Warum werden schwarze Oberflächen heißer als weiße?

In den jetzt kommenden heißen Tagen merkt man es wieder extrem. Dunkle oder schwarze Oberflächen erwärmen sich in der Sonne viel stärker als helle. Das weiß eigentlich jeder aber hast du dich auch schon einmal gefragt warum das so ist?

Um das zu verstehen muss man erst einmal wissen, wie Farben überhaupt entstehen und warum ein Gegenstand schwarz oder vielleicht weiß ist.

Alles beginnt bei einer Lichtquelle. Diese Quelle sendet ein Lichtspektrum aus, also eine Überlagerung von elektromagnetischen Wellen verschiedener Wellenlängen. Im besten Fall ist das die Sonne. Das Spektrum der Sonne deckt nämlich den ganzen sichtbaren Bereich des Lichts ab. Das bedeutet, dass das uns weiß erscheinende Licht der Sonne eine Überlagerung aller Farben ist (siehe auch „Wie entsteht ein Regenbogen„). Damit wissen wir schon einmal, dass die Farbe Weiß dann entsteht, wenn alle Farben überlagert unser Auge erreichen. Schwarz ist dann das genaue Gegenteil. Schwarz sehen wir wenn gar kein Licht bzw. keine elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Bereich in unser Auge fällt.

Von der Lichtquelle nun zu der Farbe eines Gegenstandes. Wenn beispielsweise Sonnenlicht auf eine uns rot erscheinende Oberfläche fällt, dann wird von dieser Oberfläche das Licht aller Wellenlängen absorbiert bis auf das rote. Absorbiert bedeutet, dass der Gegenstand die Energie des Lichts aufnimmt. Der in diesem Fall rote Teil des Lichts wird reflektiert und kann so unser Auge erreichen. Die Oberfläche sieht für uns also rot aus. Der zusätzliche Effekt der Absorption ist, das sich die Oberfläche durch die Aufnahme der Energie erwärmt. Je heller die Farbe, desto mehr wird von dem auftreffenden Licht reflektiert. Bis hin zu einer weißen Oberfläche, die alle Strahlung reflektiert und eine Überlagerung des kompletten Spektrums das Auge erreichen kann.

Mit diesem Wissen kann man sich auch erklären, warum ein schwarzer Gegenstand heißer wird als ein weißer. Der Schwarze absorbiert die komplette Strahlung, der Weiße reflektiert alles. Und nur durch die Absorption kann sich ein Gegenstand erwärmen.

Warum juckt ein Mückenstich?

Der Sommer ist da! Mit ihm kommen leider auch immer die ungeliebten Stechmücken zum Vorschein. Jeder kennt die Entscheidung für die abendliche Grillparty: Kurze, sommerliche Kleidung mit der wahrscheinlichen Folge von einigen Mückenstichen oder lange Klamotten, um den Mücken möglichst wenig Angriffsfläche zu geben. Doch warum jucken Stiche von Mücken eigentlich und was hilft am besten dagegen?

Zuerst einmal zur Ursache des Juckens. Mücken sondern beim Stechen ein speichelähnliches Sekret ab, das die Gerinnung des Blutes verlangsamt. So können sie in aller Ruhe das Blut saugen, das sie im Übrigen für die Produktion von Eiern brauchen und nicht als Nahrung, wie oft angenommen. Das ist auch der Grund, warum nur weibliche Mücken stechen. Der Mückenspeichel wird von unserem Körper als Fremdstoff erkannt und eine automatische Abwehrreaktion tritt in Kraft. An der Stelle des Stiches wird Histamin freigesetzt, dass eine Art allergische Reaktion auslöst. Folge ist eine Rötung der Stelle, verbunden mit einer leichten Schwellung und einem Juckreiz. Die Stärke der Reaktion ist grundsätzlich von der Menge an abgesondertem Speichel abhängig, jeder Mensch reagiert aber unterschiedlich stark auf Stiche.

