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Versuche

Heimversuche zum Wärmetransport

katze_auf_heizkoerper.jpg © CC0 olivierk5 via pixabay
Abb. 1 Die Katze genießt den Wärmetransport des Heizkörpers.
Für die Heimversuche zum Wärmetransport benötigst du Wärme und Kälte. Manche der Versuche lassen sich besser im Sommer oder Winter durchführen. Viel Erfolg!

Schwarz und Silbern

heimveruche_waermetransport_sonne_40.jpg
Abb. 1 Eine Flasche ist schwarz, die andere silbern.
Geräte

  • 2 leere Kunststoffflaschen
  • Alufolie
  • schwarze Farbe
  • 2 gleiche Thermometer (evtl. geht auch ein Digitalthermometer mit Temperaturfühler)

Versuchsvorbreitung
Beide Flaschen werden mit Alufolie sauber umwickelt.
In die Deckel beider Flaschen wird passend für die Thermometer ein Loch gebohrt.
Eine Flasche wird schwarz angemalt (Berussen mit Kerze funktioniert schlecht, da Kunststoff leicht schmilzt)

 

1. Versuch: Wärmeaufnahme durch die Sonne der leeren Flaschen

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Abb. 2 Wird eine der Flaschen auch im Winter wärmer?
Durchführung
Beide Flaschen werden leer zunächst im Schatten aufbewahrt, bis beide Thermometer die gleiche Temperatur anzeigen.
Nun werden beide Flaschen gleichzeitig in gleicher Weise in die Sonne gestellt.

Arbeitsauftrag
Notiere in Abständen von 3 Minuten die Temperaturen beider Flaschen und trage diese in einem Zeit-Temperatur-Diagramm auf.

Ergänzung
Führe den gleichen Versuch statt mit der Sonne mit einem Heizstrahler durch. (Sofern vorhanden)

2. Versuch: Wärmeaufnahme durch die Sonne der vollen Flaschen

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Abb. 3 Wie wärmt die Sommersonne?
Durchführung
Beide Flaschen werden mit kaltem Wasser gefüllt, so dass beide Thermometer die gleiche Temperatur anzeigen.
Nun werden beide Flaschen gleichzeitig in gleicher Weise in die Sonne gestellt.

Arbeitsauftrag
Notiere in Abständen von 10 Minuten die Temperaturen beider Flaschen und trage diese in einem Zeit-Temperatur-Diagramm auf.

3. Versuch: Erwärmen im Zimmer, Abkühlen im Freien

Durchführung
Stelle beide leeren Flaschen bei kaltem Wetter ins Freie in den Schatten (oder stelle sie in den Kühlschrank), so dass sie die Außentemperatur annehmen.
Hole sie dann ins warme Zimmer und beobachte den Temperaturanstieg.
Führe anschließend den Versuch in umgekehrter Richtung durch.

Arbeitsauftrag
Beschreibe kurz den Versuch und die festgestellten Ergebnisse.

 

Warmluftturbine

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Abb. 1 Um die Turbine in Bewegung zu setzen genügt die Wärme eurer Hand.
Benötigtes Material
Du brauchst für das Experiment

  • festes Papier, z.B. eine Postkarte oder eine dünne Pappe,
  • Klebefilm, einen Bleistift,
  • einen Zirkel,
  • ein Geodreieck,
  • eine Schere
  • und einen Kugelschreiber.

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Abb. 2 Mit unserer Bastelanleitung gelingt das Experiment im Nu.
Aufbau und Durchführung
Zeichne mit dem Zirkel zwei konzentrische Kreise, wobei der innere Radius etwa 3,5cm und der äußerer Radius etwa 7cm betragen sollte, und zeichne alle 22,5° einen Durchmesser durch die Kreise (siehe Foto). Schneide dann den äußeren Kreis ordentlich aus und längs der Durchmesser bis zum inneren Kreis ein. Biege anschließend alle entstehenden "Flügelräder" zurück, so dass sie mit der Papierebene einen Winkel von ca. 60° bilden.

Das Gelingen des Experiments hängt entscheidend von einer möglichst reibungsfreien Lagerung der Turbine ab. Klebe dazu auf den Mittelpunkt der Kreisscheibe zwei ca. 1cm lange Stücke Klebefilm übereinander. Durch kräftiges Aufdrücken einer Kugelschreiberspitze auf den Klebefilm kannst du im Mittelpunkt des Kreises eine Vertiefung schaffen. Mit dieser Vertiefung nach unten wird die Turbine auf die (spitze) Bleistiftspitze aufgesetzt. Tariere mit kleinen Stücken Klebefilm, die du innerhalb des inneren Kreises anbringst, die Turbine aus, bis sie waagrecht steht.

Halte nun den Bleistift so, dass sich die Hand unter der Turbine befindet; die Turbine sollte sich langsam in Bewegung setzen. Achte dabei darauf, nicht in Richtung der Turbine zu atmen, da sie sehr empfindlich auf Luftströmungen reagiert.

Ein weiteres Problem sind kalte Hände in warmen Räumen, weil dann eventuell der Temperaturunterschied zwischen Hand und Raumluft nicht ausreicht, um genügend Warmluft aufsteigen zu lassen. In diesem Fall hilft es manchmal, die zweite Hand zusätzlich unter die Turbine zu halten. Eine eindrucksvolle Rotationsgeschwindigkeit erhält man in jedem Fall, wenn die Turbine über einen warmen Heizkörper gehalten wird.

heimversuche_warmluftturbine_vorlage.svg
Abb. 3 Drucke die Vorlage auf A4 aus.
Hier findest du noch eine Vorlage, falls du gleich mehrere der Windräder produzieren möchtest.

