Wärmeenergie und Wassertemperatur: Zum Nachdenken

1. Die erwärmte oberste Wasserschicht hat eine geringere Dichte als das kühlere Wasser darunter. Deswegen entsteht eine stabile Schichtung und es gibt keine Konvektionsströmungen. Die Wärmeleitfähigkeit von Wasser ist gering, so dass nur wenig thermische Energie durch Leitung ausgetauscht wird.

2. Der Stoff Wasser hat seine höchste Dichte im flüssigen Aggregatzustand bei 4 °C. Das kältere Wasser einer Temperatur von 0 °C hat eine geringere Dichte und schwimmt deswegen auf dem 4 Grad kalten Wasser.

3. Das Wasser fühlt sich kälter an. Das liegt daran, dass die Wärmeleitfähigkeit von Wasser größer ist als die von Luft, d.h. der Haut wird in Wasser mehr Wärme pro Zeiteinheit entzogen als in Luft. Außerdem hat Wasser eine höhere Wärmekapazität. Man benötigt also mehr Wärmeenergie, um das direkt der Haut anliegende Wasser zu erwärmen als die direkt der Haut anliegende Luft.

4. Das Wasser in dem Becherglas kühlt schneller ab, da die Berührungsfläche mit der kalten Kühlschrankluft größer ist. In der Natur folgt die Temperatur eines flachen Weihers schneller der Lufttemperatur als die eines tiefen Sees.

5. Die Wärmeleitfähigkeit eines Körpers wird bestimmt durch die Geschwindigkeit, mit der sich die Erwärmung an einem Punkt durch den Stoff ausbreitet. Die Wärmeleitfähigkeit ist also das Vermögen eines Stoffes, thermische Energie mittels Wärmeleitung zu transportieren. Die Wärmeleitfähigkeit eines Stoffes, oft mit k bezeichnet, gibt an, welche Wärmemenge Q in der Zeit t und bei einem Temperaturunterschied Delta T durch die Fläche A fließt. Die Einheit der Wärmeleitfähigkeit ist J/(K·m·s) bzw. W/(K·m).

6. Ein großer See wirkt sich abschwächend aus, da die große Wassermasse durch die hohe Wärmekapazität von Wasser nur langsam den Temperaturschwankungen folgt.