiner Sitznachbarin oder deinem Sitznachbarn. Ole: Ich wickle die Box erst in viel Zeitungspapier und gebe dann noch Alufolie herum. Richi: Ich habe eine Kühlbox mit Eiswürfeln drinnen. Die halten das Eis kalt. Neha: Ich fahre mit dem Rad schnell heim. Der Fahrtwind kühlt das Eis. Mona: Ich umwickle die Box mit schwarzem Papier. Das strahlt die Wärme ab. Leitung – Strömung – Strahlung Material: Kerze, Zündhölzer (Achtung, Verbrennungsgefahr) Entwickle drei Versuche und verfasse dazu eine Kurzanleitung: a) Zeige, dass Holz ein schlechter Wärmeleiter ist. b) Zeige, dass heiße Gase nach oben strömen. c) Zeige, dass eine Flamme Strahlungsenergie auch zur Seite abgibt. A3 Auf der Internetseite eines Installateurbetriebs findest du folgende Aussage: „Fenster sind die kältesten Stellen im Haus. Die Glasscheiben strahlen kalte Außenluft in den Raum ab. Da Wärme immer nach oben steigt, werden Heizkörper unter die Fenster gesetzt. Die aufsteigende Wärme bremst die kalte Luftstrahlung ab und erwärmt sie.“ a) Weshalb ist diese Beschreibung nicht naturwissenschaftlich? Stelle diesen Absatz für die Internetseite des Betriebs richtig. Achte auf die Wortwahl. b) Zeichne in das nebenstehende Bild die Luftströmungen ein. Zeichne warme Luft mit roten Pfeilen ein und kühle Luft mit blauen Pfeilen. V1 A4 Die Zimmer werden gelüftet. Zeichne die Luftströmungen (warm … rote Pfeile, kühl … blaue Pfeile) ein. A5 Die Zentralheizung eines Hauses a) Zeichne die Strömungen mit hoher Temperatur mit roten Pfeilen, die Strömungen mit niedriger Temperatur mit blauen Pfeilen ein. b) Fülle die Lücken mit den passenden Begriffen: Heizkörper, kühlere, Feuerstelle, Raumluft, Rohre, Wärme, Wärmetauscher. Die wandelt die chemische Energie eines Brennstoffs in thermische Energie um. Die wird auf Wasser in einem Rohr übertragen. Dieses heiße Wasser erwärmt Wasser in einem . Durch gelangt das warme Wasser in die . Diese geben die Wärme an die ab. Das Wasser strömt zum Wärmetauscher zurück. A6 Janina schaut gerne in den Kühlschrank. Dort gibt es viel zu entdecken. Schreibe eine Nachricht an Janina. Erkläre ihr, weshalb sie die Kühlschranktür nicht so lange offenhalten sollte. Beachte bei deiner Erklärung das Alter von Janina. Welches Wissen hat sie bereits? Welche Fachwörter, die du kennst, musst du ihr erklären? A7 Ein Sonnenzeppelin besteht aus einem sehr dünnen schwarzen Folienschlauch. Er wird mit Umgebungsluft gefüllt und bei Windstille ins Sonnenlicht gelegt. Nach einiger Zeit steigt er auf. Wie kannst du die Funktion des Sonnenzeppelins erklären? Begründe deine Antwort. A8 Infrarotstrahlung – richtig oder falsch? Kreuze an. Infrarotstrahlung breitet sich nur in Luft aus. richtig falsch Die Sonne kann Wärme auf die Erde nur durch Strahlung übertragen. richtig falsch Helle Kleidung kann Infrarotstrahlung besser aufnehmen als dunkle. richtig falsch Thermosflaschen bestehen aus einem reflektierenden Material, damit die Abgabe oder Aufnahme von Wärme durch Strahlung verringert wird. richtig falsch Raumluft 21 °C Luft von draußen 15 °C Raumluft 21 °C Luft von draußen 35 °C Schornstein Heizkörper Pumpe Wärmetauscher Feuerstelle Alle Aufgaben in diesem Buch sind mit einem dreieckigen Zeichen markiert. Damit weißt du auf einen Blick, um welche Aufgabenart es sich handelt. Wenn du die Aufgaben löst, kannst du selbst überprüfen, was du gut beherrschst und wobei du dir noch schwertust. Aufgaben mit diesem Zeichen helfen dir, dein Fachwissen anzuwenden, zu erweitern und zu kommunizieren. Bei diesen Aufgaben sollst du Vermutungen aufstellen und Versuche planen, durchführen, festhalten und auswerten. Diese Aufgaben fordern dich auf, dir eine eigene fachlich begründete Meinung zu bilden, neue Informationen kritisch zu bewerten und verantwortungsbewusste Entscheidungen zu treffen. Am Ende eines Abschnittes findest du eine Doppelseite „Das kann ich!