An der Aussage: „Kratzen macht es nur schlimmer“ ist übrigens etwas dran. Durch kratzen wird das Histamin unter der Haut großflächig verteilt. Dadurch wird wiederum eine weitere Ausschüttung angeregt und die Reaktion des Körpers verstärkt sich. Um das Jucken minimal zu halten sollte die Einstichstelle gekühlt werden. Kälte wirkt lindernd auf Entzündungen und schwächt die Reaktion ab. Das allseits bekannte auftragen von Speichel auf einen Stich hat ebenfalls einen kühlenden Effekt und kann somit das Jucken abschwächen.

 

Quellen:

http://www.n-tv.de/wissen/frageantwort/Warum-juckt-ein-Mueckenstich-article3594551.html

http://www.rp-online.de/panorama/wissen/wie-lange-und-warum-jucken-mueckenstiche-ein-dermatologe-erklaert-aid-1.1624817

Wie funktioniert Sonnencreme?

So langsam macht sich doch der Sommer und vor allem die Sonne bei uns breit. Die Tage werden immer wärmer und die Sonne immer intensiver. Um sich trotzdem in die Sonne legen zu können greifen wir zur Sonnencreme um nicht am nächsten Tag mit einem ordentlichen Sonnenbrand aufzuwachen. Aber wie funktioniert eigentlich eine Sonnencreme? Wie kann sie uns vor der gefährlichen Strahlung der Sonne schützen?

Die Meisten wissen, dass die UV-Strahlung der Sonne diejenige ist, die Sonnenbrand und andere Hautschäden verursacht und dass Sonnencremes über einen UV-Schutz verfügen. Vielleicht hast du dich ja auch schon einmal gefragt, wie dieser UV-Schutz eigentlich funktioniert.

Es gibt zwei Mechanismen, die in Sonnencremes verwendet werden, um uns vor UV-Strahlung zu schützen. Einen physikalischen Effekt und einen chemischen. Für den physikalischen Effekt werden der Sonnencreme sehr kleine Teilchen aus Metalloxiden wie Titanoxid oder Zinkoxid zugegeben. Diese Teilchen, die beim Einschmieren auf der Hautoberfläche haften bleiben, wirken wie winzige Spiegel. Die Spiegel reflektieren einen Großteil des auf die Haut fallenden UV-Lichts und sorgen dadurch dafür, dass die Strahlung gar nicht erst in die Haut eindringen kann. Für den chemischen Effekt werden der Creme synthetische Stoffe beigemischt, die nach dem auftragen in die Haut eindringen und dort einen Schutzfilm bilden. In diesem Schutzfilm wird die Strahlung nicht reflektiert, sondern unschädlich gemacht. Die UV-Strahlung wird von den Stoffen absorbiert und in für uns unschädliche Infrarotstrahlung, also Wärme, umgewandelt.

Die meisten Sonnencremes kombinieren beide Effekte um möglichst effizient zu wirken. Ein 100%iger Schutz vor UV-Strahlung ist aber nie gewährleistet. Unsere Haut hat aber ja auch noch einen eigenen Schutzmechanismus, nämlich die Hautbräune. Einen Artikel zum Thema „Warum werden wir von der Sonne braun“ findest du auf diesem Link. Dort ist auch der Unterschied zwischen UV-A und UV-B Strahlung beschrieben.

Wenn du dich jetzt das nächste Mal mit einer Sonnencreme einschmierst weißt du auch was diese bewirkt und vor allem wie sie es tut.

 

Quellen:

http://www.wdr.de/tv/kopfball/sendungsbeitraege/2013/0512/sonnenmilch.jsp

http://www.pflichtlektuere.com/26/07/2013/wissenswert-so-funktioniert-sonnencreme/

https://www.welt.de/wissenschaft/article108370049/So-funktioniert-die-Chemie-der-Sonnencreme.html

Wann sollte man Nudelwasser salzen?

Unumstritten ist, dass Nudeln in Salzwasser gekocht werden müssen, damit sie besser schmecken. Eine häufig gestellte Frage unter Hobbyköchen ist allerdings zu welchem Zeitpunkt man das Salz in das Wasser geben sollte. Sollte man es gleich in das kalte Wasser geben oder doch erst kurz bevor das Wasser kocht?

