Vorbereitungen
Die Konstanthaltung der Körpertemperatur ist für Menschen und Säugetiere von überlebenswichtiger Bedeutung. Die Behinderung des Temperaturangleichs in Luft nutzen Menschen und Säugetiere gleichermaßen zu diesem Zweck. Menschen schützen sich vor Unterkühlung durch Kleidung, da diese den Temperaturangleich dadurch verhindert, dass die in ihr enthaltene Luft den Abtransport warmer Luft verringert. (Schützende Kleidung enthält in der Regel viel Luft. Bei diesen Luftpolstern wird die Konvektion verhindert.) Tiere schützen sich in ähnlicher Weise durch ein Fell. Vor Überhitzung schützen sich Menschen durch die beim Schwitzen entstehende Verdunstungskälte. Die Behandlung dieser Themen im Sachunterricht ist von hoher alltagweltlicher Bedeutung und ermöglicht gleichzeitig die Behandlung wichtiger Grundbegriffe der Wärmelehre.
Versuch 1: Kann man Eiswürfel mit einer Wollmütze schneller zum Schmelzen bringen?
Material
- Ohr-Fieberthermometer
- eine Wollmütze
- einige Eiswürfel
- Teller
Versuchsdurchführung
Einige Eiswürfel werden auf den Teller gelegt, einige in eine Wollmütze gesteckt (Abb. 1).
Abb. 1
Sodann werden die Schülerinnen und Schüler gebeten, Vermutungen darüber zu äußeren, welche Eiswürfel schneller schmelzen werden. In regelmäßigen Abständen wird überprüft. Es ist zu beobachten, dass die Eiswürfel auf dem Teller schneller schmelzen, da die in der Wolle der Mütze enthaltene Luft (als schlechter Wärmeleiter) einen raschen Temperaturangleich verhindert.
Versuch 2: Behindert Wolle/Fell den Temperaturangleich?
Material
- ein Stück eines Tierfells oder eines Kunstpelzes oder eine Wollmütze
- zwei gleiche Gläser mit heißem Wasser
- zwei Thermometer
Versuchsdurchführung
Eines der beiden mit heißem Wasser gefüllten Gläser wird in das Fell gewickelt, das andere bleibt einfach so stehen (Abb. 2).
Abb. 2
In regelmäßigen Intervallen wird die Temperatur des Wassers gemessen. Es wird festgestellt, dass das Wasser in dem in das Fell eingewickelten Glas über einen längeren Zeitraum hinweg warm bleibt.
Versuch 3: Warme Luft steigt nach oben, kalte Luft strömt nach
Material
- eine spiralförmig geschnittene Papierschlange mit dünner Schnur am Kopf zum Halten
- eine Herdplatte oder eine Kerze
Versuchsdurchführung
Die Papierschlange wird über die Herdplatte gehalten. Nach kurzer Zeit beginnt sie sich zu drehen. Dies geschieht durch die Kraftwirkung der nach oben strömenden warmen Luft. Kalte Luft strömt von den Seiten nach.
Alternativ: Betrachtet man die Luft über einer Kerzenflamme genau, kann man sehen, dass die warme Luft über der Flamme nach oben wegströmt.