Natur und Technik für den Pflichtschulabschluss: Wärmetransport

In jeder Jahreszeit, können wir die Wärme der Sonne spüren, solang sie scheint und nicht von Wolken bedeckt wird. Die Sonnenstrahlung wärmt uns, auch wenn die Luft kalt ist und obwohl wir keinen direkten Kontakt zur Sonne haben. Die Sonnenstrahlung überträgt die Wärme der Sonne zu uns. Sie ist daher eine Art von Wärmestrahlung. Die Übertragung von Wärme ist eine Eigenschaft der elektromagnetischen Wellen. Eine relativ bekannte Art von Wärmestrahlung ist die Infrarotstrahlung (IR), die bei Wärmelampen, Mikrowellenherden und bei elektronischen Geräten angewandt wird. Die Wärmestrahlung ist die einzige Art von Wärmetransport, die sich in Vakuum ausbreitet. Wärmestrahlung ist also der Transport von Wärme aus der Ferne, auch in Vakuum, wie bei der Sonnenstrahlung.

Wärmetransport: Im kochenden Wasser findet Wärmeströmung statt: Warmes Wasser strömt nach oben und kaltes Wasser nach unten. Wenn man die Hände relativ nah hält, spürt man die Wärme aus der Ferne. Das ist Wärmestrahlung, wie bei der Sonnenstrahlung. Wenn man das Glas mit der Hand berührt, spürt man die Wärme direkt, man kann sich sogar verbrennen. Das ist Wärmeleitung.

Wenn wir andererseits ein Objekt anfassen, können wir spüren wie warm oder kalt es ist. Diese Form der Übertragung von Wärme, wenn zwei Körper in Berührung sind, wird „Wärmeleitung“ genannt. In diesem Fall bewegen sich die Teilchen des wärmeren Körpers schneller als die des kälteren. Durch Stöße werden dann die Teilchen des kälteren Körpers schneller (und des wärmeren langsamer). Der Transport von Wärme bei direktem Kontakt wird also Wärmeleitung genannt.

Wenn wir Wasser kochen, merken wir, dass das Wasser erst unten im Topf warm wird. Dieses warme Wasser hat eine kleinere Dichte und steigt daher auf. Dadurch wird das Wasser oben auch wärmer. Diese Art von Wärmetransport wird Wärmeströmung genannt. Sie kann bei sogenannten „Fluiden“ stattfinden, also bei Flüssigkeiten und Gasen. Wenn die Luft bspw. durch die Heizung wärmer wird, strömt sie nach oben und gleichzeitig kommt kältere Luft nach unten (wo sie dann von der Heizung durch Wärmeleitung auch aufgewärmt wird).

Wir haben also hier drei Formen des Wärmetransports (der Wärmeübertragung) erwähnt: die Wärmestrahlung, die Wärmeleitung und die Wärmeströmung.