A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 9 Ω
Das Banner der Rhetos-Website: zwei griechische Denker betrachten ein physikalisches Universum um sie herum.

Lupen-Albedo-Versuch

Physik

© 2025


Definition｜ Material｜ Kurzanleitung｜ Video｜ Beobachtungen｜ Erklärung｜ Die Materialien｜ Styrodur (XPS)｜ Polypropylen (PP)｜ Polystyrol (PS)｜ Anwendungen｜ Versuchsideen｜ Fußnoten


Definition


Ein Brennglas von 8 cm wirksamen Durchmesser konnte bei heiß scheinender Sonne in wenigen Sekunden Holz oder Papier verkohlen. Ein hell weiß glänzendes Stück Styrodur aus einem Bastelbedarfsladen hingegen konnte mit derselben Lupen noch nicht einmal ansatzweise geschrumpft, geschmolzen oder gar verkohlt werden. Das änderte sich aber drastisch, nachdem die Albedo des Styrodurs auf einfachste Weise verändert wurde.

Material


  • Ein Filzstift mit dunkler Farbe: schwarz, braun, blau etc.
  • Alternativ: etwas Erde, Dreck

Kurzanleitung


Nimmt ein Stück Styrodur, so groß wie eine Münze oder beliebig viel größer. Die Größe oder auch die Dicke sind für den Effekt nicht wichtig. Bemale eine Seite des Styrodurs mit dunkler Farbe. Oder streue alternativ etwas dunklen Dreck oder Erde darauf.

Lege des Styrodur dann im Freien auf einen Untergrund, der durch Hitze oder Feuer keinen Schäden nehmen kann. Ein großer Stein ist ideal. Dann halte die Lupe so in die hellen Sonnenstrahlen, dass auf der hellen Fläche des Styrodurs ein möglichst kleiner und heller Punkt entsteht. Bei typischen Lupenist die Lupe dann zum Beispiel etwa 20 cm von dem Styrodur entfernt.[2] Es sollte dir nicht gelingen, das Styrodur anzuschmelzen, zu erweichen oder gar zu verkohlen.

Nun richte das Brennglas auf die verdunkelte Seite des Styrodurs. Wenn du das Licht ganz eng dort gebündelt hast, wird es nicht lange dauern, bis das Styrodur stark schrumpft oder sogar verkohlt.

Video




Mit einer handelsüblichen Leselupe wird das Licht von einer Fläche von etwa 50 cm² auf einen kleinen Punkt von vielleicht 0,1 cm² gebündelt, also in seiner Wirkung gut 500 mal verstärkt. Das ist mehr Heizleistung pro Fläche, als eine Herdplatte ergibt. Dennoch: durch die starke Rückstrahlfähigkeit heller Flächen, der sogenannten Albedo, bekommt man helle Flächen damit weder angeschmolzen noch verkohlt. Erst eine Verdunkelung der Flächen bringt den gewünschten Brandeffekt.

Beobachtungen


  • Bei sommerlicher Mittagssonne kann man mit einer Lupe mit 8 cm Durchmesser Holz binnen weniger Sekunden verkohlen.
  • Hellweißes Styrodur kann man bei gleicher Behandlung noch nicht einmal geringfügig anschmelzen.
  • Mit einem Filzstift, Erde oder Staub verdunkteltes Styrodur schrumpft und verkohlt sofort.
  • Sogar ein einzelnes kleinstes Erdkörnen kann einen großen Krater vom Zigfachen seiner eigenen Größe in das Styrodur einbrennen.[1]

Erklärung


Je heller eine Oberfläche ist, desto besser wirft sie Licht zurück, das auf sie trifft. Man spricht von einer Reflexion. Das helle Styrodur reflektiert einen so großen Anteil der auftreffenden Sonnenstrahlen, dass das Styrodur gar nicht nennenswert Wärme aufnimmt. Dunkle Flächen aber schlucken die auftreffenden Lichtstrahlen und damit auch deren Wärme. Wie stark eine Oberfläche Strahlung zurückwirft nennt man in der Physik und in den Geowissenschaften die Albedo ↗

Die Materialien


Styrodur (XPS)


  • Dichte nach DIN EN 1602: 0,028 g/cm³[13]
  • Wärmeleitfähigkeit ca. 0,033 W/(m·K)[13]
  • Maximum Service Temperature, Air nach DIN DIN EN 14706: 75.0 °C[13]

Polypropylen (PP)


  • Dichte: 0,92 g/cm²[12]
  • DSC Melting Point Homopolymer: 160 °C - 165 °C[8]
  • DSC Melting PointCopolymer 135 °C – 159 °C[8]
  • Kristallitschmelzbereich ISO 11357-3: 162 °C bis 165 °C[12]
  • Wärmeleitfähigkeit DIN 52612-1: 0,2 W/(m·K)[12]
  • Wärmekapazität DIN 52612: 1,70 KJ/(Kg·K[12]
  • Linearer Ausdehnungskoeffizient DIN 53752 120·10⁻⁶ bis 190·10⁻⁶ pro K[12]
  • Einsatztemperatur langfristig: 30 bis 100 °C[12]
  • Einsatztemperatur kurzzeitig (max.): 150 °C[12]
  • Vicat Erweicherungstemperatur DIN EN ISO 75: 85°C[12]

Polystyrol (PS)


