Schwarze und weiße Oberflächen in der Sonne

Schwarze Flächen werden in der Sonne wärmer als weiße. Das hat mit der Absorption zu tun: Was ist denn das?

Schwarze und weiße Oberflächen in der Sonne

Jedes Thermometer wurde abgedeckt, das eine mit einer schwarzen, das andere mit einer weißen Fläche

Wärmestrahlung erleben wir im täglichen Leben auf vielfältige Art und Weise. Die sicher angenehmste ist die Sonnenstrahlung. Sie bietet uns die Grundlage für ein einfaches, aber wirkungsvolles Experiment, bei dem es um Absorption von Wärmestrahlung geht.

Was ist Absorption?

Absorption bedeutet in der Physik die Aufnahme von Energie oder Material in einem Körper. Nimmt ein Körper Energie auf, dann führt das dazu, daß sich sein Zustand in irgendeiner Weise ändert. Bei der Aufnahme von Energie durch die Einstrahlung von Wärme erhöht sich die Temperatur eines Körpers. Diese Temperaturerhöhung kann man messen. Dazu verwenden wir ein Thermometer.

Für unseren Versuch benötigen wir ein Thermometer sowie ein Stück eine weißen und schwarzen Karton, es eignen sich auch helle und dunkle Stücken eines anderen Materials. Wer zwei identische Thermometer besitzt, kann den Versuch auch mit beiden Thermometern gleichzeitig durchführen.

Das Thermometer wird in die Sonne gelegt. Die Temperaturmessung von Flüssigkeitsthermometern beruht auf der Ausdehnung der Flüssigkeit im unteren Vorratsbehälter bei Erhöhung der Temperatur im Inneren. Auf diesen Bereich legen wir nun die schwarze Fläche und warten, bis sich die Temperaturanzeige nicht mehr ändert. Der Versuch wird nun mit der weißen bzw. hellen Fläche wiederholt und wiederum nach Stabilisierung die Temperatur abgelesen.

Wir werden feststellen, daß die Temperatur der dunklen Oberfläche immer höher ist als die der weißen. Ursache ist die unterschiedliche Absorption von Wärmestrahlung dieser Oberflächen. Dunkle Oberflächen haben einen höheren Absorpionsgrad als helle, sie können mehr Energie aufnehmen und in eine höhere Temperatur umwandeln. Bei dieser Messung weisen wir die unterschiedliche Absorption übrigens nur indirekt nach, da unser Thermometer nur lose unter einer absorbierenden Fläche liegt, ohne daß ein echter Wärmekontakt vorhanden wäre.

Was passiert mit der Wärmestrahlung bei weißen Oberflächen?


Die ankommende Wärmestrahlung geht auch bei weißen Oberflächen nicht verloren, sie wird reflektiert.

Welche Bedeutung hat die Absorption im Alltag?

Weiße Autos werden im Sommer bei Sonnenschein nicht so heiß im Inneren wie dunkle. Laufen Kinder barfuß über dunklen Asphalt im Sommer, so werden sie schnell merken, daß dieser sehr heiß werden kann. Heller Sand am Strand ist kühler als dunkler. Sonnenkollektoren zur Warmwasserbereitung haben eine dunkle Oberfläche, damit sie möglichst viel Sonnenenergie nutzen.

Man kann diesen Versuch auch mit einer Glühlampe machen, dabei sollte man auf einen einheitlichen Abstand von der Wärmequelle zur absorbierenden Fläche achten. Energiesparlampen eignen sich aufgrund der geringen Wärmeentwicklung nicht für diesen Versuch.



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