Temperaturstrahlung

Das Wesen der Temperaturstrahlung

Körper mit einer höheren Temperatur als ihre Umgebung können ihre Energie auf verschiedene Weise abgeben:

• durch Wärmeleitung,
• durch Wärmeströmung (Konvektion),
• durch Wärmestrahlung.

Wärmestrahlung ist elektromagnetische Strahlung in einem Bereich, den wir mit unseren Augen nicht sehen, aber mithilfe spezieller Wärmesensoren wahrnehmen können. Die Sonne und andere Sterne geben aufgrund ihrer Temperatur auch elektromagnetische Strahlung in anderen Wellenlängenbereichen ab. So strahlt z. B. die Sonne neben dem infraroten auch sichtbares und ultraviolettes Licht ab.
Wie die von einem Körper abgegebene Strahlung zusammengesetzt ist, hängt im Wesentlichen von seiner Temperatur ab. Man bezeichnet solche Strahlung deshalb auch als Temperaturstrahlung und legt fest:

Unter Temperaturstrahlung versteht man die elektromagnetische Strahlung, die ein Körper aufgrund seiner Temperatur an seine Umgebung abgibt.

Die Hauptbereiche der Temperaturstrahlung

Entsprechend ihrer Wahrnehmung durch den Menschen und ihrer Wirkungen auf ihn unterscheidet man meist zwischen dem infraroten, sichtbaren und ultravioletten Licht. Die Wellenlängen und Frequenzen für diese wichtigsten Bereiche der Temperaturstrahlung sind in Bild 2 genannt. Dabei ist zu beachten, dass die Wellenlängenbereiche und damit auch die Frequenzbereiche in der Literatur teilweise unterschiedlich angegeben werden. Grundsätzlich kann sich die Temperaturstrahlung eines Körpers auch aus weiteren Wellenlängenbereichen zusammensetzen.

Eigenschaften der Temperaturstrahlung

Als Maß für die Stärke der Temperaturstrahlung eines Körpers wird entweder ihre Strahlungsleistung P in Watt oder ihre Intensität I als Strahlungsleistung, die auf einen Quadratmeter trifft, angegeben. Bei Sternen spricht man statt der Strahlungsleistung auch von der Leuchtkraft. Für die Temperaturstrahlung als elektromagnetische Strahlung gilt:

• Temperaturstrahlung besitzt wie jede andere Art von Strahlung Energie.
• Temperaturstrahlung breitet sich im Vakuum und in einem homogenen Stoff konstanter Temperatur geradlinig aus.
• Temperaturstrahlung breitet sich mit Lichtgeschwindigkeit aus.
• Trifft Temperaturstrahlung auf Körper, so wird sie teilweise reflektiert, teilweise absorbiert und teilweise hindurchgelassen (Bild 3).

Für die Reflexion von Temperaturstrahlung gilt das Reflexionsgesetz. Die Absorption von Temperaturstrahlung führt aufgrund des Energieerhaltungssatzes zu einer Erwärmung des betreffenden Körpers. Ist ein Körper hinreichend dünn, so kann ein Teil der Strahlung den Körper durchdringen. Wie viel Strahlung von einem Körper reflektiert, absorbiert oder hindurchgelassen wird, hängt ab

• von dem Stoff, aus dem der Körper besteht,
• von seiner Oberflächenbeschaffenheit,
• von seiner Dicke,
• vom Einfallswinkel der Strahlung,
• von der Frequenz der Strahlung.

Zur genaueren Beschreibung nutzt man die folgenden physikalischen Größen:

Reflexionsgrad r:

$r=\frac{\text{reflektierte Stahlungsintensität}{I}_{\text{r}}}{\text{auftreffende Strahlungsintensität}I}$

Absorptionsgrad a:

$a=\frac{\text{absorbierte Stahlungsintensität}{I}_{\text{a}}}{\text{auftreffende Strahlungsintensität}I}$

Transmissionsgrad (Durchlässigkeit) d:

$d=\frac{\text{durchkommende Stahlungsintensität}{I}_{\text{d}}}{\text{auftreffende Strahlungsintensität}I}$

Nach dem Energieerhaltungssatz gilt für diese drei Größen die Beziehung:

r + a + d = 1