Warum ist diese Frage überhaupt relevant? Was macht das Salz, abgesehen von dem Geschmack der Nudeln, überhaupt für einen Unterschied?

Tatsächlich verändert das Salz die Siedetemperatur des Wassers. Durch das Zugeben von Salz, welches sich dann im Wasser löst, verdampft dieses Salzwasser nicht mehr bei 100 °C, wie ungesalzenes Wasser, sondern bei etwa 101 °C. Dafür muss das Wasser aber schon ordentlich gesalzen werden. Man sieht an den Zahlen gleich, dass das eine Grad unterschied in der Kochpraxis wohl kaum einen Unterschied macht. Außerdem ist es für die Siedetemperatur völlig egal zu welchem Zeitpunkt das Salz zugegeben wird.

Einen minimalen Unterschied macht der Zeitpunkt der Zugabe in Bezug auf die spezifische Wärmekapazität des Wassers. Die spezifische Wärmekapazität ist ein Maß dafür, wie viel Energie man benötigt, um 1 Gramm von einem Material, in unserem Fall Wasser, um 1 °C zu erwärmen. Die Wärmekapazität von Salzwasser ist minimal geringer, als die von reinem Wasser. Zumindest bis zu einem Salzgehalt von 190 g pro Liter. Allerdings liegt die Wärmekapazität hier maximal 0,13% unter dem Wert von reinem Wasser. Auch hier sieht man, dass das wohl kaum einen merklichen Einfluss auf den realen Kochvorgang hat. Theoretisch ist hier aber die Menge an benötigter Energie, um Salzwasser auf 100° zu erwärmen um bis zu 0,13% geringer als ohne Salz. Bei der im Normalfall zugegebenen Menge an Salz ist die Auswirkung dieses Effekts allerdings noch geringer.

Als Fazit kann man sagen, dass Nudelwasser zwar auf jeden Fall gesalzen werden sollte, der Zeitpunkt wann man das Salz ins Wasser gibt aber keinen merklichen Einfluss auf den tatsächlichen Kochprozess hat.

Quellen:

http://www.ds.mpg.de/139193/04

http://www.chemieunterricht.de/dc2/wasser/salzwasser-erwaermen.htm

https://de.wikipedia.org/wiki/Salzwasser

Wie funktioniert eine LED?

Sie sind heutzutage nicht mehr weg zu denken – LEDs. LED steht für „light emitting diode“ und ist eine Diode, also ein elektrisches Bauteil, das Licht aussendet, wenn es von Strom durchflossen wird. Sie finden in allen Lebensbereichen ihren Einsatz und sind immer mehr dabei herkömmliche Leuchtmittel, wie Glühbirnen zu verdrängen. Aber wie funktioniert eine LED eigentlich und was macht sie besser als eine Glühbirne?

Eine LED besteht aus einem sogenannten Halbleitermaterial. Solche Halbleiter haben die Eigenschaft, dass sie aus einer Seite mit einem Elektronenüberschuss und einer Seite mit einem Elektronenmangel bestehen. Fließt nun Strom durch die Diode, können die Elektronen aus der Überschussseite in die Mangelseite übergehen. Bei diesem Übergang gehen die Elektronen in einen energieärmeren Zustand über. Die Differenz von höherem Energiezustand zum Niedrigeren wird bei diesem Vorgang als Licht abgegeben. Dieses Licht hat eine ganz bestimmte Wellenlänge, die vom verwendeten Material abhängig ist. Je höher der Energieunterschied, desto geringer ist die Wellenlänge des ausgesendeten Lichts. Kleine Wellenlängen bedeuten bläuliches Licht bis hin zu ultraviolett, langwelliges Licht hingegen ist rot. Über das in der LED verwendete Halbleitermaterial kann somit die Farbe des Lichts eingestellt werden. Für weiße LEDs müssen viele verschiedene Wellenlängen überlagert werden. Je kontinuierlicher das Spektrum des Lichts ist, also je mehr Wellenlängenbereiche vorhanden sind, desto „wärmer“ wird das weiße Licht und desto angenehmer empfinden wir es.

