21 22 Wie kalt ist es im All? Wärmeleitung kann man gut verstehen, wenn man die Teilchen in einem Stoff ansieht. Betrachten wir die Grenzfläche zwischen dem warmen und dem kalten Teil in B 22.3 a ( A 7 ). Links bewegen sich die Teilchen heftiger und schubsen ihre jeweils rechten Nachbarn. Sie übertragen dadurch einen Teil ihrer Bewegungsenergie auf die rechte Hälfte (b). Dadurch sinkt links die Temperatur und rechts steigt sie, bis beide Hälften gleich warm sind (c). Die Joule bleiben in Summe erhalten, aber es wird ein Teil von links nach rechts transportiert. Das ist Wärmeleitung. Wie gut verschiedene Stoffe im Vergleich mit Luft leiten, kannst du in T 22.1 sehen. Stoff relativ Stoff relativ Silber 18.000 Haut (schwach durchblutet) 8–13 Kupfer 16.700 div. Kunststoffe 7–24 Aluminium 8500 Fett 7 Eisen 3300 Holz 4–8 Beton 88 Lochziegel 3–19 Haut (stark durchblutet) 33 Stroh 1,8–2,9 Glas 32 Styropor (Polystyrol) 1,5 Wasser (ruhend) 25 Wolle, Federn, Fell 1 Vollziegel 25–58 Luft 20 °C 1 T 22.1 Wärmeleitfähigkeit einiger Stoffe im Vergleich mit Luft Die Wärmeleitung spielt zum Beispiel beim Kochen eine große Rolle, etwa beim Braten eines Steaks (B 22.4). Die Teilchenschwingungen werden von der Herdplatte über die Pfanne und die Steakunterseite bis in die Mitte weitergegeben. Die Außenseiten sollen über 140 °C bekommen, weil dann das Fleisch knusprig wird. Das nennt man Maillard-Reaktion. Es dürfen aber 220°C nicht überschritten werden, damit das Fleisch nicht anbrennt. Nach dem Braten muss das Steak ein wenig ruhen, bis die Wärme in die Mitte gekrochen ist. Wenn diese 70 °C erreicht hat, ist das Steak „well done“. B 22.4 Temperaturen an den Außenseiten und der Mitte eines Steaks (Pfanne 170 °C, Fleischdicke 3 cm): Das Steak wird je 3 Minuten gebraten und rastet 5 Minuten. Die Wärmeleitfähigkeit hängt vom Material ab (T 22.1). Silber leitet erstaunliche 18.000-mal so gut wie Luft! Kunststoffe sind schlechte Wärmeleiter. Deshalb wird der Kunststofflöffel in A 1 am Stiel viel weniger warm als der Metalllöffel. Auch Holz ist ein schlechter Wärmeleiter. Deshalb sind Pfannengriffe meistens aus Kunststoff oder Holz, damit man sich nicht die Finger verbrennt ( A 2 ). Auch Styropor leitet sehr schlecht. Eine Styroporplatte mit bloß 1 cm Dicke isoliert so gut wie Beton mit 60 cm! Deshalb isoliert man Häuserfassaden mit Styropor, um Heizkosten zu sparen ( A 6 ; B 22.16, S. 24). Wasser leitet 25-mal so gut wie Luft! Außerdem hat es eine sehr hohe Wärmekapazität (Kap. 21.6). Deshalb macht es einen himmelhohen Unterschied, ob deine Haut mit Luft oder Wasser gleicher Temperatur in Kontakt kommt. Im Wasser wird die Körperwärme viel schneller abtransportiert und du kühlst viel schneller aus ( A 3 ; B 22.5). Umgekehrt kannst du dafür aber 100°C in der Sauna aushalten, weil die Luft die Wärme viel langsamer zur Haut hin transportiert als Wasser ( A 4 ). Die Wärmleitfähigkeit ist also dafür verantwortlich, wie warm sich Stoffe gleicher Temperatur anfühlen. Nehmen wir an, alles im Raum hat 20°C. Deine Finger haben aber etwa 32°C. Wenn du Holz und andere schlechte Wärmeleiter berührst, wird die Wärmeenergie schlecht abgeleitet und die Kontaktstelle erwärmt sich rasch (B 22.6 b). Metalle transportieren die Joule gut ab, erwärmen sich kaum unter dem Finger (a) und fühlen sich kühler an. B 22.6 Das Temperaturempfinden hat mit der Wärmeleitfähigkeit zu tun. B 22.5 Ein Bad im Eiswasser ist nur etwas für harte Hunde! a b 20° 20° 20° 32° 32° 32° Kurz zusammengefasst Bei der Wärmeleitung wird die ungeordnete Bewegungsenergie der Teilchen durch Zusammenstöße der Teilchen zu Orten mit niedrigerer Temperatur übertragen. Sie ist sehr stark materialabhängig. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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