Menschen brauchen Wärmeenergie

Der Mensch braucht Sonnenlicht, Wärme und Energie. Aber auf das richtige Maß kommt es an. Wir schützen uns, wenn es zu heiß oder zu kalt wird. Doch wie kommt die nötige Energie in den Körper und was passiert mit der überschüssigen Energie?

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Wärmehaushalt des Menschen

Die Körpertemperatur des Menschen beträgt ungefähr 37 °C. Diese Temperatur muss immer möglichst gleich bleiben. Eine zu hohe oder zu niedrige Körpertemperatur kann lebensgefährlich sein. Die Umgebungstemperatur ist aber meistens niedriger. Deshalb gibt der menschliche Körper ständig Wärme ab. Damit die Körpertemperatur trotzdem möglichst gleich bleibt, müssen wir Energie aufnehmen. Dies geschieht durch die Aufnahme von Nahrungsmitteln.

Die verschiedenen Nahrungsmittel liefern unterschiedlich viel Energie.

Nährwerttabelle auf einer Lebensmittelverpackung
Bei abgepackten Nahrungsmitteln ist die Energiemenge meist pro 100 g angegeben.

Wie viel Energie liefern diese Nahrungsmittel?

Ziehe das Nahrungsmittel in die richtige Spalte!

Apfel
100 g Apfel

wenig Energie (< 500 kJ pro 100 g)

mittlere Energie (500–1500 kJ pro 100 g)

viel Energie (> 1500 kJ pro 100 g)

Kichererbsen 515 kJ pro 100 g

Um zu bestimmen, wie viel Energie ein Nahrungsmittel liefert, wird das Nahrungsmittel in einem Kalorimeter verbrannt. Deshalb wird die Energie von Nahrungsmitteln manchmal mit dem Wort Brennwert angegeben.

So bestimmt man, wie viel Energie ein Nahrungsmittel liefert

Dazu verwendet man ein Kalorimeter.

Kalorimeter
Kalorimeter zur Bestimmung des Brennwerts von Nahrungsmitteln

Dem Nahrungsmittel wird das Wasser entzogen. Dann wird 1 g des Nahrungsmittels im inneren Behälter, der mit Sauerstoff gefüllt ist, mithilfe einer elektrischen Zündung verbrannt. Es wird gemessen, wie stark sich dabei das Wasser im Kalorimeter erwärmt. Daraus ergibt sich der Brennwert des Nahrungsmittels.

Alle Teile des menschlichen Körpers brauchen Energie. Auch wenn wir schlafen, braucht der Körper Energie, damit Atmung, Blutkreislauf und Verdauung weiter funktionieren und die Körpertemperatur immer möglichst gleich bleibt. Die Energie, die der Körper im Ruhezustand benötigt, wird Grundumsatz genannt.

Der Grundumsatz ist die Energiemenge, die man benötigt, um alle Stoffwechselvorgänge bei körperlicher Ruhe aufrechtzuerhalten.
Schlafendes Kind
Auch beim Schlafen brauchen wir Energie.

So berechnet man den Grundumsatz (pro Tag in Kilojoule)

  • Kinder und Jugendliche: Körpermasse (in kg) × 115
  • Erwachsene: Körpermasse (in kg) × 100
  • über 60-Jährige: Körpermasse (in kg) × 88

Grundsätzlich gilt: Je älter ein Mensch ist, umso geringer ist sein Grundumsatz.

Der Grundumsatz von Schüler*innen beträgt ungefähr 10 000 kJ pro Tag.

Grundumsatzrechner

Körpermasse

Geschlecht

Alter




Grundumsatz

4 600 kJ
(entspricht 6,8 Kugeln Eis)

Für körperliche Tätigkeiten brauchen wir zusätzliche Energie. Wer zum Beispiel viel Sport betreibt, sollte (oder darf) mehr essen. Die Energie, die wir während eines Tages tatsächlich benötigen, wird Leistungsumsatz genannt.

