Wie lange dauert es, bis eine Tasse Tee von 95°C auf trinkfertige 50°C abgekühlt ist? Hier sind die Ergebnisse einiger Experimente:
Nichts tun: 17 min
Teelöffel hineinstellen 17 min
2 Löffel Zucker hineingeben 17 min
Mit Teelöffel ständig rühren 16 ½ min
Einen Schuss kalte Milch hineingeben 16 min
Beschwören (gut zureden) 14 min
Blasen und mit Löffel rühren 11 min
3 Eiswürfel hineingeben 9 min
Föhnen (kalt, Stufe 1) 4 ½ min
Föhnen (kalt, Stufe 2) 3 ¼ min
Bei der Erklärung der einzelnen Kühlarten sollten wir mit dem 1. Hauptsatz der Wärmelehre beginnen. „Wärme fließt von selbst von einer heißen in eine kalte Umgebung“. Das ist zwar nicht ganz der genaue Wortlaut, aber im Prinzip wissen wir, was gemeint ist. Irgendwo ist warmer Tee. Das Zimmer ist kühler. Wärme fließt vom Tee in die Umgebung.
Wir sehen uns einfach mal an, während wir auf die nächste kühle Tasse Tee warten, wie Wärme an die Umgebung abgegeben werden kann. Dazu stellt die Natur drei Arten zur Verfügung.
Möglichkeit 1: Wärmeleitung
Das heiße System steht in direktem Kontakt mit dem kühlen System. Du stehst am heißen Strand. Der Topf steht am heißen Herd. Die heiße Teetasse steht am Tisch. Ihre Wände berührt die Luft. Durch den direkten Kontakt können die bewegten Moleküle ihre Energie durch Stöße an die weniger heißen Moleküle übertragen. Das funktioniert unterschiedlich gut. Bei einer festen Tischplatte sehr gut. Bei Luft nicht gut. Sie isoliert ziemlich. Auch ein Pullover verhindert den schnellen Austausch der Energie, weil sich zwischen den Maschen viel Luft verfängt. Also: wer verhindern will, dass Tee kühlt, packt ihn ein. Wer es fördern möchte, schaut, dass er viel Kontakt mit kühleren Umgebungen hat.
Möglichkeit 2: Wärmetransport
Hier wird wirklich heißes Zeugs vom heißen System weggebracht. Mit dem Lastwagen. Mit heißer aufsteigender Luft. Oder eben auch die heißen Moleküle des Tees direkt durch Verdampfung in die Umgebung. Eine Kühlung auf diese Art funktioniert sehr gut, weil ja immer die energiereichsten Moleküle genug Energie haben, sich loszureißen. Was bleibt, ist kühler. Allerdings: was bleibt. Wenn Moleküle verloren gehen, gibt’s weniger Tee.
Möglichkeit 3: Wärmestrahlung
Das ist das, was die Schlange im Dunkeln sieht. Für sie leuchtet die heiße Teetasse wie Sau. Wärmestrahlung ist elektromagnetische Strahlung, genau so wie Licht oder Radiowellen, aber nur im Infrarotbereich, also etwas energieärmer wie das noch sichtbare Rot. Wer verhindern möchte, dass Tee kühlt, verhindert diese Strahlung, wer es fördern möchte, der nimmt zum Beispiel eine schwarze Tasse, die viel Strahlung (der Sonne) aufnimmt, aber im Gegenzug auch viel Strahlung (des Tees) abgibt.
So. Jetzt ist es aber an euch. Ihr könnt jetzt sicher die obigen Teekühlmöglichkeiten super erklären, und vor allem auch erklären, warum es hilft, den Tee zu beschwören.
Ein physikalischer Versuch der knallt ist allemal mehr wert als ein stiller. Man kann also den Himmel nicht genug bitten, dass wenn er einen etwas erfinden lassen will, es etwas sein möge das knallt; es schallt in die Ewigkeit.
(1742-1799) begründete als Schriftsteller den deutschsprachigen Aphorismus. Außerdem war er erster deutscher Professor für Experimentalphysik und befasste sich mit naturwissenschaftlichen Themen auf breiter Ebene, unter anderem mit der Geodäsie, Meteorologie, Astronomie und Chemie.
In der Elektrizitätslehre führte er die Begriffe „positive“ und „negative“ Elektrizität ein. Er brachte als erster den von Benjamin Franklin in Amerika erfundenen Blitzableiter nach Deutschland, indem er seine Gartenhäuser mit solchen „Furchtableitern“ versah.
Über viele Jahre hat Lichtenberg in Schreibheften, den Sudelbüchern, in aphoristischer Form unzählige Gedankensplitter notiert, die postum veröffentlicht wurden.
Link zum Buch bei xxxremovedxxx: Sudelbücher I. Sudelbücher II. Materialhefte und Tagebücher. Register zu den Sudelbüchern: Dreibändige Gesamtausgabe im Schmuckschuber
Foto: By H. Schwenterle (http://ihm.nlm.nih.gov/images/B17499) [Public domain], via Wikimedia Commons
Ich wünschte, es gäbe mehr Bücher dieser Art!
