Hin­wei­se

441 Wär­m­emp­fin­den und En­er­gie­über­tra­gung

• En­er­gie­bo­x_2: Hart­schaum­kunst­stoff-Plat­te, matt­schwarz la­ckier­te Me­tall­plat­te, In­fra­rot-Ther­mo­me­ter
• versch. Ge­gen­stän­de, die gut mit Hand­flä­che zu be­rüh­ren sind, z.B.: Sta­tiv­stan­ge, Holz(faser)plat­te, Stoff-/Tep­pich­stück, Ke­ra­mik-Flie­se, Plas­tik­be­cher

• Ge­gen­stän­de füh­len sich un­ter­schied­lich warm an, ob­wohl sie die glei­che Tem­pe­ra­tur haben.
• Ent­schei­dend ist hier­für, wie gut der Stoff, aus dem der Ge­gen­stand be­steht, die En­er­gie weg­lei­tet

Fach­li­cher Hin­ter­grund und tech­ni­sche Hin­wei­se:

• Da die Um­ge­bungs­tem­pe­ra­tur in der Regel nied­ri­ger ist als die Kör­per­tem­pe­ra­tur des Men­schen, gibt ein Mensch durch ther­mi­schen En­er­gie­trans­port stän­dig En­er­gie an die Um­ge­bung ab.
• Die ent­schei­den­de phy­si­ka­li­sche Größe für das Wär­me­emp­fin­den ist nicht die Um­ge­bungs­tem­pe­ra­tur, son­dern wie viel En­er­gie pro Zeit­span­ne an der Haut­ober­flä­che ther­misch ab­ge­ge­ben (oder auf­ge­nom­men) wird. Neben der Um­ge­bungs­tem­pe­ra­tur spielt hier die Wär­me­leit­fä­hig­keit und die Wär­me­ka­pa­zi­tät der Kör­per in der Um­ge­bung eine we­sent­li­che Rolle. Des­we­gen füh­len sich Kör­per ver­schie­den warm an, ob­wohl sie die glei­che Tem­pe­ra­tur haben. (Das ist ein we­sent­li­ches Lern­hin­der­nis beim Ver­ständ­nis des Tem­pe­ra­tur­aus­gleichs („ther­mi­sches Gleich­ge­wicht“)).
• Die En­er­gie­über­tra­gung durch Wär­me­lei­tung fin­det immer nur bei einem Tem­pe­ra­tur­un­ter­schied statt. Der En­er­gie­trans­port ist dabei we­sent­lich lang­sa­mer als bei der Kon­vek­ti­on und der Wär­me­strah­lung. Wär­me­lei­tung fin­det bei jedem Ag­gre­gat­zu­stand statt. In Gasen ist sie we­sent­lich schlech­ter als in Flüs­sig­kei­ten und Fest­kör­pern. Me­tal­le sind gute Wär­me­lei­ter, Ma­te­ria­li­en, die Luft ein­ge­schlos­sen haben, schlech­te. Letz­te­res ist Grund­la­ge der Wär­me­däm­mung (s. 4601_Hin­wei­se.docx).
• Für den En­er­gie­haus­halt des mensch­li­chen Kör­pers (und bei Tie­ren) spielt die Wär­me­lei­tung prak­tisch keine Rolle, da Luft und Was­ser schlech­te Wär­me­lei­ter sind.
• 3B-Sci­en­ti­fic bie­tet die Plat­ten als „Ge­rä­te­satz Wär­me­leit­fä­hig­keit“ (U45055, <40€) an. Man kann sie aus Bau­markt­ma­te­ria­li­en (8 Sätze <10€) selbst her­stel­len (s. 4403_­En­er­gie­bo­x_2.docx).
• Als Ober­flä­chen­ther­mo­me­ter ei­ge­nen sich In­fra­rot-Ther­mo­me­ter (<20€, Elek­tro­nik­ver­sand z.B. Con­rad, Vo­elk­ner). Ge­rä­te mit Laser soll­ten nicht von Schü­le­rin­nen und Schü­lern ge­nutzt wer­den!
  Al­ter­na­ti­ve kann man Di­gi­talther­mo­me­ter mit fle­xi­bler Mess­lei­tung be­nut­zen.

Di­dak­ti­sche und me­tho­di­sche Hin­wei­se:

• Im Vor­der­grund steht die En­er­gie­über­tra­gung durch Wär­me­lei­tung, nicht die Wär­me­lei­tung als Pro­zess.
• Die bei­den Plat­ten wir­ken auf­grund des glei­chen Aus­se­hens über­ra­schend. Prin­zi­pi­ell kön­nen der erste Teil auch mit All­tags­ge­gen­stän­den und Rau­mein­rich­tung (Tisch­plat­te, Stuhl­bein usw.) durch­ge­führt wer­den.
• Die Schü­le­rin­nen haben i.d.R. keine Vor­stel­lung von der Tem­pe­ra­tur eines Ge­gen­stan­des. Es wer­den Tem­pe­ra­tu­ren zwi­schen 0 °C und 30 °C ge­nannt, selbst wenn die Raum­tem­pe­ra­tur ge­nannt wird.
• 4413_A­B1_Wa­er­me­emp­fin­den.docx:
• IR-Ther­mo­me­ter bei erst nach Auf­ga­be 1 aus­ge­ben.
• Auf­ga­be 3: Eine ge­schlos­se­ne Er­klä­rung ist nicht er­war­tet. (Häu­fig wird die glei­che Tem­pe­ra­tur, aber nicht das un­ter­schied­li­che Wär­me­emp­fin­den er­klärt.) Die Ver­schrift­li­chung der Ver­mu­tung stellt die ko­gni­ti­ve Ak­ti­vie­rung si­cher, d.h. 4414_A­B2_Wa­er­me­emp­fin­den.docx soll­te erst da­nach aus­ge­ge­ben wer­den.