Wärmelehre

Wärmetransport

Wärmekonvektion

  • Warum werden Häuser mit Schaumstoffen gedämmt?
  • Wie bleiben Tiere im Winter warm?
  • Wie kommt eigentlich die Wärme der Sonne zur Erde?

Wärmekonvektion

Wärmekonvektion im Modell einer Warmwasserheizung

Den folgende Versuch und den hierin stattfindenden Wärmetransport kannst du analog als Modell für eine Warmwasserheizung (ohne Pumpe) verstehen.

Aufgabe
  1. Beschreibe mithilfe des Videos, welche Gegenstände im Versuchsaufbau Bestandteilen einer Warmwasserheizung entsprechen.
  2. Erkläre das Zustandekommen des Wärmetransportes mit deinen eigenen Worten.
Lösung
  1. Der Bunsenbrenner stellt den Heizkessel im Keller dar, da er für das Erhitzen des Wassers zuständig ist und die Glasrohre stehen für die Rohre, die vom Keller in die Wohnung bzw. von der Wohnung in den Keller führen.
  2. Das durch den Bunsenbrenner links unten erwärmte Wasser hat eine etwas kleinere Dichte als das umgebende Wasser. Aufgrund der Auftriebskraft steigt das Wasser nach oben. Es stellt sich ein Kreislauf ein, mit dessen Hilfe das warme Wasser im Uhrzeigersinn durch die Anlage getrieben wird. Es findet eine Wärmetransport durch den Transport der Wasserteilchen, also Konvektion, statt.

Hinweis: Bei modernen Warmwasserheizungen verwendet man eine Umlaufpumpe, damit der Wasserkreislauf schneller in Gang kommt.

Positionierung eines Heizkörpers

In manchen Altbauwohnungen befinden sich die Heizkörper für die Zimmer nicht unter dem Fenster, sondern auf der dem Fenster gegenüberliegenden Zimmerseite. Diese Anordnung des Heizkörpers ist sehr ungünstig, da die kalte Luft die von außen durch das Fenster in das Zimmer dringt, zum Boden abfällt und die warme Luft über dem Heizkörper aufsteigt. Eine Person bekommt in diesem Zimmer leicht kalte Füße, während die warme Luft in der Nähe der Zimmerdecke ist.
  Ist der Heizkörper direkt unter dem Fenster angebracht, so durchmischen sich die warme Luft, die über dem Heizkörper aufsteigt und die kalte Luft, die vom Fenster auf den Boden sinkt. Somit kommt es nicht zu der kalten Luftschicht am Boden.
 

Strömungsverhältnisse im Modellversuch zeigen

Man kann die Strömungsverhältnisse in einem Modellzimmer nachbilden:
Als Modellzimmer dient ein wassergefülltes Aquarium, als Modellofen ein 2kg-Massenstück, das zuvor in kochendem Wasser erwärmt wurde. Als Modellfenster wählen wir eine Plastikbox mit Löchern, in die Eiswürfel gefüllt wurden. Die im Wasser auftretenden Strömungen können im Schattenwurf gut beobachtet werden (Schlierenbildung).
Die Uni Würzburg bietet hier einen weiteren kleinen Film zur Konvektion
Druckversion