Warm oder kalt

Hier oben auf dem 3600 m hohen Tödi ist es sehr kalt. Der Tödi liegt im Kanton Glarus in der Schweiz. Im Sommer hat es immer wieder Plusgrade. Wenn Niederschlag kommt, schneit es so gut wie immer und im Winter zeigt das Thermometer dauerhaft Minusgrade an. Warst du schon einmal auf einem schneebedeckten Berg? Auf dieser Seite kannst du uns begleiten. Wir haben den Berg für dich erkundet.

Die Außentemperatur zeigt hier oben 5 °C an. Bei dem Nebel ist dies ziemlich ungemütlich. Welche markanten Temperaturen kennst du?

Feste, flüssige, gasförmige Körper dehnen sich bei Wärme aus und ziehen sich beim Abkühlen wieder zusammen.

So auch das Eis. Auch wenn die Lage der Spalten in einem Gletscher durch die Topologie vorgegeben sind, bricht das Eis vorzugsweise wenn es wärmer wird, da der Gletscher sich ausdehnt.

Dieses Verhalten kann man bspw. auch bei mit Blech gedeckten Dächern beobachten. Wenn es nachts abkühlt hört man manchmal ein dumpfes Knacken. Auch bilden sich bei hohen Temperaturen Risse im Teer. Finde einige Ausdehnungskoeffizienten von festen Körpern heraus.

Selbst wenn das Eis oben nur an wenigen Tagen taut, schiebt es die Gletschermassen ins Tal und dann taut es. Nun verhält sich Wasser im Gegensatz zu anderen Stoffen nicht normal. Bei 4 °C zieht sich das Wasser am meisten zusammen. Man sagt es hat die größte Dichte und somit das kleinste Volumen. Oberhalb und unterhalb von dieser Temperatur dehnt es sich aus.

Gefriert Wasser zu Eis dehnt es sich durch die Kristalisation sogar um 9 % aus. Kühlt das Eis allerdings weiter ab zieht es sich wieder zusammen, d.h. das Volumen wird kleiner. Man sagt die Dichtekurve des Wassers ist anormal.

Wusstest du das Wasser mit der größten Dichte wegen der Erdanziehungskraft nach unten sinkt? Sowohl wärmeres als auch kälteres Wasser sammelt sich automatisch an der Oberfläche.

Abends in der Hütte wärmt uns das Feuer. Die wohltuende Strahlungswärme des Ofens lässt unsere kalten Hände auftauen.

Neben der Strahlungswärme (Wärme die sich ohne einen Stoff ausbreitet) hat der Ofen noch Lüftungsgitter aus denen warme Luft strömt. Wenn Wärme so mit einem Stoff weitergegeben wird spricht man von Strömungswärme oder Konvektion (lat. convectum = mittragen).

Das Metall am Ofen leitet die Wärme, ohne dass es sich mit bewegt. Metall ist ein sehr guter Wärmeleiter. Holz, Kunststoff und Luft sind sehr schlechte Wärmeleiter.

Viele Berghütten haben keine Stromversorgung. Um im Sommer warmes Wasser aufzubereiten setzt man auf deren Dächern Sonnenkollektoren ein.

Die Sonnenstrahlen erwärmen Wasser in einem spiralförmig gelegten Schlauch in dem Sonnenkollektor. Dabei absorbiert der schwarze Schlauch die Wärme und gibt diese an das Wasser weiter.

Baue einen eigenen Sonnenkollektor mit einem schwarzen Schlauch. Stell ihn in die Sonne und lass Wasser durchlaufen. Miss die Wassertemperatur am Ein- und Auslauf und vergleiche sie. Versuche verschiedene Durchflussgeschwindigkeiten zu testen.

Unserer Hündin Emma ist es auch in den Bergen nicht zu kalt. Ihr warmes Fell ist ein gutes Luft­pol­ster. Stehende Luft leitet die Wärme bekanntlich schlecht. Man spricht auch von einem guten Isolator.

Im Hausbau setzt man deshalb Styropor oder Holzfasern zur Wärmedämmung ein. Dabei muss man darauf achten, dass keine Wärmebrücken, wie Stahlbeton am Rand vorhanden sind.

Stahlbeton hat eine Wärmeleitfähigkeit $\lambda$ (gr. lambda) von 2,1 W/(mK), Styropor nur 0,035 W/(mK). Man berechnet den Wärmedurchgangskoeffizient $U$ in W/(Km²) durch eine n-schichtige Wand zu: