Wärmeenergie ist ein grundlegendes Konzept der Physik, mit dem alle Studierenden vertraut sein sollten. Glücklicherweise bietet sich thermische Energie für einige einfache, beobachtbare und faszinierende Experimente an, um junge Studenten mit der Wissenschaft der Wärme vertraut zu machen. Experimente können die Wärmeaufnahme verschiedener Farben, den Brandschutz, die Schaffung von Arbeit und die Rolle der Isolierung zeigen, um nur einige zu nennen.
Farbe und Wärme
Eines der einfachsten Experimente zur thermischen Energie besteht darin, zu demonstrieren, wie verschiedene Farben Sonnenenergie unterschiedlich absorbieren. Wickeln Sie zunächst mehrere identische Trinkgläser in verschiedenfarbiges Papier ein. Füllen Sie dann jedes Glas mit der gleichen Menge Wasser. Lassen Sie die Gläser anschließend eine Stunde lang direkter Sonneneinstrahlung. Überprüfen Sie abschließend die Temperatur jedes Glases Wasser.
Thermische Energie und Arbeit
Obwohl wir es nicht sehen können, kann thermische Energie für uns Arbeit tun. Um dies zu demonstrieren, legen Sie einen Ballon und eine 1-Liter-Flasche für fünf Minuten in einen Gefrierschrank. Als nächstes füllen Sie eine Schüssel mit lauwarmem Wasser. Setzen Sie die Mündung des Ballons über die Öffnung der 1-Liter-Flasche und stellen Sie die Flasche in die Schüssel mit warmem Wasser. Der Ballon sollte sich aufblasen, wenn sich die Luft in der Flasche erwärmt. Als nächstes, während der Ballon immer noch über den Flaschenmund gestreckt ist, legen Sie die Flasche in eine Schüssel mit Eiswasser. Der Ballon sollte dann nach unten schrumpfen und entleeren. Die Arbeit des Aufblasens und Entleerens des Ballons wurde durch thermische Energie erreicht.
Feuerfester Ballon
Demonstrieren Sie die Wärmeleitung und -konvektion, indem Sie zwei Ballons füllen: einen mit kaltem Wasser und einen mit Luft. Zünde ein Streichholz an und halte es unter den luftgefüllten Ballon – er sollte platzen. Zünde ein weiteres Streichholz an und halte es unter den mit Wasser gefüllten Ballon. Es sollte intakt bleiben, da das Wasser im Ballon die Wärme von der Oberfläche des Ballons ableitet. Diese Wärmeleitung und -konvektion verhindert, dass der Ballongummi eine Schmelztemperatur erreicht, dh der Ballon platzt nicht.
Isolieren eines Objekts, um den Verlust von Wärmeenergie zu verhindern
Isolierung kann verwendet werden, um zu verhindern, dass Wärmeenergie in eine Substanz eindringt oder sie verlässt. Um die Wirksamkeit verschiedener Isolierungsarten zu bestimmen, gießen Sie zunächst die gleiche Menge heißes Wasser in vier verschiedene Gläser. Nehmen Sie die Temperatur des Wassers in jedem Glas. Als nächstes bedecke jedes Glas gleich, aber mit einer anderen Art von Isolierung: Aluminiumfolie, Zeitungspapier, Luftpolsterfolie und eine Wollsocke. Lassen Sie die Gläser 10 Minuten lang stehen und messen Sie dann die Temperatur jedes Glases, um zu sehen, welche Art von Isolierung die meiste Wärmeenergie speichert.