LEDs sind deutlich effizienter als herkömmliche Glühbirnen. Das liegt daran, dass bei LEDs der größte Teil des Stroms tatsächlich in Licht umgewandelt wird. Bei einer Glühbirne wird ein Großteil einfach in Wärme umgewandelt. Das merkt man sehr schnell wenn man eine Glühbirne anfasst, die eine Zeit lang in Betrieb war. Außerdem haben LEDs in der Regel mit bis zu 100.000 Betriebsstunden eine deutlich höhere Lebenserwartung als Glühbirnen. Aus diesen Gründen sind LEDs immer mehr dabei in allen Bereiche des alltäglichen Lebens Einzug zu erhalten und werden auch weiterhin durch voranschreitende Entwicklung den Leuchtstoffmarkt erobern.

Quellen:

https://www.simplyscience.ch/teens-liesnach-archiv/articles/was-ist-eine-leuchtdiode.html

https://www.simplyscience.ch/energie-umwelt/articles/die-led-eine-clevere-technologie.html?_locale=de

Warum werden unsere Haare im Alter grau?

Viele Menschen haben Angst vor grauen Haaren, Andere sehen sie als Zeichen der Weisheit. Vermeiden lassen sich graue Haare im Alter nicht. Aber was passiert mit unseren Haaren, damit sie grau werden.

Für die Farbe unserer Haare ist das so genannte Melanin verantwortlich, ein Farbpigment, das von Pigmentdrüsen an der Haarwurzel gebildet wird und beim Wachstum in die Hornschichten der Haare eingelagert wird. Das Grauwerden der Haare ist eine Folge der Funktionsrückbildung der Pigmentdrüsen. Wird nicht mehr genug Melanin produziert, werden stattdessen kleine Luftbläschen in die Hornschichten der Haare eingelagert. Optisch sehen die Haare dadurch grau bzw. weiß aus. Die Rückbildung kann mehrere Ursachen haben. Ganz natürlich ist eine Rückbildung mit zunehmendem Alter. Die Leistung der Drüsen nimmt mit dem Alter ab. Die Folge sind graue Strähnen bis hin zum völligen Verlust der Haarfarbe. Aber auch andere Faktoren wie Stress, Rauchen oder schwere Erkrankungen können den Verfall der Pigmentdrüsen voranschreiten lassen. Zusätzlich ist das Grauwerden der Haare aber auch genetisch bedingt. Es gibt gesund lebende Menschen, die mit 30 Jahren schon graue Haare bekommen, ebenso gibt es sechzigjährige mit noch völlig natürlicher Haarpracht. Man kann den Prozess somit nur bedingt beeinflussen, eine ausgewogene Ernährung und ein stressarmes Leben können die Haaralterung allerdings verzögern.

Im Übrigen treten graue Haare meistens als ersten im Bereich der Schläfen oder bei Männern im Bart auf. Die Wachstumsrate der Haare ist an diesen Stellen am schnellsten. Die Pigmentdrüsen sind dadurch an diesen Stellen auch am meisten beansprucht.

 

Quellen:

https://www.zentrum-der-gesundheit.de/graue-haare.html

http://www.weltderwunder.de/artikel/warum-bekommen-wir-graue-haare

Wie kommt die „Kohlensäure“ ins Wasser?

Eine allseits bekannte Frage, wenn es darum geht welches Wasser man denn gerne hätte lautet: „Mit oder ohne Kohlensäure?“ Aber hast du dich schon einmal gefragt wie die „Kohlensäure“ überhaupt in das Wasser kommt?

Der Begriff „Kohlensäure“ ist hier tatsächlich etwas irreführend. Die feinen Bläschen, die in einem Sprudelwasser, einer Limonade oder in Sekt nach oben steigen und das Prickeln im Mund verursachen sind nämlich eigentlich nichts anderes als Kohlenstoffdioxid (CO2). Richtige Kohlensäure hingegen hat die chemische Formel H2CO3 und wird auch Dihydrogencarbonat genannt. Diese Säure entsteht durch die Reaktion von CO2 mit Wasser (H2O). Um ein Mineralwasser spritzig zu machen wird Kohlendioxid mit Druck in die Wasserflasche gepresst. Ein kleiner Teil davon reagiert zu Kohlensäure, der Großteil löst sich allerdings einfach in dem Wasser. Das heißt das CO2 ist in dem Wasser gebunden, ist aber keine chemische Reaktion eingegangen. Dieses „freie“ CO2 kann dann beim öffnen der Flasche in kleinen Bläschen wieder entweichen und das Wasser sprudelt.