Abkühlen von Wasser

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Abb. 1 Zwei Flaschen werden mit heisem Wasser gefüllt. Eine Flasche ist mit Aluminiumfolie umwickelt. Nun wird beobachtet, wie sich das Wasser in den Flaschen abkühlt.
Geräte

  • 2 gleiche Flaschen
  • Alufolie (oder ein Stück Rettungsdecke)
  • Plastikfolie gleicher Dicke
  • 2 gleiche Thermometer oder Digitalthermometer mit Temperaturfühler)
  • Heißes Wasser vom Herd

Versuchsvorbreitung
Eine Flasche wird mit Alufolie umwickelt, die andere mit der Plastikfolie.

Durchführung
Fülle beide Flaschen mit möglichst heißem Wasser, das zuerst auf dem Herd erhitzt wurde (Vorsicht Verbrennungsgefahr!) Achte darauf, dass beide Flaschen gleich voll sind und beide Thermometer zu Beginn die gleiche Temperatur anzeigen. Nun werden beide Flaschen beim Abkühlen von Zeit zu Zeit beobachtet und Zeit und Temperatur notiert. Der Versuch geht über 2 bis 3 Stunden.

Arbeitsauftrag
Notiere in Abständen von je 20 Minuten die Temperaturen beider Flaschen und trage diese in einem Zeit-Temperatur-Diagramm auf. Fasse die Ergebnisse deiner Beobachtung mit wenigen kurzen Sätzen zusammen.

Wärmeleitung in Metall

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Abb. 1 Stäbe aus verschiedenen Metallen werden erwärmt. Wie schnell leiten die verschiedenen Metalle die Wärme weiter.
Geräte

  • Drähte aus verschiedenem Material (am besten Eisen und Kupfer gleicher Dicke)
  • Dünne Kerze zum zerschneiden
  • Kerze
  • Buchstapel

Versuchsvorbereitung
Schneide die dünne Kerze mit einem Messer in feine Scheiben und stanze in der Mitte(einschließlich Docht) ein Loch heraus, so dass Wachsringe entstehen. Lege zwei oder drei Drähte zwischen den Buchstapel wie im Foto gezeigt und fädle über jeden Draht mehrere Wachsringe. Die Ringe sollten jeweils gleichen Abstand vom Drahtende haben. Papier unterlegen damit es keine Wachsflecken gibt.  

Versuch
Zünde die Kerze an und erwärme damit die Drahtenden gleichzeitig. Beobachte das Abschmelzen der Wachsringe.

Arbeitsauftrag
Beschreibe kurz den Versuch und seine Ergebnisse und finde Gründe, warum das so ist.

Rettungsdecke

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Abb. 1 Temperaturmessung einer Hand mit Rettungsfolie, bzw. einer Plastikfolie
Geräte

  • Rettungsfolie
  • Plastikbeutel
  • Thermometer

Versuch
Wickle deine Hand (Arm) einmal in eine Rettungsfolie (Silberseite nach innen) und einmal in eine etwa gleich dicke Plastiktüte. Miss die Temperatur, die sich im inneren nach kurzer Zeit einstellt.

Anmerkung
Die Rettungsfolie ist aus einer auf einer Seite mit Aluminium "versilberten" und auf der anderen Seite "vergoldeten" Plastikfolie. Die Silberseite reflektiert Wärmestrahlung sehr gut, das Plastikmaterial leitet Wärme im Gegensatz zu reinem Aluminium schlecht.

Arbeitsauftrag
Beschreibe kurz den Versuch und seine Ergebnisse und finde Gründe, warum das so ist.

Isolation mit Tannengrün

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Abb. 1 Zwei Schüsseln mit gefrorenem Wasser. Eine Schüssel wird mit Tannengrün bedeckt. Wie schnell schmilzt das Wasser?
Geräte

  • 2 kleine Schüsseln
  • Wasser (2 x 150 mL)
  • Tannengrün

Durchführung

  • Befülle beide Schüsseln mit jeweils der gleichen Wassermenge (z.B. je 150 mL)
  • Stelle beide über Nacht in einen Gefrierschrank
  • Nimm die Schüsseln mit dem gefrorenen Wasser aus dem Gefrierschrank und stelle beide nebeneinander auf einen Tisch
  • Bedecke einer der beiden  Schüsseln mit Tannengrün (vgl. rechtes Bild) und lasse die andere unbedeckt

Arbeitsaufträge

Erstelle eine Hypothese zur Schmelzdauer des Eises in beiden Schüsseln!
Beobachte regelmäßig das (schmelzende) Eis in der nicht abgedeckten Schüssel (ca. einmal pro Stunde)
Wenn in der nicht abgedeckten Schüssel das Eis geschmolzen ist, entferne das Tannengrün von der anderen Schüssel: Was kannst du beobachten?

Hinweis
Je nach Wassermenge kann das vollständige Schmelzen des Eises mehrere Stunden dauern. Für den Versuch brauchst Du also ein wenig Geduld :)

Durch das Tannengrün wird der Luftaustausch zwischen dem kalten Eis und der Umgebungsluft behindert, sodass das Eis isoliert wird.
Aufgrund dieser isolierenden Wirkung wird Tannengrün auch zum Abdecken von Pflanzenwurzeln verwendet, um diese vor Frost zu schützen.