Ein Alltagsgegenstand im Experiment – Handwärmer

Unsere SchülerInnen aus dem Zweig Natur&Technik bestimmten im naturwissenschaftlichen Praktikum Physik die Energiebilanz eines Handwärmes.

Jenen, die beim Schifahren leicht frieren, ist ein Handwärmer sehr wohl bekannt. Ein Metallplättchen in einem Kunststoffbeutel, der eine Flüssigkeit enthält, wird geknickt. Die Flüssigkeit verfestigt sich in recht kurzer Zeit und gibt für einen längeren Zeitraum Wärme ab.

Der Handwärmer beeinhaltet Natriumacetat (genauer: Natriumacetat-Trihydrat) in flüssiger Form. Wird ein Plättchen geknickt, so kommt es umgehend zur Kristallisation. Beim Übergang vom flüssigen in den festen Zustand wird Wärme an die Umgebung abgegeben (latente Wärme).

In einer theoretischen Überlegung wurde zuerst berechnet, wie viel Energie notwendig ist, um das feste Natriumacetat von Zimmertemperatur bis zum Schmelzpunkt aufzuwärmen, das Natriumacetat zu schmelzen und wie viel Energie bei Abkühlvorgang wieder frei wird.

Die Handwärmer wurden in mit Wasser gefüllte Kalorimeter eingebracht und die Erwärmung vom Wasser in Abhängigkeit von der Zeit gemessen. Es wurde errechnet, wie viel Energie (welche Wärmemenge) an das Wasser bis zum Erreichen des Temperaturgleichgewichts abgegeben wird. Der Vergleich mit den theoretischen Überlegungen lässt die Abschätzung eines Wirkungsgrads zu.

Nach Gebrauch wurden die Handwärmer laut Bedienungsanleitung für zehn Minuten in kochendes Wasser gegeben. Die dafür nötige Energie wurde mit einem Energiekostenmessgerät experimentell ermittelt.

Das Gymnasium Bludenz verfügt über eine Wärmebildkamera. Nach dem Knicken des Plättchens wurden hintereinander etliche Aufnahmen gemacht, die die schnelle Kristallisation und die einhergehende Temperaturzunahme zeigen.

Dieses Projekt wurde vom Regionalen Netzwerk Naturwissenschaften Vorarlberg (RN VBG) finanziell unterstützt.

Prof. Michael Salzgeber