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Warum werden schwarze Flächen in der Sonne oft wärmer?

Ein schwarzes Blatt und ein weißes Blatt liegen im gleichen Sonnenlicht. Warum kann sich das schwarze stärker erwärmen?

Aufgenommenes Sonnenlicht kann eine Oberfläche erwärmen
Aufgenommenes Sonnenlicht kann eine Oberfläche erwärmen · KI-generiertes Illustrationsbild
✦ Die kurze Antwort

Viele gewöhnliche schwarze Oberflächen nehmen mehr sichtbares Sonnenlicht auf als vergleichbare weiße Flächen. Die aufgenommene Energie geht in das Material über und kann seine Temperatur erhöhen. Weiße Flächen werfen meist mehr Licht zurück. Wie warm etwas tatsächlich wird, hängt auch vom Material und seiner Umgebung ab.

Das Titelbild ist eine Illustration mit zwei Papierhüllen und symbolischen Thermometern. Es zeigt keine gemessenen Temperaturen. Für einen echten Versuch braucht ihr Geräte, die Raum- und Umgebungstemperaturen messen können.

Licht kann zurückgeworfen oder aufgenommen werden

Sonnenlicht bringt Energie mit. Trifft es auf eine undurchsichtige Fläche, wird ein Teil zurückgeworfen: Das heißt Reflexion. Ein anderer Teil wird aufgenommen: Das heißt Absorption.

Eine weiße Fläche wirft viel sichtbares Licht zurück und erscheint deshalb hell. Eine schwarze Fläche wirft davon wenig zurück und nimmt meist mehr auf. Sie sammelt dabei kein schwarzes Licht.

Gewählte gewöhnliche dunkle und helle Flächen bei gleicher Beleuchtung. Pfeildicken bedeuten nur mehr oder weniger, keine gemessenen Anteile oder Temperaturen. Die roten Pfeile kennzeichnen aufgenommene Energie, keinen Lichtstrahl durch das undurchsichtige Material. Vereinfachte Richtungen, keine vollständige Streukarte oder Aussage über alle Materialien und Wellenlängen.
Gewählte gewöhnliche dunkle und helle Flächen bei gleicher Beleuchtung. Pfeildicken bedeuten nur mehr oder weniger, keine gemessenen Anteile oder Temperaturen. Die roten Pfeile kennzeichnen aufgenommene Energie, keinen Lichtstrahl durch das undurchsichtige Material. Vereinfachte Richtungen, keine vollständige Streukarte oder Aussage über alle Materialien und Wellenlängen.

Die Energie kommt von der Sonne

Aufgenommene Strahlungsenergie kann das Material erwärmen. Die schwarze Farbe erzeugt selbst keine zusätzliche Energie. Ohne Beleuchtung macht sie einen Gegenstand nicht von allein warm.

Eine Fläche kann zugleich Energie an kühlere Luft oder an berührende kühlere Gegenstände abgeben. Außerdem sendet sie Wärmestrahlung aus. Ihre Temperatur steigt, wenn sie insgesamt mehr Energie aufnimmt als abgibt.

Vereinfachte Energiebilanz ohne Phasenwechsel: Aufgenommene Sonnenenergie kann die Temperatur erhöhen. Energie wird auch an Luft und Unterlage sowie durch Wärmestrahlung abgegeben. Material und Masse beeinflussen die Temperaturänderung. Die Pfeile zeigen Zusammenhänge, keine Messwerte; die sichtbare Farbe legt die Temperatur nicht allein fest.
Vereinfachte Energiebilanz ohne Phasenwechsel: Aufgenommene Sonnenenergie kann die Temperatur erhöhen. Energie wird auch an Luft und Unterlage sowie durch Wärmestrahlung abgegeben. Material und Masse beeinflussen die Temperaturänderung. Die Pfeile zeigen Zusammenhänge, keine Messwerte; die sichtbare Farbe legt die Temperatur nicht allein fest.

Albedo bedeutet: Welcher Anteil kommt zurück?

Die Albedo beschreibt den Anteil der einfallenden Sonnenenergie, den eine Fläche zurückwirft. Hohe Albedo bedeutet viel Reflexion, niedrige Albedo wenig Reflexion.

Heller Schnee wirft zum Beispiel viel Sonnenlicht zurück. Wird dunkler Boden darunter frei, kann er mehr Sonnenenergie aufnehmen. Auch dafür ist die Aufteilung zwischen Reflexion und Absorption wichtig.

Die sichtbare Farbe verrät nicht alles

Sonnenlicht enthält auch unsichtbare Strahlung, etwa nahes Infrarot. Zwei gleich dunkel aussehende Beschichtungen können davon verschieden viel zurückwerfen. Spezielle dunkle Oberflächen können deshalb weniger warm werden als gewöhnliche dunkle Oberflächen.

Material, Dicke, Wind, Schatten und Kontakt zur Unterlage zählen ebenfalls. Vergleicht darum möglichst gleiche Gegenstände unter gleichen Bedingungen. Schwarz ist nicht unter allen Umständen heißer als Weiß.

↗ Probier es aus

Schwarzes und weißes Papier vergleichen

  1. Faltet mit einem Erwachsenen aus gleich großen schwarzen und weißen Blättern möglichst gleicher Sorte und Dicke zwei gleiche Papierhüllen. Gebt in jede gleich viel trockenes Küchenpapier. Steckt je ein geeignetes Raumthermometer gleich weit hinein, sodass die Messfühler im Papierinneren vor direkter Sonne geschützt sind. Lasst beide zunächst im Schatten zur Ruhe kommen und notiert die Startwerte.
  2. Legt beide Hüllen nebeneinander auf dieselbe trockene Unterlage in die Sonne, mit gleichem Winkel und ohne gegenseitigen Schatten. Lest die Werte nach 5, 10 und 15 Minuten ab. Verändert die Lage dabei nicht und verschattet die Hüllen beim Ablesen möglichst wenig.
  3. Vergleicht, wie stark jede Temperatur gegenüber ihrem eigenen Startwert gestiegen ist. Lasst alles im Schatten wieder abkühlen und wiederholt den Versuch mit vertauschten Plätzen. Notiert auch Wolken oder Wind. Eine kleine oder fehlende Differenz ist ebenfalls ein Ergebnis; der Versuch misst keine genaue Albedo.

Ein Erwachsener hilft und prüft den Messbereich der Thermometer. Keine Glas- oder Quecksilberthermometer und keine nur für Körpertemperaturen ausgelegten Geräte verwenden. Nicht in die Sonne schauen. Hüllen trocken halten und nicht mit einer Lampe, Lupe oder anderen Wärmequelle erhitzen. Warme Flächen nicht zur Temperaturprüfung anfassen.

Zum Mitnehmen

Schwarze Flächen nehmen oft mehr sichtbares Sonnenlicht auf; weiße werfen mehr zurück. Aufgenommene Energie kann erwärmen. Albedo beschreibt den zurückgeworfenen Anteil, während die tatsächliche Temperatur auch von Material und Energieabgabe abhängt.

Eine kleine Frage an dich

Warum kann schwarzes Papier bei gleicher Beleuchtung wärmer werden als vergleichbares weißes Papier?

Quellen & Weiterlesen

NASA · Cool Suits, Educator Section (PDF) ↗UCAR Center for Science Education · Looking Into Surface Albedo ↗UCAR Center for Science Education · Albedo and Climate ↗Lawrence Berkeley National Laboratory · About Cool Surfaces ↗

Unsere Texte erklären die Grundidee in eigenen Worten. Bilder und Modelle vereinfachen die Wirklichkeit; sie sind nicht maßstabsgetreu.

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