alpha Lernen - Physik

Wärmelehre Wärme als subjektive Empfindung

Von: Christian Döllinger

Stand: 29.03.2017

Schau dir zunächst das Video auf die folgenden Fragen hin an:

  • Was versteht man unter der gefühlten Temperatur?
  • Wodurch wird die gefühlte Temperatur in erster Linie beeinflusst?
  • Warum fühlt sich im Winter ein Eisengeländer im Freien beim Berühren kälter an als ein benachbartes Holzgeländer?

Weiter unten findest du die Antworten auf die Fragen und vertiefende Informationen.

"Verdunstungskälte"

Füllt man eine flache Schale mit Wasser, so wird die Flüssigkeit mit der Zeit immer weniger: Die Flüssigkeit verdunstet. Das Wasser geht also wie beim Sieden vom flüssigen in den gasförmigen Zustand über, allerdings ohne dass wir diesen Vorgang so wie beim Sieden unmittelbar sehen könnten.

Was geht beim Verdunsten einer Flüssigkeit in ihrem Inneren vor sich?

→ Zwischen den Teilchen einer Flüssigkeit wirken anziehende Kräfte. Ihre Bewegungsenergie hindert sie aber bei Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes, sich wie bei einem festen Körper zu einer Gitterstruktur zusammenzulagern. Im Inneren einer Flüssigkeit sind alle Moleküle im Mittel in allen Richtungen von gleich vielen Teilchen umgeben, so dass sich diese Teilchenkräfte dort in ihrer Wirkung aufheben.

Bei einem Teilchen an der Oberfläche einer Flüssigkeit dagegen besteht diese weitgehende Symmetrie nicht mehr, da über ihm keine Flüssigkeitsteilchen liegen. Deshalb wirken auf ein Oberflächenteilchen nur noch die Kräfte von den Seiten und von den darunter liegenden Teilchen. Die seitlichen Kräfte heben sich auf, so dass nur noch die nach unten in die Flüssigkeit gerichteten Kräfte übrig bleiben. Diese ins Innere der Flüssigkeit gerichteten Kräfte hindern die Teilchen an der Oberfläche am Verlassen der Flüssigkeit und damit am Übertritt in den Dampfraum über ihr – aber nicht alle:

Unter den Teilchen einer Flüssigkeit gibt es – abhängig von der Temperatur der Flüssigkeit – mehr oder weniger viele Teilchen, die eine besonders hohe Bewegungsenergie besitzen. Bewegt sich ein derartiges Teilchen nahe der Oberfläche auf diese zu, so wird es zwar durch die rücktreibenden Kräfte abgebremst, sein Schwung kann aber groß genug sein, um aus der Flüssigkeitsoberfläche in den über ihr liegenden Dampfraum übertreten zu können. Ein solches energiereiches Teilchen geht dadurch der Flüssigkeit verloren.

→ Da die Flüssigkeit durch das Verdunsten gerade die Teilchen verliert, die eine besonders hohe Bewegungsenergie haben, verringert sich die mittlere Bewegungsenergie der in der Flüssigkeit zurückbleibenden Teilchen: Die Temperatur der Flüssigkeit sinkt.

Luftfeuchtigkeit

Die uns umgebende Luft enthält außer ihren Hauptbestandteilen Stickstoff und Sauerstoff (deren Anteil beträgt zusammen im Mittel 99 %) noch weitere Gase wie Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid und Argon. Unter diesen Gasen nimmt der Wasserdampf eine Sonderstellung ein, weil sein Anteil in der Luft als einziges Gas stark schwanken kann, wie wir zum Beispiel an verschiedenen Wetterlagen erkennen können:

  • Kommen die unser Wetter bestimmenden Luftmassen über das Festland aus dem Osten, so ist die Luft trocken, enthält also wenig Wasserdampf. Niederschläge gibt es bei diesen Wetterlagen praktisch nie.
  • Kommen die Luftmassen dagegen vom Atlantik zu uns, so ist in diesen Luftmassen viel Wasserdampf enthalten, was bei uns häufig Niederschläge zur Folge hat. Der Wasserdampf in der Luft stammt letzten Endes aus der Verdunstung des Wassers im Atlantik.

Die Luft kann aber nicht unbegrenzt Wasser in Form von Wasserdampf aufnehmen: Mit abnehmender Temperatur sinkt diese Fähigkeit zur Wasserdampfaufnahme. Darauf ist zum Beispiel die Taubildung in klaren Sommernächten zurückzuführen:

→ Die Temperatur geht stark zurück, schließlich wird die Grenze (der Taupunkt) erreicht, bei der die Luft den Wasserdampf nicht mehr "halten" kann. Der nun über der Aufnahmegrenze liegende Wasserdampfanteil kondensiert und bildet den Tau.

Lerncheck: Wärmeempfindung

Frage

Was versteht man unter der gefühlten Temperatur?

Antwort

Die gefühlte Temperatur ist kein objektives Temperaturmaß, sondern entsteht durch das Wärmeempfinden unseres "Temperatursensors", der Haut. Sie kann von der mit einem Thermometer gemessenen Temperatur (= objektive Temperatur) beträchtlich abweichen.

Frage

Wodurch wird die gefühlte Temperatur in erster Linie beeinflusst?

Antwort

Die gefühlte Temperatur wird vor allem durch den Wind, dem unsere unbedeckten Hautpartien ausgesetzt sind, bestimmt.

Frage

Warum fühlt sich im Winter ein Eisengeländer im Freien beim Berühren kälter an als ein benachbartes Holzgeländer?

Antwort

Eisen ist ein weitaus besserer Wärmeleiter als Holz und entzieht deshalb der Hand (deren Temperatur bei ca. 32° C liegt) aufgrund der hohen Temperaturdifferenz im Winter in gleicher Zeit mehr Wärme als Holz. Dadurch kühlt sich die Hand bei der Berührung des Eisengeländers schneller ab als bei der Berührung des Holzgeländers, obwohl beide objektiv dieselbe Temperatur aufweisen.