2 – Wärme und Kälte

Im Alltag und auch im Unterrichtskontext reden wir oft von „Wärme und Kälte“. In der Physik wird dieser Themenbereich als Wärmelehre oder Thermodynamik bezeichnet.

Die Wärmelehre ist kein einfaches oder intuitives Themengebiet der (Schul-)Physik. da sich die Beschreibung der Physik oft mit unseren Alltagserfahrungen und -beschreibungen zu widersprechen scheint. Über solche Schwierigkeiten stolpern wir oft, wenn wir uns mit der physikalischen Sichtweise beschäftigen. Oftmals liegt das dann auch daran, dass wir bestimmte Begriffe genau unterscheiden müssen, mit denen wir es in der Alltagssprache nicht so genau nehmen. Das ist an einigen Stellen mit der Wärmelehre der Fall. Beispielsweise sagen wir im Alltag: „Mir kriecht die Kälte die Beine hoch.“ oder „Morgen werden die Temperaturen wieder wärmer.“ In der Physik unterscheiden wir allerdings genau zwischen Wärme(energie) und Temperatur und verwenden den Begriff der „Kälte“ nicht.

Warum fühlt sich der Metallrahmen von einem Fahrrad im Winter kälter an als der lederne Sattel? Warum können wir getrost mit einem Holzlöffel im heißen Nudelwasser rühren, während ein Metalllöffel nach einiger Zeit unangenehm warm ist? Warum können wir mit dem Finger durch eine heiße Kerzenflamme (über 1000oC !) hindurch fahren? Warum empfinden wir eine Raumtemperatur von 20oC als angenehm, aber das Schwimmbecken mit 20oC Wassertemperatur als eisig? Friert eine Person im kalten Wasser überhaupt eher mit oder ohne Anziehsachen? plustert sich ein Vogel im Winter auf? Und wärmen uns Wollsocken, wenn wir kalte Füße haben? Warum füllen wir eine Wärmflasche mit Wasser? … Sie können diese Liste der Fragen sicherlich selber fortsetzen. Am Ende dieser Erläuterungen sind Sie hoffentlich in der Lage, Antworten auf diese Fragen zu finden.

Dazu werden wir im Folgenden vier zentrale Aspekte betrachten, um uns der Perspektive der Physik zu nähern und Alltagsphänomene besser verstehen zu können:

A – Was ist der Unterschied zwischen Wärme und Temperatur?

B – Wie wird Wärme aufgenommen und gespeichert? – die Wärmekapazität

C – Wie wird Wärme transportiert? – die Wärmetransportarten

D – Wie gut lassen sich Temperaturen (subjektiv) einschätzen und wo führt uns unser Temperaturempfinden in die Irre?