Eine korrekte Angabe der Spritzigkeit von Wasser wäre somit nicht der Kohlensäuregehalt, sondern der Gehalt an Kohlendioxid. Wobei der Kohlensäuregehalt mit der Menge an CO2 im Wasser natürlich auch ansteigt.

Woher kommt der Aprilscherz?

Naa, ist dir am Samstag auch die eine oder andere Scherznachricht über den Weg gelaufen? Gerade die Medien erlauben sich am 1. April gerne mal absurde Fehlinformationen. Aber woher kommt der Brauch des Aprilscherzes überhaupt?

Tatsächlich weiß das keiner so genau. Es gibt mehrere Theorien, was der genaue Ursprung dieses Brauches ist. Die am meisten verbreitete geht zurück bis ins Jahr 1564. In diesem Jahr führte der französische König Karl IX eine Kalenderreform ein. Diese Reform beinhaltete, dass der Beginn des Kalenderjahres vom 1. April auf den 1. Januar gelegt wurde, an dem er heute noch ist. Da sich solche Nachrichten zu dieser Zeit noch nicht so schnell verbreiteten wie heute, entstand der Brauch Freunde zu einer Neujahrsparty im April einzuladen und diese mit dieser falschen Einladung „in den April zu schicken“.

Wie gesagt ist das nur eine von vielen Theorien zu dem Ursprung des Aprilscherzes, der heutzutage auf der ganzen Welt als Brauch praktiziert wird.

 

Quelle:

http://www.spektrum.de/quiz/geschichte-woher-kommt-der-aprilscherz/776456

Warum fliegt ein angeschnittener Ball eine Kurve? (Magnus-Effekt)

Jeder, der eine Ballsportart selber betreibt oder sportbegeisterter Zuschauer ist hat folgendes schon einmal gesehen: Ein rotierender Ball fliegt in der Luft eine Kurve. Für viele aktive Sportler ist das selbstverständlich aber warum fliegt der Ball eigentlich eine Kurve?

Grund hierfür ist der sogenannte Magnus Effekt, benannt nach dem Wissenschaftler, der den Effekt als Erster physikalisch beschrieben hat. Zunächst betrachten wir mal die Luft direkt an der Oberfläche eines rotierenden Balls. Diese Luft wird durch die Rotation und die dadurch entstehende Reibung in Bewegung versetzt. Der Ball reißt quasi eine kleine Luftschicht mit seiner Kreisbewegung mit. Wenn sich der Ball nun durch die Luft bewegt, wie er das zum Beispiel bei einem Freistoß beim Fußball tut, dann wird er zusätzlich gegen seine Flugrichtung mit Luft umströmt. Diese Luft tritt wiederum in Interaktion mit der dünnen Luftschicht, die von der Rotation des Balls mitgerissen wird. Auf der einen Seite strömt die Umgebungsluft und die dünne Luftschicht in die gleiche Richtung. Auf der anderen Seite allerdings genau entgegengesetzt. Die Folge ist, dass die Strömungsgeschwindigkeit auf der einen Seite erhöht, auf der Anderen aber reduziert wird. Bei strömenden Gasen (und Flüssigkeiten) gilt jetzt folgendes: Je höher die Strömungsgeschwindigkeit, desto geringer der Druck an dieser Stelle. Das hat irgendwann ein gewisser Daniel Bernoulli festgestellt und in der sehr bekannten und allgemein gültigen Bernoulli-Gleichung festgehalten. Für den rotierenden Ball bedeutet das, dass auf der einen Seite eine höherer Druck herrscht als auf der Anderen. Die Folge ist, dass der Ball eine Kraft in Richtung des geringeren Drucks erfährt und zur Seite gedrückt wird. Da dies während der ganzen Flugphase des Balls der Fall ist, fliegt dieser eine Kurve. Wie stark der Ball abgelenkt wird hängt vor allem von der Rotationsgeschwindigkeit ab.

