Experiment des Monats November 1999 Wärmehaushalt der Eisbären

Ein Körper kann durch die Absorption elektromagnetischer Strahlung Energie aufnehmen. Den Pflanzen gelingt es, durch die Photosynthese, diese Strahlungsenergie in chemische Energie umzuwandeln. Meist entsteht jedoch bei der Absorption thermische Energie, der Körper erwärmt sich. Der Effekt ist altbekannt und wird auch technisch ausgenutzt, beispielsweise bei Sonnenkollektoren. Bei Sonnenkollektoren wird Wasser durch dunkle Rohre geleitet, die durch das einfallende Sonnenlicht erwärmt werden. ("Solarthermie") Im Gegensatz dazu erfolgt bei Solarzellen eine Umwandlung von Strahlungsenergie in elektrische Energie. ("Photovoltaik")

Dunkle Gegenstände erärmen sich schneller als helle, denn je mehr Licht absorbiert wird, desto mehr Energie gewinnt das System. Dies gilt für Gesteine und technische Objekte ebenso, wie für Lebewesen. Im Folgenden wird der Zusammenhang zwischen Lichtabsorption und Wärmeaufnahme im Vergleich zwischen Eis- und Braunbären gezeigt.

"Geräte und Chemikalien":
Weiße und dunkelbraune oder schwarze Modelliermasse (z.B. FIMO^®)
zwei Thermometer
Wärmelampe oder Halogenlampe etc.

Durchführung:
Aus der Modelliermasse werden zwei "Bären" geformt. In die Körper je ein Thermometer mit einem geeigneten Meßbereich (ca. 0-100^oC) stecken. Die Bären können im Backofen "gebrannt" werden, für den Versuch ist dies jedoch nicht nötig.
Die Bären in einem Abstand von ca. 20 cm vor einer Wärmelampe aufstellen oder aufhängen; werden Halogenlampen verwendet, in einem Abstand von 10 cm. Nach 10-15 Minuten hat sich der "Braunbär" um etwa 15 K erwärmt, der "Eisbär" deutlich weniger (um ca. 10 K).

Erklärung:
Je mehr Licht von einem Körper reflektiert wird, desto heller erscheint er uns. Das von dem Körper absorbierte Licht wird in Wärme umgewandelt. Daher erwärmt sich der dunklere "Braunbär" schneller.
Für die "echten" Eisbären scheint ein Problem zu bestehen: Zur besseren Tarnung im Schnee sollten sie möglichst weiß sein, dadurch können sie jedoch das eingestrahlte Sonnenlicht nur eingeschränkt als Wärmequelle nutzen. Betrachtet man sich jedoch einen Eisbär genauer - was allerding nur unter Schwierigkeiten möglich ist - stellt man fest, daß er eine schwarze Haut besitzt. Die transparenten Haare seines Fells wirken ähnlich wie Glasfaserlichtleiter, sie leiten die direkt einfallende Sonnenstrahlung zur dunklen Haut, wo das Licht absorbiert wird. Nur das seitlich auftreffende Streulicht wird reflektiert, sodaß der Bär für andere Lebewesen weiß erscheint.

Gefahren:
Auf die Gefährung durch wilde Tiere wird ausdrücklich hingewiesen!

Literatur & Links:
Ulrich Bossert: "Modellexperimente zum Wärmehaushalt der Säugetiere"
Biologie in der Schule, 47 (1998), S. 268-271

Oktober 1999: Das Farbenwunder

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Seite erstellt am: Samstag, 30. Oktober 1999, A. Schunk.