(Kranzer: So interessant ist Physik)
Etwaige Beschwerden über die noch verbliebenen Mängel des Buches sind natürlich an mich zu richten.
(Gribbin 1987: Auf der Suche nach Schrödingers Katze)
Was der eine Dummkopf begreifen kann, kann der andere auch.
(Feynman 1988, QED)
So möge diese Auflage weiter ihren Hauptzweck erfüllen, der Jugend die Schönheit, aber auch Unerbittlichkeit der Naturgesetze in ihrer prägnanten mathematischen Formulierung vor Augen zu führen, die allerdings nicht gelernt, sondern erarbeitet werden müssen.
(Joos 1956, Lehrbuch der Theoretischen Physik)
Einzelheiten kann man sich später immer noch genau ansehen.
(Hoffmann 1997, Einsteins Ideen)
Wir sind besonders der Ford-Stiftung zu Danke verpflichtet, ohne deren finanzielle Hilfe dieses Programm niemals hätte ausgeführt werden können.
(Feynman 1963, Vorlesungen über Physik)
Endlich – aber nicht desto weniger – danken wir unseren Frauen, die uns so geduldig zur Seite standen.
(Alonso/Finn 1988: Quantenphysik)
So wurde der Abschnitt über den Schuss im luftleeren Raum verkürzt, der Bombenabwurf vom Flugzeug einer kurzen Betrachtung unterzogen, der Abschnitt über den Luftwiderstand und die Wahrscheinlichkeit des Treffens umgearbeitet, die veraltete Schusstafel der Feldhaubitze 98.09 durch einen Auszug aus der soeben im Verlag der Reichsdruckerei erschienenen Lehrschusstafel ersetzt, die Eigenschaften der “Dicken Berta” und der Pariskanone, deren Leistungen im Weltkrieg besonders hervortraten, besprochen und auf die Fortschritte der ballistischen Messtechnik eingegangen.
(Gey-Teichmann 1938: Einführung in die Lehre vom Schuss)
Die Geschichte eines berühmt gewordenen Gesetzes: Colonel John Stapp war 1955 kurzfristig einer Bremsbelastung von 40g ausgesetzt. Er hing mit dem 40-fachen seines Körpergewichts in den Gurten seines Raketenschlittens, der von 1017 km/h auf 0 in 1,4 Sekunden gebremst wurde. Bis auf eine vorübergehende Einbuße des Sehvermögens passierte ihm nichts. Stapp wurde 89 Jahre. Versuche dieser Art wurden zur Verbesserung von Pilotensitzen durchgeführt, sie machten John Stapp berühmt. Er war es auch, der die Sache mit „Murphys-Law“ in Umlauf brachte. Einer der Ingenieure, Edward Murphy, montierte eine Messsonde an einem Raketenschlitten falsch. Stapp nannte es böse das „Gesetz von Murphy“: „Wenn etwas schief gehen kann, dann geht es schief.“
Double-check. Stimmt das? Kontrollieren Sie bitte die Zahlenwerte.
Was man dazu braucht: Geschwindigkeit, Beschleunigung, speziell: ungleichförmige Bewegung, gleichförmige Beschleunigung, Umrechnung km/h in m/s, einfache Formeln, mathematisches Umformen. Nervenstärke: 3, Mut: 2, Macht: 4, Flexibilität: 3. Wissen: 2. Schlauheit: 3
Wir sind im Jahr 2012 angekommen. Seit 1997 gibt es die Physikalische Soiree. Das ist eine feine Sache, und wir freuen uns sehr. In den kommenden Wochen gibt es einige Änderungen, die einerseits im Bereich der Feinabstimmung auf dieser Seite liegen, andererseits aber auch gravierende Neuerungen: wir wollen für Schulen alternative Lernformen mit naturwissenschaftlichen Themen anbieten, andererseits auch für physikinteressierte Anfänger/innen hübsche Grundlageninformationen zusammenstellen. Und dann soll sich auch die Sendung selbst in diesem Jahr etwas wandeln, von der Berichterstattung hin zum Gespräch mit Wissenschafter/innen, die oft so weit von unseren Ohren entfernt werkeln, aber sehr interessante Zusammenhänge gut erklären können, wenn man sie nur danach fragt. Das werden wir tun!
Lassen Sie sich überraschen und schauen Sie wieder einmal vorbei. Sollten Sie den Podcast der Physikalischen Soiree abonnieren wollen, dann geht das am besten über iTunes, aber auch über jedes andere Podcast System.
Ein gutes neues Jahr wünschen Ihnen
die Mitarbeiter/innen der Physikalischen Soiree.
Das Bild zeigt den Himmel in San Francisco – ein Bild pro Tag, insgesamt 365 Bilder, somit ein ganzes Jahr, Uhrzeit jeweils um 7:47. Bestimmen Sie die Wahrscheinlichkeiten, dass es in San Francisco morgen regnet, bewölkt sein wird, die Sonne scheint.