So berechnet man den Leistungsumsatz

Leistungsumsatz = Grundumsatz $$\times$$ PAL-Faktor

Je mehr wir uns bewegen, umso größer ist der PAL-Faktor:

Tätigkeit PAL-Faktor
Sitzende oder liegende Tätigkeit (z. B. krank im Bett liegen oder im Rollstuhl sitzen) 1,2
Viel am Schreibtisch sitzen und keinerlei Sport betreiben 1,4
Vornehmlich sitzende Tätigkeit aber durchaus auch viel gehen (trifft auf Schüler*innen zu) 1,6
Menschen die viel gehen (Kellner*innen, Verkäufer*innen, im Haushalt Tätige) 1,8
Anstrengende Tätigkeit (Landwirt*innen, Leistungssportler*innen) 2,0 bis 2,4

Speiseplan

Plane deine Mahlzeiten, damit dein Tagesbedarf (Grundumsatz $$\times$$ PAL-Faktor 1,6) abgedeckt wird. 1000 kJ

Wenn man mehr Energie aufnimmt als der Körper benötigt, wird die überschüssige Energie als Fettreserve angelegt. Dies macht der Körper deshalb, weil er für Hungerzeiten vorsorgen möchte. Denn dann wandelt er Fett in Energie, also auch Wärme um.

Wer viel Bewegung macht, hat einen höheren Energiebedarf. Die folgende Tabelle zeigt den durchschnittlichen Energiebedarf für sportliche Betätigung (pro Stunde).

Sportart ENERGIEBEDARF IN kJ/h
Basketball 1 340
Fußball 1 430
Gymnastik 670
Laufen (7 min/km) 1 390
Radfahren (15 km/h) 1 010
Schwimmen 1 470
Schifahren 1 010
Walken 1 090

Wer regelmäßig Sport betreibt, nimmt weniger rasch zu, stärkt das Immunsystem und verzögert Alterungsprozesse.

Viele Menschen möchten gern abnehmen. Doch Vorsicht – nicht jede Diät hält, was sie verspricht. Ein Beispiel (aus einer Zeitung): „Blitzdiät: 5 kg in einer Woche abnehmen!“ Ist das überhaupt möglich?

1 kg Körperfett liefern 30 000 kJ. 5 kg Körperfett liefern 150 000 kJ. Um 5 kg Körperfett abzubauen, müsste man in dieser Woche 150 Stunden Radfahren. Sogar dann, wenn man eine Woche lang gar nichts isst, wird nur ungefähr 1,5 kg Körperfett abgebaut.

So schützen wir uns vor Überhitzung

Eine Temperatur des menschlichen Körpers von mehr als 38 °C wird als Fieber bezeichnet. Aber auch bei sportlicher Betätigung steigt die Körpertemperatur an. Diese überschüssige Wärme muss abgeführt werden, um Organschäden oder sogar eine lebensbedrohliche Überhitzung zu vermeiden. Und genau dazu dient das Schwitzen. Besonders viele Schweißdrüsen gibt es auf Handfläche, Fußsohle und Stirn.

Man kann sich das vorstellen wie eine natürliche Klimaanlage des Körpers: Sobald unsere Körpertemperatur ansteigt, produzieren wir mit Hilfe der Schweißdrüsen Wasser. Dieses Wasser verdunstet. Die Energie aus der überschüssigen Körperwärme wird für diese Verdunstung genutzt. Dadurch sinkt die Körpertemperatur wieder. Diese natürliche Klimaanlage des Körpers funktioniert sehr effektiv. Dass der menschliche Körper in der Sauna Temperaturen von mehr als 100 °C aushält, hängt auch mit der Verdunstungsenergie beim Schwitzen zusammen.

Ein Mensch mit Schweißperlen auf der Stirn
Die Schweißdrüsen auf der Stirn helfen, uns wieder abzukühlen.