  • Vicat Erweichungstemperatur 10 N-120°C: °C 100 °C[10]
  • Vicat Erweichungstemperatur 50 N-120°C: °C 92 °C[10]
  • Wärmeleitfähigkeit nach DIN 52612: 0,16 W/(m·K)[10][11]
  • Spez. Wärmekapazität ASTM D-2766: 1,80 J/(kg·K)[10][11]
  • Thermischer Wärmedehnungskoeffizient: 8·10⁻⁵ pro K[11]
  • Formbeständigkeitstemperatur (HDT A) ISO 75-2: 86 °C[11]

Anwendungen


  • Gletscher in Gebirgen oder das "ewige Eis" rund um die Polkappen sind normalerweise sehr hell und werfen viel Sonnenlicht wieder zurück in die Lufthülle. Wenn aber Schmutz, etwa Saharastaub, auf der Oberfläche ist, schmelzen die Eismassen dort viel schneller als an anderen Stellen. Der Effekt kann zum Beispiel von Algen[4], Wüstenstaub[5] oder Wasserlachen[6] hervorgerufen werden.
  • Um Häuser gegen Überhitzung zu schützen, streichen viele Bewohner ihre Häuser möglichst hellweiß. Das kann man zum Beispiel gut in Griechenland oder auch in Nordafrika beobachten.
  • Heller Asphalt und helle Dächer können das Aufheizen von Städten bei Hitzewellen abmildern.
  • Abtauendes Eis an den Polkappen der Erde führt zu einem Teufelskreis: je mehr Eis abgetaut ist, desto leichter kann der Untergrund Wärme aufnehmen. Dadurch wird der Vorgang der Erwärmung von selbst immer schneller. Man spricht von einem Teufelskreis ↗

Versuchsideen


  • Schreibe mit einem dünnen und dunklen Stift deinen Namen in Styrodur: gehst du großflächig mit dem Brennglas über diese Fläche, wird dein Name sozusagen in die Fläche eingebrannt.
  • Baue aus hellweißem Styrodur zwei baugleiche Häuser. Bemale das Dach eines der Häuser schwarz. Stelle beide Häuser an dieselbe Stelle in die heiße Mittagssonne. Miss mit einem Thermometer die Temperatur im Inneren jedes der Häuser.

Fußnoten


  • [2] Die Entfernung aus der eine Lupe das Licht am besten auf einen ganz kleinen Punkt bündeln kann nennt man die Brennweite ↗
  • [3] Die Beoabachtung, dass schon ein kleinstes Körnchen dunkler Erde einen riesigen Krater in das Styrodur schmelzen kann, ohne dass es dabei selbst verbrennt, machte ein fast 15 Jahre alter Junge. Es fällt bei der Durchführung solcher Experimente immer wieder auf, wie sehr gerade Personen, die etewas zum ersten Mal betrachten, Details entdecken, die anderen bisher entgangenen waren.
  • [4] Schon Grünalgen, die auf der Oberfläche des Eises gedeihen, verdunkeln das Eis so stark, dass der Effekt der beschleunigten Erwärmung gemessen werden kann: M. Stibal et al.: Algae drive enhanced darkening of bare ice on the Greenland ice sheet. Geophysical Research Letters, 44, 11,463–11,471. 2017. Online: https://doi.org/10.1002/2017GL075958
  • [6] Tümpel von Schmelzwasser setzen die Albedo von Eisflächen herab und sind damit einer der wichtigsten Antriebsprozesse arktischer Klimaveränderung: "When investigating the major drivers of Arctic change, the ice albedo feedback is described as one of the main processes spurring the melt of sea ice " In: Radiance Calmer et al.: Relationships between summertime surface albedo and melt pond fraction in the central Arctic Ocean: The aggregate scale of albedo obtained on the MOSAiC floe. Elementa: Science of the Anthropocene 5 January 2023; 11 (1): 00001. Online: https://doi.org/10.1525/elementa.2023.00001
  • [7] Joghurtbecher bestehen oft aus Polyproplyen (PP) oder aus Polystyrol (PS): die Vorteile von Polypropylen (PP) ist Joghurtbechern eine höhere Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit, Robustheit, Lebensmittelechtheit sowie auch eine bessere Recyclingfähigkeit. Polystyrol hingegen hat den Vorteil einen klareren Optik und günstigeren Herstellung, ist aber spröde und bei Hitze kann unerwünschtes Styrol abgeben werden, was ökologisch und gesundheitlich problematisch ist. Siehe auch Polypropylen ↗
  • [8] Die Wärmeleitfähigkeit gilt für 0 % Wassergehalt, also trockenes Styrodur. Bei höheren Wassergehalten nimmt die Wärmeleitfähigkeit zu.
  • [9] Typical Engineering Properties of Polypropylene. Produktinformatio der Firma: Ineos. Olfins and Polymers. Texas, USA. Abgerufen am 2. Juli 2025.
  • [10] Polystyrol. Technisches Datenblatt der KTK Kunststofftechnik Vertriebs GmbH aus Germering. Abgerufen am 2. Juli 2025.
  • [11] Polystyrol Extrudiert. Technische Daten. KTK Kunststofftechnik GmbH aus Germering. Abgerufen am 2. Juli 2025.
  • [12] Polypropylen: Technisches Datenblatt. Löwen Kunststoffe aus Geilenkirchen. Abgerufen am 2. Juli 2025.
  • [13] BASF Styrodur® 2500 C Extruded Rigid Polystyrene Foam (Europe). Information von mathweb.com, Blacksburg, Virginia (USA) Abgerufen am 2. Juli 2025.