VP 14

Entdeckung des Stefan – Boltzmann – Gesetzes mit Smartphone und Wärmebildkamera
Vortragende/r: Dr. Hans-Otto Carmesin
Co-Autoren:Dr. Lars Schäfer
Institution:Gymnasium Athenaeum, Studienseminar Stade
Datum:20. November 2018
Zeit:12:00 - 12:45 Uhr
Raum:7

Das Stefan – Boltzmann – Gesetz ist grundlegend für die Modellierung des Klimawandels und die Strahlungsphysik.
Wie können die Lernenden dieses Gesetz anschaulich experimentell entdecken?
Dazu präsentieren wir ein Experiment, bei dem eine kostengünstige Wärmebildkamera als Sensor am Smartphone eingesetzt wird.

Damit erkennen die Lernenden zunächst,
dass jeder Körper entsprechend seiner Temperatur Wärmestrahlung aussendet.
Wie hängt die Leistungsdichte S dieser Strahlung von der absoluten Temperatur T des Körpers ab?

An einem heißen Lötkolben messen die Lernenden mit einem elektrischen Thermometer die absolute Temperatur T und erfassen zugleich mit der Wärmebildkamera die Wärmestrahlung.
Mit einer von Lars Schäfer selbst entwickelten Lernsoftware können die Lernenden im Wärmebild mit der Maus wahlweise jedes Pixel anklicken und sich die Leistungsdichte S anzeigen lassen. Durch eine Versuchsreihe ermitteln sie das Stefan – Boltzmann – Gesetz.

Die technische Tatsache, dass in der Wärmebildkamera die gemessene Strahlung an das Planck’sche Strahlungsgesetz angepasst wird, um die Temperatur und die Leistungsdichte zu ermitteln, wird nicht thematisiert.

Im Unterrichtsversuch wurden zwei klassische Versuche und der neuartige anschauliche Versuch mit dem Smartphone angeboten. In einer Umfrage zeigten die Lernenden, dass sie das neue Experiment bevorzugen.