“ Diese Seiten helfen dir, den Lernstoff zu wiederholen und zu üben. Du kannst auch Neues zu den einzelnen Inhalten erforschen und entdecken. 34 35 Wärme in unserer Welt 3 Wärmedämmung Es gibt verschiedene Maßnahmen, die dafür sorgen, dass weniger Wärme übertragen wird. Das bezeichnen wir als Wärmedämmung. Mit Luft gefüllte Hohlräume (Luftpolster) und andere schlechte Wärmeleiter verringern die Weitergabe der Wärme durch Teilchenstöße. Wie hält der Mensch seine Körpertemperatur? Der Mensch hat kein schützendes Fell und keine Federn. Deshalb halten wir uns an kalten Tagen gerne in beheizten Innenräumen auf oder tragen warme Kleidung. Um die Luftpolster zu vergrößern, tragen wir im Winter dicke Pullover, gut gepolsterte Jacken oder mehrere Kleidungsstücke übereinander (Abb. 34.3). So wird die Körperwärme schlecht nach außen weitergeleitet. Winterschuhe haben dicke Sohlen aus wärmedämmenden Kunststoffen (Abb. 34.4). Durch wasserabweisende Sprays schützen wir unsere Schuhe vor dem Nasswerden. Diese Tricks zur Vermeidung von Auskühlung haben wir uns von der Natur abgeschaut. 34.3 Luftpolster in der Kleidung schützen vor Wärmeabgabe. 34.4 Winterschuhe haben Luftpolster und dicke Sohlen. Wie werden Hausmauern wärmegedämmt? Bei Gebäuden soll die Wärme an kalten Tagen nicht nach außen abgegeben werden. An heißen Tagen soll die Raumtemperatur nicht zu stark steigen. Wände enthalten daher viele wärmedämmende Luftpolster und sind oft aus mehreren Schichten aufgebaut (Abb. 35.3): • Mauersteine aus Hohlblockziegeln (Abb. 35.1) oder Porenbetonsteinen (LV1) enthalten luftgefüllte Hohlräume. Holz als Wandmaterial ist ebenfalls ein schlechter Wärmeleiter. • Als Außendämmung werden oft aufgeklebte Dämmplatten aus Schaumstoff verwendet (Abb. 35.2). Sie bestehen aus über 90 % eingeschlossener Luft. Der Außenputz schützt sie vor Beschädigung. • Unbrennbare Faserplatten (zB aus Glasfäden) werden aus Brandschutzgründen zur Wärmedämmung von Dächern verwendet. Faserplatten aus Naturstoffen (zB Kokosfasern, Flachs) werden in Wänden verbaut. • Spalten werden mit Kunststoffschaum abgedichtet (Abb. 35.5). 35.1 Hohlblockziegel mit luftgefüllten Hohlräumen 35.2 Die Hauswände werden mit Dämmplatten aus Schaumstoff wärmegedämmt. Wie funktioniert die Wärmedämmung bei Fenstern? Fenster sollen Räume mit Tageslicht und Sonnenwärme versorgen. Dadurch müssen wir weniger Energie für künstliche Beleuchtung und Beheizung aufwenden. Fenster sind die dünnsten Stellen der Außenwand eines Hauses. Deshalb werden sie nicht nur mit Luftpolstern wärmegedämmt (Abb. 35.4): • Fenster bestehen meist aus zwei, drei oder vier Glasscheiben. Ihre Zwischenräume sind mit den Edelgasen Argon oder Xenon gefüllt. Diese leiten die Wärme schlechter als Luft. • Bei Vakuumgläsern befindet sich luftleerer Raum (Vakuum) zwischen den Glasscheiben. • Die Fensterrahmen enthalten Luftkammern oder bestehen aus Holz. Dichtungen schützen vor eindringender Luft. Spalten zwischen Fenstern und Wänden werden mit Kunststoffschaum abgedichtet (Abb. 35.5). 