LeBron fragt: Warum kühlt Schwitzen dich ab?

Warum kühlt das Schwitzen die Körpertemperatur? Das ist eine ausgezeichnete Frage, LeBron und um sie zu beantworten, sehen wir uns einen kleinen Schweißtropfen ganz genau an. Schweiß besteht hauptsächlich aus Wasser. Wenn wir also ganz nah rangehen, noch viel näher als ich es hier aufgemalt habe, dann sehen wir genauer diese Wassermoleküle. Um ein wenig genauer zu werden, habe ich das Sauerstoffteilchen blau, und die damit verbundenen Wasserstoffteilchen weiß gezeichnet. Wir wissen bereits, dass Wasser manchmal als H2O bezeichnet wird, wobei H2 für die beiden Wasserstoffteilchen steht. Also jedes dieser Teilchen ist ein H2O- oder Wasser-Molekül Was ich hier unten gezeichnet habe, ist eine vereinfachte Darstellung deiner Haut. Nur damit es einfacher ist, habe ich die Haut als Moleküle dargestellt. In Wirklichkeit sind dies nur Teile einer Hautzelle. Sie sind also nicht die Hautzellen selbst, sondern die Moleküle, die zusammen eine Hautzelle bilden. Und hier drüben sehen wir die Schweißmoleküle, die hauptsächlich Wassermoleküle sind. Also könnten wir nun die Frage, warum Schweiß den Körper kühlt, auch anders formulieren als: Warum kühlt es unseren Körper, wenn wir Wasser auf unserer Haut haben? Und um darauf zu antworten oder über die Frage nachzudenken, müssen wir darüber nachdenken, was es bedeutet, wenn uns warm ist und was Temperatur überhaupt bedeutet. Was wir als Temperatur bezeichnen, ist in Wirklichkeit nur die Bewegung irgendwelcher Moleküle. Wenn man also höhere Temperatur hat, bedeutet dies, dass sie sich schneller oder mehr bewegen. Je höher die Temperatur, desto mehr Bewegung. Je niedriger die Temperatur, desto weniger Bewegung der Moleküle. Die Moleküle können sich auf unterschiedliche Art und Weise bewegen. Sie können sich parallel bewegen. Sie können vibrieren oder in irgendeiner Weise kreisen. Generell gilt: Je mehr dieser Bewegungsenergie, oft auch als kinetischen Energie bezeichnet, diese Moleküle haben, desto höher die empfundene Temperatur. Nun, wie kühlt dieses Wasser hier unsere Haut? Nun, warum wird die Haut überhaupt warm? Weil die Muskeln bei ihrer Arbeit Wärme abgeben. Diese Wärme wird dann auf die Haut übertragen. Aber wie hilft dann dieses Wasser hier? Die Haut hat also eine bestimmte Temperatur, eine gewisse kinetische Energie oder Bewegungsenergie. Dies heißt nicht, dass alle diese Moleküle genau die gleiche Bewegung haben. Die Temperatur resultiert aus der durchschnittlichen Bewegung. Manche der Moleküle bewegen sich schneller als andere. Oder vibrieren mehr oder kreisen schneller. Und manchen bewegen sich langsamer. Doch während sie sich bewegen, stoßen sie gegen die Wassermoleküle und bringen dadurch diese in Bewegung. Zu Beginn würden sie sich wohl ein bisschen mitbewegen. Aber je wärmer es hier ist, desto größer ist die Bewegungsenergie, also würden sie wieder an diese Moleküle stoßen. Diese Teilchen hier würde beispielsweise hierhin und dann dorthin prallen, wodurch diese Bewegungsenergie oder kinetische Energie auch übertragen wird. Man könnte auch sagen, dass ein bisschen dieser Temperatur, dieser Wärme, auf die Wassermoleküle abgegeben wird. Aber das wichtige daran ist, dass dies ein ziemlich verrückter Vorgang ist. Alle Moleküle prallen hier hin und her und stoßen zusammen und rotieren - ein riesiges Durcheinander. Alle zusammen haben ergeben eine durchschnittliche kinetische Energie, die wir als Temperatur empfinden, aber dieses Teilchen bewegt sich vielleicht extrem schnell in diese Richtung, während sich dieses Teilchen sehr sehr sehr langsam bewegt und dieses ganz ganz schnell hierüber rast aber dieses Molekül sich nur langsam hierhin bewegt. Nun kommen wir zu der Frage, welches dieser Teilchen bei so unterschiedlichen Energieniveaus am wahrscheinlichsten ausreißt und dadurch verdampft? Wenn wir über das verdampfen sprechen, müsst ihr daran denken, dass die Wassermoleküle, die in diesem Wassertropfen sind, eine gemeinsame Anziehungskraft haben, die wir Wasserstoffbrücken nennen. Wegen dieser Anziehungskraft halten diese ganzen Tropfen hier auch zusammen. Doch wenn eines dieser Moleküle sich schnell genug in die richtige Richtung bewegt, dann ist die Wahrscheinlichkeit größer, dass es entkommt und von diesem Tropfen losreißt. Diesen Vorgang, dass ein Molekül tatsächlich entkommt, bezeichnen wir als Verdampfen. Wenn also ein Molekül genug Energie hat, wird es der Anziehungskraft der anderen Wassermoleküle entkommen und einfach in die Luft verdampfen. Doch noch haben wir unsere Frage nicht ganz beantwortet. Lass uns nun annehmen, dass dieses Teilchen hier verdampft und vollkommen entkommen ist. Warum sollte dies eigentlich das gesamte restliche System abkühlen? Warum sollte es den Tropfen abkühlen und dadurch dem Tropfen wieder die Fähigkeit geben, mehr Energie von der Haut aufnehmen zu können? Nun, wir haben eben gesagt, dass die Teilchen mit der meisten Energie, der meisten kinetischen Energie, am wahrscheinlichsten entkommen können. Wenn man also viele Teilchen hat, manche sind schnell, manche langsam, vibrieren mehr oder weniger, aber diejenigen mit viel kinetischer Energie am wahrscheinlichsten entkommen, was passiert denn, wenn sie entkommen? Die durchschnittliche kinetische Energie wird sinken. Anders ausgedrückt, die Temperatur sinkt, welche sich tatsächlich nur aus der durchschnittlichen Menge an Bewegung oder kinetischer Energie im Tropfen ergibt. Wenn nun die wirklich schnellen Moleküle, die mit der meisten Energie, verdampfen, dann haben die übrigen im Durchschnitt eine niedrigere kinetische Energie und damit eine niedrigere Temperatur. Das passiert also auf der molekularen Ebene, wenn man abkühlt.