Kurz und knapp
Wie beeinflusst die Farbe einer Oberfläche die Temperatur?
- Haushaltsmaterialien und günstige Anschaffungen
- ab Klasse 6
- Schwierigkeit: einfach
- Dauer: 10min-20min
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Dunkle Oberflächen erwärmen sich bei Lichteinstrahlung stärker als helle.
Da schneebedecktes Eis hell ist, die Oberfläche von Wasser jedoch dunkel, führt geschmolzendes Eis in der Arktis dazu, dass sich die Oberfläche dort noch stärker erwärmt und noch mehr Eis schmilzt. Ein klassisscher selbstverstärkender Prozess!
Das Experiment
Der große Vorteil dieses Versuchs besteht in seiner Einfachheit. Und obwohl vielen Durchführenden bewusst ist, dass dunkle Oberflächen sich stärker erwärmen, sind doch die meisten überrascht, wie stark der Effekt schon nach sehr kurzer Zeit ist. Probieren Sie es aus!
Material:
- Pappe in weiß, blau und schwarz
- Infrarotthermometer
- starke Lampe (keine LED)
Durchführung: Stelle die Pappen nebeneinander in einigem Abstand zur Lampe auf, ohne die Lampe einzuschalten. Miss die Ausgangstemperatur der unterschiedlichen Pappen. Schalte nun die Lampe an und lass sie einige Minuten leuchten. Miss nun die Temperatur der Pappen erneut.
Sie können hier auch eine Messreihe aufnehmen lassen, bei der die Temperatur in z.B. 30 Sekundenabständen gemessen wird. Dadurch kann auch untersucht werden, ob die dunkle Pappe sich nur schneller oder wirklich stärker erwärmt.
Das Ergebnis
Beobachtung: Die Ausgangstemperaturen der Pappen unterscheiden sich kaum oder gar nicht. Schon nach 1min Beleuchtung kann man Temperaturunterschiede messen. Nach wenigen Minuten Beleuchtung hat sie die Temperatur der weißen Pappe um einige Grad und die der schwarzen Pappe um 10°C bis 15°C erwärmt.
Die genauen Werte hängen stark von der Lampe und dem Abstand dieser zu den Pappen ab. Ein deutlichsten sind die Ergebnisse mit den „guten alten“ Glühbirnen oder Halogen-Leuchten.
Bedeutung des Ergebins: Der Versuch zeigt, dass das Schmelzen von Eis und Schnee in der Arktis dazu führt, dass umliegendieses Eis noch schneller schmilzt. Man bezeichnet dies als positive Rückkopplung. Dabei bezieht sich „positiv“ leider darauf, dass der Effekt selbstverstärkend ist, schelzendes Eis also noch mehr schmelzendes Eis verursacht, denn für die Menschheit und die Auswirkungen des Klimawandels ist dies sehr negativ.
Diadaktische Hinweise und fachliche Hintergründe
Die Albedo
Die Fähigkeit einer Oberfläche einfallendes Licht zu reflektieren wird Albedo genannt. Diese ist für einen perfekten Spiegel 1 und für eine ideale schwarze Oberfläche 0. Als Faustregel gilt also: Je dunkler eine Oberfläche, desto niedriger ist die Albedo und damit die Reflexion. Entsprechend wird immer mehr von dem einfallenden Licht absorbiert.
Warum haben die Pappen 3 verschiedene Farben?
Eiswürfel aus dem Gefrierfach sind manchmal fast durchsichtig. Meereis hingegen ist mit vielen kleinen Salzwasserkanälen* durchzogen und wirkt deswegen sehr „weiß“ (weiße Pappe). Bilden sich auf Eis Schmelzpfützen, so scheinen diese „blau“ (blaue Pappe). Offener Ozean ohne Eis absorbieren sehr stark und scheint „schwarz“ zu sein (schwarzes Papier).
*Warum Meereis mit Salzwasserkanelen durchzogen ist erfahren Sie in unserem Experiment Eiskernbohrung.
Material zu diesem Experiment
In den Arbeitsblättern zum Experiment finden Sie Vorüberlegungen, Hintergrundwissen und weiterführende Aufgaben.
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