14 6 Wärmeleitung Hält man einen Kupferstab mit dem einen Ende in eine Flamme, so wird auch das andere Ende bald heiß. Ein brennendes Streichholz kann man dagegen halten, bis die Flamme fast die Finger erreicht. Versuch: Befestige einen Kupferstab an einem Stativ, klebe eine Anzahl von Wachskügelchen daran und erwärme ihn am freien Ende (Abb. 6.1). Was beobachtest du? Die Kügelchen fallen nacheinander ab und zeigen damit, dass die Wärmeenergie im Metallstab fortschreitet. Diese Ausbreitung der Wärmeenergie nennt man Wärmeleitung (heat conduction). Dabei stoßen die heftiger schwingenden Atome oder Moleküle mit ihren langsameren Nachbarn zusammen und erhöhen so deren Geschwindigkeit. Versuch: Wiederhole den vorigen Versuch mit zwei gleich langen und gleich dicken Stäben aus Eisen bzw. Kupfer. Von welchem Stab fallen die Wachskügelchen früher herunter? Wir erkennen: Kupfer leitet die Wärmeenergie besser als Eisen. Anstatt Wachskügelchen anzukleben kann man die Stäbe auch mit einem Thermofarbstoff, dessen Farbe sich bei einer bestimmten Temperatur ändert, bestreichen. Am Fortschreiten des Farbumschlags erkennt man die Ausbreitung der Wärmeenergie. Je nachdem wie schnell die Wärmeenergie zwischen den Atomen und Molekülen eines Stoffes weitergegeben wird, unterscheiden wir gute und schlechte Wärmeleiter. Die Metalle, vor allem Silber und Kupfer, sind gute Wärmeleiter. Weniger gute sind die meisten Mineralien, gebrannter Ton usw. Schlechte Wärmeleiter heißen auch Wärmeisolatoren (heat insulator). Zu ihnen gehören Glas, Holz, Asche, Haare, Stroh, Sägespäne, Wolle, Seide, Daunen, Kunststoffe, Schnee, Eis. Versuch: Fülle eine Proberöhre mit Wasser und erhitze ihr oberes Ende (Abb. 6.2). Das Wasser wird an dieser Stelle siedend heiß. Es bleibt aber im unteren Teil der Proberöhre so kalt, dass man sie dort mit der Hand halten kann. Was schließt du daraus? Wasser und auch andere Flüssigkeiten – mit Ausnahme flüssiger Metalle – leiten die Wärmeenergie schlecht. Besonders schlechte Wärmeleiter sind Gase, z. B. die Luft. Für Wasserdampf zeigt dies der Versuch von Leidenfrost1. Versuch: Beobachte einen Wassertropfen auf einer heißen Herdplatte (Abb. 6.3). Im Vakuum findet überhaupt keine Wärmeleitung statt. Was fehlt dazu? Begründe deine Antwort. Kannst du nun erklären, warum bei einer Thermoskanne (Abb. 6.4) praktisch keine Wärmeleitung nach außen bzw. nach innen möglich ist? Warum sind Pfannengriffe aus Holz oder Kunststoff gefertigt? 6.3 Versuch von Leidenfrost: Ein Wassertropfen „tanzt“ auf einer heißen Platte. An seiner Unterseite bildet sich eine Dampfschicht. 6.2 Wasser ist ein schlechter Wärmeleiter. Es siedet im oberen Teil der Proberöhre, während man diese weiter unten mit der Hand halten kann, ohne sich zu verbrennen. 6.1 Die Wachskügelchen fallen nacheinander ab und zeigen damit die Wärmeleitung im befestigten Stab an. 1 Johann Leidenfrost (1715–1794), deutscher Arzt und Physiker Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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