35.4 Aufbau eines Fensters mit mehreren Glasscheiben Edelgasfüllung (Argon, Xenon) Luftpolster Stahlverstärkung Kunststoffrahmen 35.5 Spalten werden mit Kunststoffschaum abgedichtet. Die Zweifachverglasung Fülle zwei Bechergläser mit gleich viel heißem Wasser. Lege auf ein Becherglas eine Glasplatte mit einem Stück Schokolade. Auf das zweite Becherglas legst du zwei Glasplatten mit Abstandhaltern aus zB Schaumstoff. Wie schnell schmilzt jeweils die Schokolade? Erkläre das unterschiedliche Schmelzverhalten. Teste zum Vergleich ein Modell einer Dreifachverglasung aus. V2 A4 Schutz durch Kleidung Fülle heißes Leitungswasser in drei 250 ml-Bechergläser. Stülpe verschiedene Handschuhe, Hauben, … über zwei Bechergläser. Das dritte Glas dient als Vergleich. Miss und vergleiche die Wassertemperatur nach 5, 10 und 15 Minuten. Erstelle eine Tabelle. Welches Kleidungsstück schützt besser vor Auskühlung? Wie spürst du die wärmedämmende Wirkung der Kleidungsstücke beim Berühren? V1 A2 Physik im Alltag Arbeitsheftseiten 10–11 Wie halten Tiere ihre Körpertemperatur? Viele Tiere regeln ihre Körpertemperatur durch Haare und Federn. Diese schließen Luftpolster ein. Die Luft ist ein schlechter Wärmeleiter. Sie gibt die Wärme nur langsam ab und schützt so vor Auskühlung. Vögel stellen ihre Federn auf, wenn ihnen kalt ist – sie „plustern sich auf“. Dadurch werden die Luftpolster vergrößert. Säugetiere vergrößern die Luftpolster durch ein dichtes Winterfell. Besonders gute Wärmedämmung bietet das dichte Fell des Eisbären (Abb. 34.1). Es erzeugt viele Luftpolster, die der Eisbär sogar im Wasser behält. Einige Haare sind hohl und enthalten dadurch zusätzliche Luftpolster. Den größten Schutz erreicht der Eisbär aber durch eine bis zu 10 cm dicke Fettschicht. Denn Fett ist ein sehr schlechter Wärmeleiter ( Tabelle, Seite 94). Außerdem ist es wasserabweisend. Das nutzen auch Wasservögel (Abb. 34.2): Sie schützen sich mit einer Fettschicht auf den Federn vor dem eindringenden Wasser. 34.1 Der Eisbär hat ein dichtes Fell mit vielen Luftpolstern und eine dicke Fettschicht. 34.2 Enten schützen ihre Luftpolster durch eingefettete Federn. Keine kalten Beine? Weshalb können Vögel im Winter auf kalten Oberflächen stehen oder gehen, ohne dass ihre Beine erfrieren? Weshalb frieren sie beim Gehen über Eis und Schnee nicht fest? Recherchiert im Internet die Besonderheit der Vogelbeine. Gestaltet ein erklärendes Plakat. A1 Gut gedämmt! Ein Porenbetonstein wird in etwa 30 cm Höhe fixiert. Darunter wird der Stein mit einem Gasbrenner erhitzt. Weshalb ist die Erwärmung an der Oberseite nicht zu spüren? Recherchiere die Zusammensetzung von Porenbeton. LV1 A3 35.3 Wärmedämmung bei einer Außenmauer Faserdämmstoff Hohlblockziegel Die Sonderseiten „Physik im Alltag“ bringen dir Gegenstände und Vorgänge des täglichen Lebens näher. Android iOS QuickMedia App 1. Scanne den QR-Code und lade die App auf dein Smartphone oder Tablet. 2. Scanne deinen Buchumschlag oder wähle dein Schulbuch in der App- Medienliste aus. 3. Scanne eine mit gekennzeichnete Buchseite oder wähle zB ein Video aus der App-Medienliste aus. 4. Spiele das Video ab. www.oebv.at 1. 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