120 mit einem Klick durch einen Bimetallstreifen immer bei exakt derselben Temperatur ab. Zusätzlich kannst du mit einem Strahlungsthermometer die Temperatur an der Außenseite messen. Bedenke, dass durch die Isolation diese Temperatur der Wassertemperatur immer hinterherhinkt. Trage alle Zeiten und Temperaturen in eine Tabelle ein und erstelle damit dann ein Diagramm (B 32.5). B 32.5 Grafische Darstellung der Temperaturentwicklung beim Wasserkocher (2000 W) mit und ohne Deckel: Die Zeitdauern bis zum „Klick“ betrugen 179 und 200 Sekunden. Im zweiten Fall mussten also etwa 12 % mehr Energie aufgewendet werden. Die Flamme verursacht eine Wärmeströmung, durch die sich der linke Kaffeefilter hebt. Fragestellung: In welchem Glas schmelzen die Eiswürfel schneller: im Glas mit Alufolie oder im Glas ohne Alufolie? Versuchsplanung: Materialien:2 Gläser, Alufolie, Eiswürfel, Stoppuhr oder Timer, Thermometer (optional) Versuchsdurchführung: Wickele das eine Glas vollständig mit Alufolie ein. Lasse das andere Glas ohne Alufolie. Gib in beide Gläser gleich viele Eiswürfel. Stelle beide Gläser gleichzeitig an den gleichen Ort, z. B. an einen sonnigen Platz oder unter eine Lampe, damit beide Gläser gleichmäßig erwärmt werden. Beobachte, welches Glas die Eiswürfel zuerst schmelzen lässt. Stopp die Zeit und notiere das Ergebnis. Erwartetes Ergebnis: Das Glas ohne Alufolie wird die Eiswürfel schneller schmelzen lassen. Alufolie reflektiert das Licht und verhindert, dass das Glas Wärme von der Umgebung aufnimmt. Das Glas ohne Alufolie nimmt mehr Wärme auf, wodurch die Eiswürfel schneller schmelzen. Begründung: Alufolie reflektiert die Wärme und das Licht, wodurch das Glas mit Alufolie weniger Wärme aufnimmt. Das Glas ohne Alufolie absorbiert mehr Wärme, was dazu führt, dass die Eiswürfel darin schneller schmelzen. Die Alufolie oder die Metallschicht in einer Thermoskanne reflektiert die Wärmestrahlung, die aus beiden Richtungen kommt. Ist es innen wärmer, verhindert die verspiegelte Schicht, dass die Wärmestrahlung austreten kann und hält dadurch warm. Ist es außen wärmer, dann verhindert die Schicht, dass die Wärmestrahlung von außen nach innen gelangen kann und hält dadurch innen kalt. Es ist also in beiden Fällen eigentlich derselbe Effekt: Die Folie verlangsamt den Temperaturausgleich zwischen innen und außen. Die alte Glühbirne hat einen viel niedrigeren Wirkungsgrad. Sie erzeugt bei gleicher Leistung aus der elektrischen Energie viel A 27 A 29 A 30 A 31 weniger Lichtenergie (die man am Wärmebild nicht sehen kann) und dafür viel mehr Wärmeenergie. Dieses Bild belegt eindrucksvoll die Sinnhaftigkeit des Verbots der alten Glühbirnen. Bei einem Großfeuer entsteht unglaublich viel Wärmestrahlung. Die verspiegelten Anzüge schützen die Feuerwehrleute davor. Auf deiner Netzhaut befinden sich zwei Arten von Sehzellen: Die Zapfen, die für die Farben verantwortlich sind, und die Stäbchen, mit denen du nur hell und dunkel sehen kannst, also schwarzweiß. Allerdings haben die Stäbchen auch einen Vorteil, sie sind sehr lichtempfindlich. Sterne sind so lichtschwach, dass beim Betrachten mit dem freien Auge nur die lichtempfindlichen Stäbchen aktiviert werden. Deshalb siehst du Sterne als weiße Punkte. Nur ganz wenige Sterne sind so hell, dass du sie farbig sehen kannst. Kapitel 23 Eine Person mit 50 kg setzt auf einem Kilometer 50 · 4,2 kJ = 210 kJ um. Das sind 210.000 J. 5 Minuten haben 300 Sekunden. Die Heizleistung beträgt daher 210.000 J/300 s = 700 W. Wenn wir Sport machen oder hart arbeiten (z.B. bei der Feuerwehr oder im Leistungssport), verbraucht unser Körper viel Energie – und dabei entsteht Wärme. Bei Arbeiten mit Hitzeschutzkleidung (z. B. in der Metallindustrie, oder bei der Feuerwehr) muss man wissen, wie viel Wärme der Körper produziert, damit es nicht gefährlich wird. Im Leistungssport hilft das Wissen über den Energieumsatz dabei, das Training zu planen, genug zu trinken und sich richtig zu ernähren. Eine Person mit 60 kg benötigt für den Kilometer 252 kJ. Für den gesamten Marathon sind das dann etwa 10.634 kJ. 2 Stunden haben 7200 Sekunden. Die Heizleistung beträgt daher 10.634.000 J/ 7200 s = 1477W. Das ist sehr beeindruckend und zeigt die unglaubliche Kühlleistung des Körpers. Eine Stunde hat 3600 Sekunden. Wenn ein Liter Schweiß an der Haut in einer Stunde verdunstet, dann erzeugt er eine Kühlleistung von 2.260.000 J/3600 s = 628W. Die Heizleistung beim Marathon liegt bei 1477W. Die knappe Hälfte davon kühlt der Körper durch den Schweiß. Der Rest (1477W – 628W = 849W) wird über Wärmeleitung, Wärmeströmung und Wärmestrahlung gekühlt. Fett leitet die Wärme nicht so gut wie die Haut und ist daher ein guter Wärmeisolator. Das Fett unter der Haut hat also eine Doppelfunktion: Es ist Brennwert für schlechte Zeiten und es isoliert gleichzeitig. Reptilien gehören zu den wechselwarmen Lebewesen. Diese haben keine fixe Körpertemperatur. Wenn ihr Körper kalt ist, dann werden sie ganz träge, weil alle Vorgänge im Körper langsamer ablaufen. Um gewissermaßen auf Touren zu kommen, legen sie sich in die Sonne, weil dann ihre Kerntemperatur ansteigt. So schützt uns Kleidung vor der Kälte. Im Fäustling befindet sich viel Luft, die aber an der Konvektion gehindert wird. Ruhende Luft ist ein sehr guter Wärmeisolator (siehe T 22.1, S. 21). Elefantenohren sind nicht deswegen so groß, damit die Dickhäuter besser hören können. Sie helfen, Körperwärme abzugeben. Weil es in Afrika so heiß ist, haben die Elefanten dort die größten Ohren. Die ausgestorbenen Mammuts hatten winzige Lauscher, weil es in ihrem Lebensraum eben viel kälter war. Bei den Füchsen ist das mit den Ohren ganz genauso: Je kälter der Lebensraum, desto kleiner die Ohren. Es ist genau der umgekehrte Effekt wie in A 20 . Je größer die Oberfläche, desto leichter wird die Wärmeenergie abgegeben. A 32 A 33 A 14 A 15 A 16 A 17 A 18 A 19 A 20 A 22 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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