Referat Wärmestrahlung - Absorption, Reflexion und Durchlässigkeit

Wärmestrahlung

1.Grundlagen

Als Wärme und Temperaturstrahlung bezeichnet man den Energiestrom eines Stoffes der nur von dessen Temp. Abhängig ist. Die Wärmestrahlung wächst mit steigender Temp. Bei allen Aggregatzuständen  (fest, flüssig, gasförmig) kann Wärmestrahlung auftreten. Die Energie der Strahlung kommt aus dem inneren des Körpers. (innere Energie)

Von der Oberfläche des Körpers werden aus innerer Energie erzeugte elektromagn. Wellen emittiert die im Wellenlängenbereich von 0,35 bis 10 mm liegen (laut Cerbe, aber laut Wagner 0,4-800 mm ) und sich vom sichtbaren Licht (0,35 bis 0,75 mm) nur durch ihre größere Wellenlänge unterscheiden. Die Wellen bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit geradlinig fort.

2.Absorption, Reflexion und Durchlässigkeit

Trifft ein Wärmestrom durch Strahlung auf einen Körper, so wird ein Bruchteil reflektiert, ein Teil absorbiert und ein Teil durchgelassen.

a + r + d = 1

Für feste und flüssige Körper (bis auf wenige Ausnahmen) ist d . Somit gilt annähernd:

r + a 1

2.1.Grenzfälle

Man nennt einen Körper:

schwarz,     wenn er alle auftreffenden Strahlen absorbiert. Man kann ihn mit einem Hohlkörper vergleichen in dem sich ein eingedrungener Strahl totläuft.

weiß,           wenn er alle auftreffenden Strahlen reflektiert (r = 1) . Man nennt diesen Körper einen idealen Spiegel.

durchlässig,         wenn er alle auftreffenden Strahlen durchläßt (d = 1). Man nennt diesen Körper auch diatherm. Dies sind meist ein, bzw. zweiatomigen Gase wie O₂, N₂, usw. Die Durchlässigkeit hängt von der Wellenlänge ab.

Grau,          wenn er von allen Wellenlängen den selben Bruchteil absorbiert (a_{l l} = z.B.: 1/3

farbig,           wenn beim auftreten der Strahlung nur bestimmte Wellenlängen bevorzugt reflektiert werden (sie entsprechen den Farben die wir sehen)

matt,              wenn die auftreffenden Strahlungen nach allen Richtungen diffus verstreut werden.

3.Aussenden von Strahlen

Nach dem Kirchhoff`schen Gesetz ist das Emissionsvermögen (Emissionskoeffizient ) ,also das Aussenden von Strahlung gleich dem Absorptionsvermögen (Absorptionskoeffizient a). Daraus folgt:

 = a

4.Stefan Boltzmannsches Gesetz

Bei der Wärmestrahlung verwandelt sich die innere Energie eines Körpers an seiner Oberfläche in elektromagnetische Energie, die sich in Form elektromagnetischer Wellen mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Diese Wellen haben eine Wellenlänge von 0,8 - 600 mm (Infrarotbereich). Dieser Vorgang wird Emission E genannt. Die Emission hängt nur von der Temperatur des Körpers und dessen Oberflächenbeschaffenheit ab. Die Umgebung hat keinen Einfluß auf die Emission. Trifft die emittierte Strahlung auf einen Körper, kann sie reflektiert und/oder absorbiert werden.

Jeder Körper sendet Strahlung aus. Nur bei einer Temperatur von 0 K gibt es keine Strahlung.

Wärmestrom [kJ/m², kW/m²]

A       Fläche [m²]

C       Strahlungszahl [W/m²K⁴, J/m²hK⁴]