Warum friert im Winter beim Auto immer zuerst die Frontscheibe zu?

Kalte Nacht am Kahlen Asten

Zusammen mit dem Wärmeexperten Dr. Georg Dittié fährt Isabel ins Sauerland auf den Kahlen Asten. Das ist der zweithöchste Berg Nordrhein-Westfalens und verspricht durch seine Lage ideale Bedingungen für das Experiment: Drei baugleiche Kleinwagen werden unterschiedlich geparkt, um herauszufinden, wie sich das auf die Vereisung auswirkt. Der erste Wagen steht ganz normal unter freiem Himmel. Der zweite wird mit den Vorderrädern so aufgebockt, dass die Frontscheibe fast parallel zum Himmel schaut. Der dritte Wagen steht unter einem einfachen Carport. Dafür wurde eine Plane in einiger Entfernung über das Auto gespannt. Und dann heißt es abwarten ...

Die Scheiben vereisen

Einige Stunden nach Einbruch der Dunkelheit ist es deutlich zu sehen: Am stärksten sind die Frontscheiben des aufgebockten Wagens vereist, gefolgt von dem normal geparkten – während der Wagen unter dem Carport nahezu eisfrei ist! Warum das so ist, zeigt Georg Dittié mit seiner Wärmebildkamera. Mit ihr kann man Temperaturen auf ein zehntel Grad genau bestimmen; nicht nur auf der Oberfläche der Autoscheiben, sondern auch in der Umgebung. Die Messungen haben Isabel überrascht:

1. Die Frontscheibe ist kälter als die Umgebungsluft: Während es draußen −5,6 °C kalt ist, hat die Frontscheibe eine Temperatur von −7,7 °C.
2. Die Seitenscheibe ist wärmer als die Frontscheibe: −7,3 °C.
3. Die Frontscheibe des aufgebockten Autos ist kälter als die Frontscheibe des normal geparkten Autos: −8,4 °C.
4. Die Frontscheibe des unter dem Carport stehenden Autos ist wärmer als die Frontscheibe des normal geparkten Autos: −5,9 °C.
5. Bei der Messung gegen den sternenklaren Nachthimmel zeigt das Gerät eine Temperatur von −57,6 °C an.

Wärmestrahlung auch bei Minustemperaturen

Wie kommt es dazu? Die Autoscheiben geben Wärmestrahlung ab. Das tun alle Körper, die wärmer als −273 °C sind. Das ist der "absolute Nullpunkt" – die niedrigste Temperatur, die überhaupt möglich ist. Das bedeutet also, dass auch "kalte" Sachen, wie zum Beispiel Eiswürfel, Wärmestrahlung abgeben. Sie sind zwar für uns Menschen kalt (0 °C) – aber auf der sogenannten Kelvin-Temperaturskala, die keine Minusgrade kennt und bei 0 Kelvin anfängt, sind sie ziemlich "heiß"; nämlich 273 Kelvin.

Wenn ein Körper abkühlt, dann tut er das nicht, weil die Kälte ihm die Wärme "entzieht", sondern weil er ständig Wärmestrahlung abgibt, aber von seiner Umgebung (zum Beispiel anderen warmen Gegenständen) weniger Wärmestrahlung zurückkriegt. Genau hier liegt auch der Grund dafür, dass die Autoscheiben unterschiedlich stark abkühlen. Denn die Wärmestrahlung verhält sich ähnlich wie Licht: Eine Lampe, die man gegen den Himmel richtet, strahlt ihr Licht (=Wärmestrahlung) in das Weltall. Sie erleuchtet jedoch auf der Erde nichts. Richtet man die Lampe jedoch gegen das Carport-Dach, wird ein Teil des Lichts (also der Wärmestrahlung) zurückgeworfen und es ist viel heller (also auch wärmer)!

Der Trick beim Carport

Damit kann man erklären, warum die Autoscheibe unter dem Carport kaum zufriert: Die Wärmestrahlung, die das Auto abgibt, wird zum Teil am Dach reflektiert und wieder auf das Auto zurückgeworfen. Außerdem strahlt auch das Dach selber: Die Hälfte der Wärmestrahlung geht nach oben und die andere Hälfte nach unten – und dieser Teil erwärmt wiederum das Auto. Ganz anders sieht die Situation beim aufgebockten Auto aus: Hier gibt die Autoscheibe Wärmestrahlung direkt nach oben in den Himmel ab: Sie verschwindet regelrecht im Weltall. Die Seitenscheiben hingegen strahlen in die relativ warme Umgebung. Ein paar Meter weiter steht vielleicht ein Haus oder ist ein Wald: Diese geben selbst Wärmestrahlung ab – aber reflektieren auch die Wärmestrahlung der Autos wieder zurück.

Warum Scheiben vereisen können

Doch warum frieren Scheiben überhaupt zu? Das hängt mit der unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeit von Luft und Glas zusammen: Die Autoscheibe leitet Wärme viel schneller als Luft und kühlt deswegen wesentlich schneller aus. Das bedeutet, dass die Autoscheiben kälter werden als die Umgebungsluft! Was dann passiert, kennt jeder Brillenträger aus leidvoller Erfahrung. Kommt man aus der Kälte in einen warmen Raum, beschlagen die Brillengläser. Genau das passiert auch bei den Autoscheiben. Sie kühlen schneller ab als die Umgebungsluft und der Wasserdampf, der in der wärmeren Luft enthalten ist, kondensiert am kälteren Glas. Es bildet sich Kondenswasser – und das gefriert bei Minus-Temperaturen.