In vielen Ballsportarten wird dieser Effekt oft ausgenutzt und jetzt weißt du auch warum er auftritt und sogar wie er heißt.

Ein sehr cooles Video demonstriert diesen Effekt mit einem Basketball, der mit und ohne Spin von einem Staudamm geworfen wird. Schaut´s euch mal an:

 

Quellen:

http://www.wissen.de/raetsel/warum-fliegt-der-eckball-eine-kurve

https://lp.uni-goettingen.de/get/text/3773

Wie entsteht der Föhn (Wind)?

An außergewöhnlich warmen Tagen hört man oft im Wetterbericht, dass der Föhn dieses warme Wetter beschert. Aber was ist Föhn eigentlich und wie entsteht er?

Der im Sprachgebrauch als Föhn bezeichnete Wind ist grundsätzlich erst einmal ein warmer Fallwind, der bei uns in Deutschland von den Alpen her über Bayern und Baden- Württemberg nach Norden weht. Aber wie entsteht dieser Wind und warum ist er so warm?

Voraussetzung, dass überhaupt ein Wind von Süden her über die Alpen zu uns weht ist, dass auf unserer Seite der Alpen, also über Deutschland, ein Tiefdruckgebiet liegt. Auf der Südseite der Berge in Italien muss hingegen ein Hochdruckgebiet liegen. Durch den höheren Druck auf der einen und den niedrigen Druck auf der anderen Seite der Berge entsteht eine Sogwirkung, die die Luft von Süden her über die Alpen drückt. Auf der Luvseite der Berge, also die dem Wind zugewandte Seite, steigt die Luft nach oben und kühlt sich dabei ab. Im Normalfall erst einmal mit ca. 1°C pro 100 Meter Höhenunterschied. Ab einer gewissen Höhe und Temperatur fängt allerdings die Luftfeuchtigkeit an zu kondensieren und es bilden sich Wolken. Bei dieser Kondensation wird Wärme frei, wodurch die weiterhin aufsteigende Luft sich nun nicht mehr ganz so stark abkühlt (ca. 0,5°C pro 100 Meter). Mit zunehmender Wolkenbildung fängt es auf der Luvseite irgendwann an zu regnen. Das ist dann der sogenannte Steigungsregen, den man oft in den Bergen beobachten kann. Irgendwann hat die Luftmasse den Kamm des Berges erreicht und wird ab dort dann von dem Tiefdruckgebiet Richtung Tal „gezogen“. Da sich bei dieser Abwärtsbewegung der Luftmasse die absolute Luftfeuchtigkeit, also der tatsächliche Anteil an Wasserdampf in der Luft nicht oder nur geringfügig ändert, kann sich die Luft auf dem Weg nach unten wieder mit 1°C pro 100 Meter erwärmen. Die Folge daraus ist, dass die Erwärmung durch das hinab fallen auf der Leeseite (windabgewandt) stärker ist als die Abkühlung auf der Luvseite. Die Luft kommt bei uns in Deutschland somit wärmer an als sie in Norditalien auf die Alpen trifft. Folglich beschert uns ein Föhn immer eine warme Wetterlage, die gerade im Süden Deutschlands zusätzlich noch von Norden her anrückende Wolken vertreibt.

Das ist nicht die einzige Erklärung, wie ein Föhn entstehen kann aber eine, die zumindest das Grundprinzip erklärt, warum dieser Wind so warm ist und gutes Wetter bringt. Hoffen wir also auf viel Föhn in diesem Frühling.

 

Quellen:

http://www.br.de/themen/wissen/meteorologie-wetter-foehn-106.html

http://www.wetter.de/cms/was-ist-foehn-und-wie-entsteht-er-1752881.html

Interessantes Wissen aus dem Alltag, dass nicht jeder weiß.