Der Heizkörper erwärmt die Luft direkt um sich herum. Sie dehnt sich aus und hat dadurch eine geringere Dichte als die kühlere Luft daneben. Die wärmere Luft steigt auf, und kühlere Luft strömt nach. So verteilt die Bewegung Wärme im Zimmer.
Der Heizkörper sitzt oft tief an der Wand. Trotzdem erwärmt er auch die Luft weiter oben im Zimmer. Direkt über dem Heizkörper beginnt ein Luftstrom, den du mit einem leichten Papierstreifen sichtbar machen kannst.
Warme Luft braucht mehr Platz
Luft besteht aus winzigen Teilchen, die sich ständig bewegen. Wenn die Luft am Heizkörper wärmer wird, bewegen sich die Teilchen schneller. In der freien Raumluft kann sich die erwärmte Luft ausdehnen. Die gleiche Menge Luft nimmt dann mehr Platz ein.
Stell dir zwei gleich große Würfel aus Luft vor, einen warmen und einen kühlen. Im warmen Würfel sind im Durchschnitt weniger Teilchen. Deshalb hat er bei gleicher Größe weniger Masse. Man sagt, die warme Luft hat eine geringere Dichte.
Kühlere Luft strömt nach
In der kühleren Luft wirkt auf die wärmere Luft ein Auftrieb. Das ist eine Kraft nach oben, die sie aufsteigen lässt. Von unten und von der Seite strömt kühlere Luft zum Heizkörper nach und kann sich dort ebenfalls erwärmen.
Auf dem Weg durch das Zimmer mischt sich die warme Luft mit der übrigen Raumluft. An kühleren Flächen kann Luft wieder abkühlen und absinken. Die Strömung hängt vom Raum ab: Ein Fenster, Möbel oder Zugluft können ihren Weg verändern.
Bewegte Luft nimmt Wärme mit
Wenn strömende Luft Wärme mitnimmt, heißt das Konvektion. Am Heizkörper kann die Strömung allein durch den Temperaturunterschied entstehen. Dann spricht man von natürlicher Konvektion.
Der Heizkörper gibt auch Wärmestrahlung ab. Sie kann zum Beispiel deine Hand vor dem Heizkörper wärmen. Der Papierstreifen im Versuch reagiert auf die Bewegung der Luft.
Mach die Luftströmung mit Papier sichtbar
- Schneide einen schmalen Streifen aus einer Lage eines Papiertaschentuchs. Schließe Fenster und Türen, damit es möglichst wenig zieht.
- Halte den Streifen an einem Ende fest. Halte ihn zuerst seitlich neben einen warmen Warmwasserheizkörper, etwa auf Höhe seiner Oberkante. Bewege ihn danach mit Abstand direkt über den Heizkörper. Warte an beiden Stellen kurz, bis deine Hand still ist. Wo hebt sich das freie Ende oder flattert stärker?
- Vergleiche die Stellen später noch einmal, wenn der Heizkörper ganz abgekühlt ist. Ist der Unterschied kleiner? Wenn der Streifen überall ähnlich flattert, kann auch Zugluft im Spiel sein.
Mach den Versuch mit einem Erwachsenen an einem Warmwasserheizkörper. Halte das Papier fest und mit mindestens einer Handbreit Abstand. Berühre und bedecke den Heizkörper dabei nicht.
Zum Mitnehmen
Erwärmte Luft dehnt sich aus. Weil ihre Dichte geringer ist als die der kühleren Luft daneben, steigt sie auf. Diese Strömung verteilt Wärme im Zimmer.
Was passiert mit der Dichte der Luft, wenn sie am Heizkörper wärmer wird und sich ausdehnt?
Quellen & Weiterlesen
OpenStax · University Physics: Mechanisms of Heat Transfer ↗Oregon State University · Conduction, Convection, and Radiation: Fundamentals ↗Unsere Texte erklären die Grundidee in eigenen Worten. Bilder und Modelle vereinfachen die Wirklichkeit; sie sind nicht maßstabsgetreu.
