Wärmeübertragung: Konvektion, Wärmeleitung und Wärmestrahlung

Philip und Kim haben draußen im Schnee gespielt. Nach einer Weile wurde ihnen kalt. Jetzt sind sie wieder drinnen und wärmen sich auf. "Lass uns näher an die Heizung gehen!" Das ist ein guter Weg, schnell warm zu werden, denn der Heizkörper ist viel wärmer als Kim und Philip. Wegen des Temperaturunterschieds wird die Wärme des Heizkörpers zu den kälteren Körpern der beiden transportiert. Man nennt das Wärmeübertragung.

Aber wie überträgt sich die Wärme zwischen Dingen? Das Metallgehäuse des Heizkörpers ist mit heißem Wasser oder Dampf gefüllt. Berührst du die Außenseite der Heizung, fühlt sie sich warm an. Die Wärme wird vom Wasser zum Metall übertragen und dann durch den direkten Kontakt auch zur Hand. Dies bezeichnet man als Wärmeleitung.

Stoffe wie Metall übertragen Wärme sehr gut. Man nennt sie Wärmeleiter. "Aber ich spüre gar nichts." Nun, das liegt daran, dass du dicke Wollhandschuhe trägst, Philip. Wolle überträgt die Wärme nicht sehr gut – sie hat eine geringe Leitfähigkeit. Solche Stoffe heißen Isolatoren. Luft ist ein weiteres Beispiel für einen Isolator.

Auch sie leitet Wärme also nicht gut. Wie ist es dann möglich, dass du die Wärme spürst, wenn du die Heizung gar nicht berührst? Du hast vielleicht bemerkt, dass Dinge anfangen zu glühen, wenn sie wirklich heiß werden – wie z. B. Feuer oder die Drähte im Toaster.

Dieses Glühen ist der sichtbare Teil der elektromagnetischen Wellen. Tatsächlich strahlt alles um uns herum solche Wellen aus und nimmt sie auf. In der Regel kann man sie nicht sehen – es sei denn, du verwendest eine Infrarotkamera. Wärme wird durch die elektromagnetischen Wellen übertragen. Man bezeichnet das als Wärmestrahlung.

Strahlung braucht – genau wie Licht – keinen Stoff bzw. kein Medium, durch das sie sich bewegt. Sie kann sich sogar durch ein Vakuum bewegen! So erreicht die Wärme der Sonne auch die Erde. Und so wärmt die Wärme der Heizung deine Hände, selbst wenn du sie nicht berührst.

Hältst du deine Hände aber über den Heizkörper, fühlt es sich wärmer an, als wenn du die Hände an seine Seite hältst. Das liegt daran, wie sich die Luft um die Heizung herum bewegt. Die Luft in der Nähe der Heizung erwärmt sich durch Wärmeleitung und -strahlung. Warme Luft hat eine geringere Dichte und ist leichter als kalte Luft. Darum steigt sie nach oben, über die Heizung und hoch bis zur Decke.

Dort kühlt sie sich langsam ab und wird schwerer. Dann sinkt die kalte Luft auf den Boden des Raumes. Sie wird durch die Heizung erwärmt und steigt wieder auf. Die Wärme verteilt sich im Raum, weil sich die Luft bewegt. Diese Art der Wärmeübertragung nennt man thermische Konvektion oder Wärmeströmung.

Wärme bewegt sich durch Konvektion in Gasen – so wie Luft oder Dampf oder Flüssigkeiten z. B. in Wasser. Wärme kann auf drei Weisen übertragen werden: - Wärmeleitung: Wenn sich Wärme durch direkten Kontakt zwischen Objekten oder Stoffen überträgt. - Wärmestrahlung: Wenn sich Wärme durch den Raum zwischen verschiedenen Objekten bewegt. – Und Konvektion: Wenn sich Wärme in Flüssigkeiten und Gasen bewegt. Zu wissen, wie sich Wärme überträgt, hilft dir, deine Hände schnell aufzuwärmen.

Fällt dir ein weiteres Beispiel ein, wie man das Wissen über Wärmeübertragung im Alltag nutzen kann?