SWR2 Wissen – Emilie du Châtelet (1706 – 1749): Die „erste Naturwissenschaftlerin“, eine Gefährtin Voltairs. Ein hingebungsvolles Portrait von Marianne Thoms mit spannender Dramaturgie und unfassbarem Ende. 30 Minuten.
Was ist Risiko? Jeder hat ein Gefühl. Ob es richtig ist, kann man herausfinden. Durch nachdenken und zuhören.
1) Arbeitsblatt: 5 Fragen zum Thema Risiko, 10 Minuten. Es geht um das Bauchgefühl in dieser ersten Runde, nicht um detaillierte Erklärungen. Link zum Arbeitsblatt
2) Gespräch hören: 25 Minuten. Der Risikoforscher Gerd Gigerenzer stellt dem Moderator genau diese Fragen, der Moderator versucht zu antworten, die richtige Antwort wird nachvollziehbar durchdiskutiert. Link zur Sendung
Immer noch interessiert?
Weitere Lernprojekte im Themenfeld „Risiko“ finden Sie auf den Internetseiten von Österreich 1 macht Schule. Dort gibt es zu einer halbstündigen Radiosendung über Risiko und das Gesetz der großen Zahl Vorschläge für Aktivitäten im Unterricht. Link zur Seite.
Link zu ScienceBlogs Artikel: Risikowahrnehmung – wenn man vor den falschen Dingen Angst hat.“
Großartige Radiosendung im Programm SWR2 Wissen: Vom Atom zum Atomkraftwerk. Naturwissenschaften in der Schule. Es spricht der Kognitionswissenschaflter Ralph Schuhmacher, wie Kinder mit Experimenten und Diskurs zur Naturwissenschaften finden können. Link zur Sendung
DRadio Wissen hat ein zehnmünigtiges Gespräch veröffentlicht, in dem die Statistikerin Katharina Schüller dem Redakteur erklärt, was man aus der Verspätungsstatistik der Deutschen Bahn herauslesen kann, und was nicht. Dieses Gespräch eignet sich hervorragend dazu, sich „etwas“ erklären zu lassen: Katharina Schüller kennt sich aus, der Redakteur hat das Gespräch super vorbereitet, geplant und durchgeführt. Das Gespräch hat einen Abschluss, eine Zusammenfassung.
Vorschlag für eine Einheit:
1) Schüler/innen arbeiten in Gruppen: sie sollen eine Strategie entwerfen, wie man die Frage „wie verspätet ist die Eisenbahn“ beantworten könnte. Sie dürfen sich dazu alle Daten wünschen, alle Fragen werden beantwortet, sie müssen diese Fragen nur finden.
Hinweis: in den Gruppen sollte zumindest definiert werden, was man unter Verspätung versteht, und ob ein Zug als verspätet gilt, wenn er am Endbahnhof verspätet eintrift, oder ob die Verspätungen an Haltestellen gemeint sind. Das ist die Aufgabe des Lehrers.
2) Präsentation der Strategien – jede Gruppe stellt vor.
4) Interpretation: Verspätungen der ÖBB werden hier dargestellt. Was halten Sie davon? Stimmt das, nachdem Sie jetzt viel über Verspätungen wissen? Ist so eine Darstellung sinnvoll?
5) Debriefing: Die Schüler/innen notieren drei Punkte, die sie in ihrer eigenen Strategie verbessern könnten.
Hinweis: diese Vorgangsweise wurde in vier verschiedenen Kursen erprobt.
Kulturelle Vielfalt ist die Normalität im Klassenzimmer, und keine Ausnahme. Sagt die deutsche Bildungswissenschafterin Yasemin Karakaşoğlu. Sie bringt im Gespräch mit Ralf Caspary von SWR2-Aula konkrete Vorschläge, wie man im Unterricht damit umgeht. Link zur Sendung: Mustafa sitzt neben Klaus, SWR2 Aula
Möglichkeit 2: Wärmetransport
Die Geschichte eines berühmt gewordenen Gesetzes: Colonel John Stapp war 1955 kurzfristig einer Bremsbelastung von 40g ausgesetzt. Er hing mit dem 40-fachen seines Körpergewichts in den Gurten seines Raketenschlittens, der von 1017 km/h auf 0 in 1,4 Sekunden gebremst wurde. Bis auf eine vorübergehende Einbuße des Sehvermögens passierte ihm nichts. Stapp wurde 89 Jahre. Versuche dieser Art wurden zur Verbesserung von Pilotensitzen durchgeführt, sie machten John Stapp berühmt. Er war es auch, der die Sache mit „Murphys-Law“ in Umlauf brachte. Einer der Ingenieure, Edward Murphy, montierte eine Messsonde an einem Raketenschlitten falsch. Stapp nannte es böse das „Gesetz von Murphy“: „Wenn etwas schief gehen kann, dann geht es schief.“
