Versuch
Info
Variante A: Die Erwärmung eines Gummibandes beim Dehnen wird mit einem implantierten Thermoelement demonstriert.
Variante B: Alternativ beobachtet man die Erwärmung und Abkühlung eines Luftballons beim Dehnen und Entspannen mit einer Wärmebildkamera.
Durchführungsdauer: 3 Minuten
Beschreibung
Hinweise zur Durchführung von Variante A:
Vorgespanntes Gummiband dehnen und halten, damit das Thermoelement die Wärme aufnehmen kann und die gleiche Temperatur wie das Gummiband annimmt. Dann langsam loslassen.
Als Gummibänder sind Zeltgummis gut brauchbar. Neue Gummis vorher (mit 500 g Masse) vordehnen, eventuell mit Fön leicht tempern.
Hinweise zur Durchführung von Variante B:
Soll nur die Abkühlung des Gummis gezeigt werden, wird der Luftballon durch Anhängen eines 1 kg Massestücks gedehnt. Nach wenigen Minuten hat der Luftballon Umgebungstemperatur und die Wärmebildkamera zeigt beim Entspannen des Gummis eine Abkühlung.
Erklärung: Die gestreckten Molekülketten besitzen weniger Freiheitsgrade, sodass der gespannte Gummi weniger Entropie aufnehmen kann als der entspannte. Nach dem Spannen des Luftballons führt die Entropie zu einer momentanen Temperaturerhöhung und thermische Energie kann in die Umgebung strömen. Umgekehrt kann die Entropie beim schnellen Entspannen nicht schnell genug von außen hineinströmen und die Temperatur des Gummis nimmt kurzzeitig ab.
Plappert, D.: Der Luftballon wird heiß und kalt - Was heißt eigentlich Erklären bzw. Verstehen im naturwissenschaftlichen Unterricht? Praxis der Naturwissenschaften - Physik in der Schule, 61 (2012) 8, S. 36-48.