Das Ste­fan-Boltz­mann-Ge­setz

Die Schüler/-innen wissen, dass jeder Körper Wärmestrahlung aussendet. Einen idealisierten Körper, der elektromagnetische Strahlung jeglicher Wellenlänge vollständig absorbiert, erkennen sie als schwarzen Körper. Sie wissen, dass die Strahlungsleistung als Maß für die Stärke der Wärmestrahlung verwendet wird. Die flächenbezogene Strahlungsleistung können sie mit dem Begriff 'spezifische Ausstrahlung' benennen. Aus den Messergebnissen eines Versuchs zur 'Schwarzkörperstrahlung' eines brünierten Messingzylinders können sie das Stefan-Boltzmann-Gesetz ableiten. Der Wert der Stefan-Boltzmann-Konstante ist ihnen bekannt. Mit einem Leslie-Würfel können sie zudem zeigen, dass die spezifische Ausstrahlung nicht nur von der Temperatur, sondern auch von der Oberflächenbeschaffenheit abhängt. Mit Hilfe des Emissionsgrades können sie schwarze, graue, weiße und bunte Körper unterscheiden.

  • 40:25 min
  • 3 Aufgabenblöcke
  • 4 Arbeitsblätter
1. Aktivierung von Vorwissen
Video - 03:00 min
Wärmebild und Wärmebildkamera
Wiederholung: Messung der Temperatur, Wärmestrahlung
2. Einführung
Video - 03:51 min
Absorption elektromagnetischer Strahlung
Schwarzer Körper
Strahlungsleistung
Spezifische Ausstrahlung
3. Verständnis­sicherung
Aufgaben - 05:00 min
Aufgaben rund um die Strahlungsleistung
4. Erarbeitung
Video - 05:53 min
Bestätigung des Stefan-Boltzmann-Gesetzes durch Messung der Schwarzkörperstrahlung eines brünierten Messingzylinders mit einer Thermosäule
5. Üben und Anwenden
Aufgaben - 05:00 min
Aufgaben rund um die Schwarzkörperstrahlung
6. Vertiefung
Video - 06:36 min
Herleitung des Stefan-Boltzmann-Gesetzes
Untersuchung der Materialabhängigkeit der Wärmestrahlung mit einem Leslie-Würfel
allgemeines Stefan-Boltzmann-Gesetz mit Emissionsgrad
schwarzer, grauer, weißer und bunter Körper
7. Ergebnis­sicherung
Video - 03:03 min
Schwarzer, grauer, weißer und bunter Körper
Strahlungsleistung
Spezifische Ausstrahlung
Messung der Schwarzkörperstrahlung mit einer Thermosäule
Stefan-Boltzmann-Gesetz und Stefan-Boltzmann-Konstante
Emissionsgrad
8. Abschlusstest
Abschlusstest - 08:00 min
Anwendungs- und Transferaufgaben

Schülermaterial (2)

  • Abschlusstest (PDF)
  • Arbeitsblatt (PDF)

Lehrermaterial mit Lösungen (2)

  • Abschlusstest (PDF)
  • Arbeitsblatt (PDF)

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