8 21.2 Der Friedhof der Energie Wärmeenergie und Teilchenbewegung Wenn man einen Körper erwärmt, dann hat er innen drinnen mehr Energie, also mehr Joule. Aber wo „verstecken“ sich die Joule? Was ist bei einem warmen Gegenstand innen drinnen anders als bei einem kalten? Nimm an, du hältst einen Tonklumpen und dieser hat 10 J Hebeenergie (B 21.7 a). Wenn du ihn fallen lässt, dann wandelt sich diese Hebeenergie in Bewegungsenergie um (b). Dann macht es „Poff“(c) und der Klumpen klebt am Boden. Jetzt sind beide Energieformen auf 0 J gesunken! Aber es gilt die Energieerhaltung! Wo sind die 10 J hin verschwunden? Der Botaniker Robert Brown entdeckte 1827, dass Pollenkörner in einem Wassertropfen Zick-ZackBewegungen ausführen. Hast du eine Idee, warum das so sein könnte? B 21.8 Warum zittern Pollenkörner im Wasser? Unten siehst du zwei Teebeutel eine Minute nach dem Aufgießen mit unterschiedlich warmem Wasser. Beschreibe den Unterschied und versuche zu erklären, wodurch er zustande kommen könnte. B 21.9 Der Blick in zwei verschiedene Teetassen eine Minute nach dem Aufgießen mit unterschiedlich warmem Wasser. Gib je ein Stück Zucker in heißes und in kaltes Wasser. Wo löst es sich schneller auf? Versuche zu erklären, warum das so ist und stelle eine Verbindung zu A 7 her. A 5 10J a b c POFF! ?? 0J Hebeenergie Bewegungsenergie 0J 0J 10J 0J B 21.7 Wohin verschwinden die 10 Joule? Sind sie futsch? A 6 A 7 A 8 Man kann Wärmeenergie sehr gut verstehen, wenn man die Atome und Moleküle unter die Lupe nimmt. Diese sind niemals in Ruhe, sondern wuseln in allen Stoffen und Objekten ständig ungeordnet hin und her. In dieser ungeordneten Bewegung steckt ungeordnete Bewegungsenergie, die letztlich nichts anderes ist, als die schon vorhin erwähnte Wärmeenergie! Wärmeenergie ist also ungeordnete Bewegungsenergie! Und man kann sie, wie jede Energieform, in Joule messen. Die ständige Bewegung der Teilchen nennt man Wärmebewegung. Und das bringt uns zu Robert Brown und seinen Pollenkörnern zurück. Brown dachte zuerst, dass er kleine Lebewesen beobachtet hätte ( A 6 ), aber auch Staubkörner machten diese Zick-Zack-Bewegungen. Die Erklärung dafür lieferte erst 1905, also fast 80 Jahre später, der Physiksuperstar Albert Einstein. Die Pollen werden nämlich von den Wassermolekülen geschubst (B 21.10). Diese sieht man aber nicht unter dem Lichtmikroskop, weil sie so winzig sind. Daher sieht man nur das Herumeiern der Pollen, das man heutzutage als Brownsche Bewegung bezeichnet. Brown hat also durch Zufall vor bereits vor rund 200 Jahren die Wärmebewegung der Teilchen entdeckt. Wenn du beim Aufprall des Tonklumpens ( A 5 ) die Teilchen betrachtest, verstehst du sofort, wohin die Energie „verschwindet“. Durch den Aufprall beginnen die Atome und Moleküle heftiger zu schwingen (B 21.11 b). Die Bewegungsenergie des Tonklumpens kommt gewissermaßen in Unordnung, und diese ungeordnete Bewegungsenergie ist eben nichts anderes als die Wärmeenergie. Dort stecken also die 10 J! B 21.11 Durch den Aufprall erhöht sich die ungeordnete Bewegungsenergie der Teilchen im Tonklumpen. Mit anderen Worten: Der Tonklumpen hat sich erwärmt. Pollen Wassermoleküle B 21.10 Unter dem Mikroskop: nicht sichtbare Wassermoleküle schubsen die sichtbaren Pollen. a Bewegungsenergie und ungeordnete Bewegungsenergie nur ungeordnete Bewegungsenergie b Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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