Experimente mit Wärmestrahlung

Wärmeenergie bewegt sich von heißen Objekten zu kalten durch Leitung, Konvektion und Strahlung. Von diesen dreien erfordert nur die Strahlung keinen Kontakt; Die Sonne erwärmt die Erde, weil ihre Wärmestrahlung durch den leeren Raum wandert. Jedes warme Objekt wie die Sonne, ein Toaster oder der menschliche Körper gibt diese Energie ab, die als Infrarotstrahlung oder IR bezeichnet wird. Einfache Experimente zeigen Ihnen, wie es funktioniert.

Ein Radiometer, das für wenige Dollar in Wissenschaftsläden erhältlich ist, zeigt die Energie, die der Infrarotstrahlung innewohnt. Es hat eine versiegelte Glashülle, die wie eine klare Glühbirne ein Teilvakuum enthält. Im Inneren des Umschlags balancieren vier quadratische Flügel mit schwarzer und weißer Seite auf einem Nadellager. Wenn Sie das Radiometer mit Licht beleuchten, erwärmt sich die schwarze Seite mehr als die weiße Seite. Luftmoleküle prallen von beiden Seiten ab, aber die Wärmeenergie von der schwarzen Seite lässt sie stärker drücken. Dadurch werden die Flügel in Richtung der weißen Seite gedreht. Setzen Sie das Radiometer in helles Sonnenlicht und sehen Sie, wie schnell es sich dreht. Stellen Sie es dann vor direkter Sonneneinstrahlung und beobachten Sie, dass es sich langsamer bewegt.

Finden Sie mehrere Stoffartikel, wie Hemden oder Handtücher, in verschiedenen Farben. Legen Sie sie im hellen Sonnenlicht auf eine stabile, ebene Oberfläche. Fühlen Sie nach 15 bis 20 Minuten jeden einzelnen und notieren Sie, welcher der wärmste ist. Da dunkle Farben am wenigsten Sonnenlicht reflektieren, absorbieren sie die meiste Wärme. Helle Farben reflektieren das meiste Sonnenlicht und bleiben dadurch kühler.

Sammeln Sie fünf Kaffeetassen, die bis auf die Farbe identisch sind. Lassen Sie ein oder zwei Minuten lang heißes Wasser aus einem Wasserhahn laufen, bis es seine maximale Temperatur erreicht hat. Füllen Sie die Tassen mit heißem Wasser und stellen Sie sie in einen dunklen, kühlen Raum. Legen Sie ein Thermometer in jedes und warten Sie 20 Minuten. Lesen Sie das Thermometer in jeder Tasse ab und vergleichen Sie die Temperaturen und Farben. Die dunkelsten Farben sollten am kühlsten gelesen werden, da sie Wärmeenergie genauso gut absorbieren, wie sie auch effizienter abstrahlen als helle Farben.

Besorgen Sie sich einen „Solarschlauch“-Ballon und nehmen Sie ihn an einem ruhigen, sonnigen Tag mit nach draußen. Der Ballon ist mehrere Meter lang und aus dunklem Kunststoff. Im Schatten mit kühler Luft aufblasen. Befestigen Sie eine Drachenschnur am Ballon und bringen Sie ihn an einen sonnigen Ort. Halte die Schnur fest. Schließlich führt die Wärmestrahlung der Sonne dazu, dass sich die Luft im Inneren ausdehnt und der Ballon vom Boden aufsteigt. Die wärmere Luft im Inneren hat eine geringere Dichte als die Außenluft, sodass der Ballon schwebt.