Bei sportlicher Betätigung schwitzt man sogar dann, wenn die Lufttemperatur bei unter 0 °C liegt. Denn durch die Muskelbewegung wird Wärme produziert und diese Wärme führt zum Schwitzen. Auch das Muskelzittern bei Kälte dient dazu, Wärme zu produzieren. Damit die Verdunstung möglich ist, sollte man beim Sport luftdurchlässige Kleidung tragen. Nur so kann der produzierte Schweiß verdunsten und an die Außenwelt abgegeben werden. Außerdem sollte die Kleidung aus einem Material sein, das möglichst wenig Wasser aufnimmt und trocken bleibt. Denn Wasser, das in der Kleidung bleibt, verdunstet auch noch nach der sportlichen Betätigung und kann so zu einer Unterkühlung führen.

Der Mensch – eine Strahlungsquelle

Auch wenn wir nicht schwitzen, strahlt unser Körper Wärme an die Umgebung ab. Die Energie aus den Nahrungsmitteln wird in Wärme umgewandelt und diese Wärme wird abgegeben, um eine Überhitzung zu vermeiden. Auch in vollkommener Ruhe wird die Energie des Grundumsatzes in Wärme übergeführt. Ein erwachsener Mensch in Ruheposition gibt ungefähr 100 Watt Leistung ab. Deshalb ist es in einem Raum, in dem sich viele Menschen aufhalten, oft sehr warm. Diese Wärme kann sogar als Heizung verwendet werden.

Ein Beispiel: Im Flughafengebäude in Stockholm halten sich pro Tag ungefähr 250 000 Menschen auf. Die Wärme, die diese Meschen produzieren (auch Humanwärme genannt), wird mit Ventilatoren gesammelt, über Wassertanks und Wasserleitungen in ein nahegelegenes Bürogebäude geleitet und dort als Heizung verwendet.

Flughafen in Stockholm
Die vielen Menschen im Flughafengebäude in Stockholm heizen ein Bürogebäude.

Mit einer Wärmebildkamera sieht man die abgestrahlte Wärme in verschiedenen Farben. Die roten Körperregionen geben am meisten Wärme ab. So ist zum Beispiel auch ein Brillenträger zu erkennen: Das Glas der Brille leitet die Wärme besser ab als Luft. Dadurch wird nur ein Teil der Wärme senkrecht abgestrahlt.

Wärmebild einer Person mit Brille. Die Nase strahlt etwas weniger, die Brille bei weitem weniger Wärme ab als das restliche Gesicht.
Ein Brillenträger – aufgenommen durch eine Wärmebildkamera

So schützen wir uns vor Kälte

Wenn der menschliche Körper auf unter 26 °C abkühlt, besteht akute Lebensgefahr. Aber schon dann, wenn die Körpertemperatur nur geringfügig unter 35 °C beträgt, unternimmt der Körper alles Mögliche, um eine weitere Abkühlung zu verhindern: Das Herz schlägt langsamer, wir atmen weniger, das Bewusstsein wird eingeschränkt und es kommt weniger Blut an die Hautoberfläche, weil sich die Arterien bei Kälte zusammenziehen, damit möglichst wenig Wärme abgegeben wird.

Auch die richtige Kleidung ist wichtig, um eine Abkühlung des Körpers zu verhindern. Die Kleidung sollte aus einem Material sein, bei dem es Hohlräume gibt, in denen sich Luft befindet – wie zum Beispiel bei einer Daunenjacke oder einem Wollpullover. Denn Luft ist ein schlechter Wärmeleiter. Deshalb verhindert die Luft in der Kleidung, dass die Körperwärme sofort nach außen dringt.

Eine Frau hat einen Pullover und Handschuhe an und schmeißt Schnee in die Luft.
Ein Wollpullover hilft, dass im Winter die warme Luft am Körper bleibt.

Außerdem hilft Bewegung gegen das Auskühlen, denn dabei wird durch die Muskeln Wärme produziert.

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