Wärmeenergie kann sich in Stoffen ausbreiten und auf andere Stoffe übergehen. Wärmetransport ist also der Transport von Energie in Form von Wärme über mindestens eine thermodynamische Systemgrenze hinweg. Die Wärmeübertragung erfolgt in Richtung der Orte mit tieferen Temperaturen. Es gibt drei Arten von Wärmetransportvorgängen:
Wärmeleitung
Die Wärmeleitung funktioniert über frei bewegliche Moleküle, die die Wärme transportieren. Es gibt sowohl gut als auch schlecht leitende Stoffe. Metalle gehören zu den guten Wärmeleitern, Flüssigkeiten und Gase sind dagegen schlechte Wärmeleiter, auch Wärmeisolatoren genannt.
Wärmekonvektion
Anders als bei der Wärmeleitung wird bei der Wärmekonvektion (Wärmemitführung) die Wärme in einem Stoff transportiert. Das geschieht in erster Linie über strömende Gase und Flüssigkeiten und ist meist auch nicht zu verhindern. Ein Beispiel ist das Aufsteigen von warmer Luft über durch die Sonne erwärmtem Land. Es entstehen Winde, die sich Vögel zunutze machen.
Wärmestrahlung
Die dritte Art der Wärmeübertragung ist die Wärmestrahlung. Die Wärme der Sonne erreicht die Erde, obwohl die Sonne 150 Millionen Kilometer entfernt ist und sich dazwischen das Vakuum des Weltalls befindet. Es kann also keine Wärmeleitung oder Wärmekonvektion stattfinden. Da sich die Wärmestrahlung genauso wie Licht verhält, kann sie reflektiert oder abgeschirmt werden und lichtdurchlässige Stoffe wie Glas durchdringen. Die Wärmestrahlung ist eine elektromagnetische Strahlung, die keinen Träger braucht, um sich auszubreiten.
Licht und Wärmestrahlung unterscheiden sich nur in ihrer Wellenlänge. Licht ist eine kurzwellige, Wärme eine langwellige Strahlung. Beide werden gleichermaßen von matten, dunklen Körpern absorbiert und von hellen oder glänzenden Körpern reflektiert.
Arbeitsauftrag 1
- Lies dir die Infotexte zu Wärmeleitung, Wärmekonvektion und Wärmestrahlung aufmerksam durch.
- Schau dir die folgenden acht praktischen Beispiele an, in denen Wärmetransport eine Rolle spielt. Ordne jeweils zu, ob es sich im Beispiel hauptsächlich um Wärmeleitung, Wärmekonvektion oder Wärmestrahlung handelt.
Arbeitsauftrag 2
- Unten siehst du drei Experimente, die geeignet sind, Wärmeleitung, Wärmekonvektion oder Wärmestrahlung nachzuweisen. Finde heraus, welches Experiment sich mit welcher Form des Wärmetransports beschäftigt.
Experiment 1
Beschreibung
Eine Eisenstange wird an einem Ende erhitzt. Auf der Stange befinden sich in Abständen drei Wachstropfen.
Form des Wärmetransports:
Experiment 2
Beschreibung
In einem Vakuum wird eine Rotlichtlampe eingeschaltet, die auf ein Thermometer gerichtet ist.
Form des Wärmetransports:
Experiment 3
Beschreibung
In eine mit Wasser gefüllte Röhre wird etwas gefärbtes Wasser hinzugegeben. Die Röhre wird an einer Ecke erhitzt.
