Wärmetransport

Vier verschiedenen Rahmenbedingungen

Bei diesem Versuch soll der zeitliche Verlauf der Erwärmung von Kupferplatten bei Bestrahlung mit einer Filmleuchte untersucht werden. Die vier Kupferplatten sind alle von gleicher Größe, sie unterscheiden sich jedoch in den Rahmenbedingungen:

• 1. Platte: Blanke Kupferplatte ohne Ummantelung
• 2. Platte: Schwarz gestrichene Kupferplatte ohne Ummantelung
• 3. Platte: Schwarz gestrichene Kupferplatte mit Styropor-Rahmen
• 4. Platte: Schwarz gestrichene Kupferplatte mit Styropor-Rahmen und Glasabdeckung

Damit die Erwärmung der Platten festgestellt werden kann, besitzen diese jeweils auf der Rückseite eine Halterung für ein Flüssigkeitsthermometer.

Tabellarische Versuchsauswertung

Zeit in Minuten	0	2	5	8	11	14
1. Platte	20	24	30	35	37	39
2. Platte	20	34	55	64	67	69
3. Platte	20	42	70	87	94	99
4. Platte	20	37	66	89	102	111

Temperatur in °C

 

Grafische Versuchsauswertung

 

Versuchsergebnisse

• Nach einem anfänglichen Anstieg verlaufen alle vier Kurven annähernd parallel zur Zeitachse. Die Absorption der jeweiligen Platten ist dann gleich deren Emission. Es ist ein Gleichgewichtszustand erreicht (Strahlungsgleichgewicht).
• Das geringste Absorptionsvermögen besitzt die blanke Kupferplatte (1. Platte).
  Die schwarz gestrichene Kupferplatte im Styroporrahmen (3. Platte) hat ein wesentlich höheres Absorptionsvermögen als die einfache schwarze Kupferplatte (2. Platte). Das Styropor auf der Rückseite der 3. Platte verhindert Abstrahlung, Konvektion der Luft und Wärmeleitung fast vollständig.
  Bei der 4. Platte ist der Temperaturanstieg zunächst langsamer als bei der 3. Platte (teilweise Reflexion der sichtbaren Strahlung an der Glasplatte). Nach etwa der Hälfte der Versuchsdauer steigt jedoch die Temperatur am höchsten von allen vier Platten an. Das Glas verhindert teilweise die Konvektion auf der Vorderseite der Kupferplatte. Außerdem ist das Glas für die von der Kupferplatte emittierte Temperaturstrahlung schlecht durchlässig (Treibhauseffekt).