Basiswissen

Zylinder verschiedener Materialsorten werden alle auf rund 70 °C erhitzt. Anschließend wird jeder Gegenstand kurz angefasst. Man erkennt deutlich, dass unsere Haut nicht Temperatur alleine empfindet, sondern eher die Geschwindigkeit einer Temperaturänderung. Der Versuch ist hier Schritt für Schritt erklärt.

Bildbeschreibung und Urheberrecht — Ein Kasten aus Styrodur (etwa 30 cm Innenlänge, 24 cm Innenbreit und 20 cm Innenhöhe) wird über einen Lastwiderstand (maximal 50 Watt, hier: 22,3 V und 2,2 A) auf rund 70 °C Lufttemperatur im Inneren aufgeheizt. Gut 3 cm oberhalb des Bodens stehen Zylinder aus unterschiedlichen Materialien. Sie wurden gut eine Stunde aufgeheizt. Nach dieser langen Zeit müsste sie die Umgebungstemperatur von etwa 70 °C angenommen haben. Nimmt man einen Aluzylinder und einen Holzzlynder je zwischen zwei Finger einer Hand spürt man beim Aluzylinder fast einen Hitzschmerz, während sich der (gleichtemperierte) Holzzylinder nur angenehm warm anfühlt.☛

Material

Ein Hausmodell aus Styrodur, rundum verschließbar, z. B. 30 mal 20 mal 20 cm

Für die Beheizung bis zu etwa 50 Watt ein Leistungswiderstand ↗

Zur Temperaturmessung ein langes dünnes Thermometer ↗

Als Messgegenstand z. B. einen Zylinder aus Wolfram ↗

Als Messgegenstand z. B. einen Zylinder aus Eisen ↗

Als Messgegenstand z. B. einen Zylinder aus Holz ↗

Als Stromversorung ein Labornetzteil ↗

Zur Sicherheit ein Feuerlöscher ↗

Zur Sicherheit eine Löschdecke ↗

Zur Sicherheit ein Telefon 112 ↗

Vorbereitung

In der Lernwerkstatt steht ein fertig montiertes Hausmodell mit eingebauten Leistungswiderstand. Das Haus hat oben einen abnehmbaren Deckel mit Loch. In das Loch stecke man ein Thermometer, sodass die Temperatur im Inneren des Hauses gemessen werden kann. Dann stellt man die Messgegenstände (Holz,Metall) auf den Boden des Hauses. Der Deckel wird dann so auf das Haus gelegt, dass es rundum verschlossen ist. Man schließe den Widerstand an die Stromquelle an.

Aufheizen

Man schließt das Labornetzteil an die zwei Kontakte aus dem Haus an. Die Polung ist dabei unwichtig. Dann stellt man die Spannung so ein, dass das Produkt aus Spannung mal Stromstärke nicht größer ist als 50. Also sind zum Beispiel 20 Volt Spannung und 2 Ampere Stromstärke eine erlaubt Kombination. Man heizt dann das Haus über eine längere Zeit, zum Beispiel gut 15 Minuten, auf. Wenn das Thermometer über 50 °C anzeigt ist es schon ausreichend. Auch 70 °C sind möglich. Siehe auch Spannung mal Stromstärke ↗

Wärme-Tastversuch

Man nimmt den Holzgegenstand in die eine und einen der Metallgegenstände in die andere Hand und vergleicht das Temperaturempfinden. Beide Gegenstände haben exakt dieselbe Temperatur. Dennoch fühlt sich der Metallkörper deutlich wärmer bis heiß an. Der Grund ist, dass die Thermorzeptoren (Zellen) in unserer Haut nicht direkt Temperatur misst, sondern wie schnell sich die Temperatur in der Haut ändert. Da Wärmenergie aus Metall sehr viel leicht abfließen kann als aus Holz, wird die Temperatur bei Berührung mit Metall schneller warm. Genau dieses Empfinden vermittelt die biologische Thermorezeption ↗