119 Kapitel 22 Auch der Weltraum ist von Wärmestrahlung erfüllt und hat somit eine Temperatur. Weil er sehr kalt ist, ist die Wellenlänge viel größer und liegt im Bereich der Mikrowellen. In B 32.2 siehst du ein Wärmebild vom All. Die Technik dahinter ist zwar viel komplizierter als bei einem normalen Wärmebild, beruht aber auf demselben Prinzip: Man misst die Wärmestrahlung, berechnet die Temperatur und ordnet eine Farbe zu. Das All hat frostklirrende –270 °C (exakt sind es –270,425 °C). Es gibt nur klitzekleine Schwankungen von ±0,0002 °C! Metall ist ein sehr guter Wärmeleiter und leitet die Wärme der Flamme sehr schnell ab. Deshalb erreicht das Gas auf der jeweils anderen Seite nicht die nötige Temperatur, um sich zu entzünden. Das Geheimnis des tanzenden Tropfens ist der Wasserdampf, der unter ihm entsteht (B 32.3). Er lässt den Tropfen umherwandern und schützt ihn gleichzeitig vor der Hitze der Platte, weil Luft ein sehr schlechter Wärmeleiter ist. Die Wasserdampfschicht ist vergleichbar mit einem Luftkissenboot, das auf einer Luftschichte schwebt. Der Leidenfrost-Effekt wird in der Industrie und Forschung genutzt, um Wärme besser abzuleiten. Er kommt zum Beispiel bei der Kühlung von Metallen, in Kraftwerken oder bei wissenschaftlichen Experimenten zum Einsatz. Dabei hilft der Effekt, Oberflächen vor zu viel Hitze zu schützen. Physikalisch gesehen gibt es keine Kälte, es gibt nur mehr oder weniger Wärmeenergie (= mehr oder weniger Teilchenbewegung). Es kriecht daher nicht die Kälte in die Knochen, sondern die Wärme aus den Knochen. Warme Kleidung ist wichtig, weil sie den Körper bei Kälte schützt. Sie verhindert, dass wir zu schnell auskühlen und gesundheitliche Probleme wie Erfrierungen bekommen. So bleibt der Körper warm und kann gut funktionieren. Je höher die Wärmeleitfähigkeit, desto schneller muss man den Stab auslassen, weil das Ende zu heiß wird. Die Reihenfolge lautet daher: Kupfer (relative Wärmeleitfähigkeit 16.700), Aluminium (8500), Eisen (3300) und Glas (32). Kochgeschirr: Aluminium oder Kupfer sind ideal, da sie gut Wärme leiten und das Essen schnell erhitzen. Stromleitungen: Kupfer eignet sich am besten, da es eine sehr gute Wärme- und Stromleitung bietet. Werkzeuge: Eisen oder Aluminium sind aufgrund ihrer Festigkeit und Haltbarkeit geeignet, wobei Aluminium leichter und Eisen robuster ist. Die Amortisationszeit ist ganz allgemein die Zeit, die es dauert, bis sich eine Anschaffung durch die erzielten Einsparungen vollständig bezahlt gemacht hat. Bei der Wärmeisolation einer A 14 B 32.2 Ein Wärmebild vom All – oder eigentlich ein „Kältebild“. Die Temperatur beträgt etwa –270 °C, die Unterschiede sind minimal. A 17 A 18 B 32.3 Wie es zum Leidenfrost-Effekt kommt A 19 A 21 A 22 Fassade muss man zwei verschiedene Amortisationszeiten unterscheiden: Ersten die Zeit, bis das investierte Geld wieder hereingekommen ist. Je älter das Haus ist und je schlechter die Isolation, desto schneller hat man das Geld durch geringere Heizkosten wieder herinnen. Je nach Alter des Hauses beträgt vorsichtig geschätzt die Amortisationszeit für die Kosten 6 bis 15 Jahre. Es gibt aber noch eine zweite Amortisationszeit, nämlich eine, die die Umwelt betrifft. In Kap. 27 ist noch ausführlich vom Klimawandel die Rede und davon, wie dieser durch das CO2 beschleunigt wird. Beim Heizen durch Gas, Öl oder Holz wird CO2 freigesetzt, und zwar in der kalten Zeit Tag für Tag. Auch bei der Produktion des Dämmmaterials wird CO2 freigesetzt, aber nur ein einziges Mal. Weil die Dämmung dazu führt, dass man weniger heizen muss, setzt man nach der Renovierung weniger CO2 frei, und das rechnet sich wahrscheinlich sogar schon nach einem Jahr. Das heißt, dass man durch die bessere Isolierung schon innerhalb eines Jahres weniger CO2 in die Luft geblasen hat, als bei der Produktion des Dämmmaterials, und das ist für die Umwelt ein sehr wichtiger Faktor! Wenn die Sonne den Boden ordentlich erwärmt, dann steigt warme Luft auf. Es liegt also Wärmeströmung vor oder, wie man im Alltag auch oft sagt, ein Aufwind. Wenn dieser stark genug ist, dann kann ein Vogel ohne Flügelschlag dahinschweben und verliert trotzdem nicht an Höhe. Das Gleitflug-Prinzip wird genutzt, um ohne Motor durch die Luft zu fliegen, indem Auftrieb erzeugt wird, der das Flugzeug in der Luft hält. Beispiele: Segelflugzeuge nutzen Aufwinde in der Luft, um ohne Motor zu fliegen. Drohnen gleiten auch, wenn sie mit wenig Energie fliegen. Berufe, in denen dieses Wissen wichtig ist: Wetterforscherinnen und Wetterforscher: Sie studieren die Luftströmungen, die Segelflugzeuge und Drohnen beeinflussen. Rettungspilotinnen, Rettungspiloten: Bei der Rettung von Menschen aus der Luft müssen sie verstehen, wie man effizient gleitet, um Treibstoff zu sparen. Luftfahrttrainerinnen und Luftfahrttrainer: Sie bringen angehenden Piloten bei, wie man das Gleitflug-Prinzip sicher nutzt. Ohne Deckel (rechts) steigt über dem Topf durch Wärmeströmung Wasserdampf auf. Das kannst du an der grünen Farbe erkennen. Wenn der Deckel am Topf ist (links), dann wird diese Konvektion unterbunden und über dem Topf ist es kühler. Außerdem siehst du, dass der obere Rand des Topfes links wärmer ist als rechts. Wenn der Deckel drauf ist, wird also die Wärmeenergie besser im Topf zurückgehalten und man spart Energie. Das ist gut für die Geldbörse und gut für die Umwelt. Wenn du Wasser zum Kochen bringst, sollte also unbedingt immer der Deckel auf den Topf! Erstens musst du darauf achten, dass die Ausgangsbedingungen in beiden Fällen exakt gleich sind. Die Wassermenge muss exakt gleich sein und Wasser und Topf müssen beim Start beide Male exakt dieselbe Temperatur haben. Weil es schwierig ist, bei geschlossenem Topf die Wassertemperatur zu messen, bietet sich ein Modellversuch mit einem Wasserkocher an. Dieser schaltet sich A 24 A 25 B 32.4 Ein Kochtopf mit siedendem Wasser mit und ohne Deckel A 26 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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