Metalle Die Wärmeleitfähigkeit
Schau dir zunächst das Video auf die folgenden Punkte hin an:
- Warum kühlt Wasser, wenn man es in einer Aludose in den Kühlschrank stellt, schneller ab als Wasser in einem Pappbecher?
- Erkläre die gute Wärmeleitfähigkeit von Metallen auf Teilchenebene.
Weiter unten findest du die Antworten zu den Fragen und vertiefende Informationen.
Frage
Warum kühlt Wasser, wenn man es in einer Aludose in den Kühlschrank stellt, schneller ab als Wasser in einem Pappbecher?
Antwort
Das Wasser kühlt in der Aludose schneller ab als im Pappbecher. Dies liegt an der sehr guten Wärmeleitfähigkeit der Metalle.
Frage
Erkläre die gute Wärmeleitfähigkeit von Metallen auf Teilchenebene.
Antwort
Erwärmt sich ein Metallstück, so geraten die Atomrümpfe zuerst an der Stelle, an der erwärmt wird, in Schwingungen, die Geschwindigkeit der Elektronen nimmt zu. Die schwingenden Atomrümpfe bzw. die angeregten Elektronen können weitere Atomrümpfe zu Schwingungen anregen und so die Energie auf benachbarte Teilchen übertragen. So verbreitet sich die Wärme schnell im ganzen Metallstück.
Der Begriff "Kälte" ist aus physikalischer Sicht nicht definiert, es gibt nur Bereiche mit größerer oder geringer Wärmeenergie, die Wärmeleitung erfolgt vom Bereich mit größerer Wärmeenergie zum Ort geringerer Wärmeenergie.
Oberhalb des absoluten Nullpunktes (-273,15 °C) befinden sich die Teilchen in dauernder ungeordneter Bewegung. Je heftiger sich die Teilchen bewegen, d. h. je größer ihre mittlere Geschwindigkeit ist, desto höher ist die Temperatur des Stoffes. Bei festen Stoffen führen die Teilchen Schwingungen um ihre Position im Kristallgitter aus.
Die Geschwindigkeit der Teilchen kann auf zweierlei Weise erhöht werden:
- Durch mechanische Arbeit (Reibung) steigt die mittlere Geschwindigkeit der Teilchen. Die mechanische Energie ist dann in Bewegungsenergie der Teilchen umgewandelt worden.
- Ein Körper höherer Temperatur hat Kontakt mit einem Körper niedrigerer Temperatur. Es stoßen dann die schnelleren Teilchen des heißen Körpers die langsameren Teilchen des kälteren Körpers an. Dadurch werden die schnelleren Teilchen langsamer und die langsamen Teilchen schneller. Die innere Energie des einen Körpers wird dabei erniedrigt und die des anderen Körpers erhöht.
Durch Stöße zwischen den Teilchen zweier Körper mit unterschiedlicher Temperatur wird Energie vom heißeren auf den kälteren Körper übertragen. Diese übertragene Energie wird Wärme oder Wärmeenergie genannt. Das Wort Wärme drückt also eine Form der Energieübertragung aus.
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