Wärmestrahlung

Mechanismus der Wärmestrahlung:
- innere Energie bei Temperatur T
- Bewegungs-, Rotations- und Vibrationszustände der Moleküle
- Anregung z.B. durch Stöße
  - → spontane Emission
  - → Abstrahlung von der Oberfläche
- Wellenlängen i.w. im Infrarot- und optischen Bereich
- an der Oberfläche abgestrahlte Energie pro Zeit, Oberfläche und Wellenlängenbereich
- gesamte abgestrahlte Energiestromdichte
Emission und Absorption:
- auf Oberfläche fallende Energie wird absorbiert, reflektiert oder durchgelassen
- Anteile a, r, d mit
  - a + r + d = 1
- i.a. von der Wellenlänge abhängig a = a(λ) etc.
Schwarzer Körper:
- alle einfallende Strahlung wird absorbiert (a = 1)
- Modell: kleine Öffnung vor großem absorbierenden Hohlraum
- näherungsweise bei matt-schwarzen Oberflächen
- Idealvorstellung des Wärmestrahlers
Strahlungsintensität des Schwarzen Körpers:
- gegeben durch Plancksches Strahlungsgesetz
- graphisch
- Erinnerung an Quantenmechanik
- Maximum der Kurve bei
  - λ_max = b / T (Wiensches Verschiebungsgesetz)
  - b = 2898 μm K
- Konsequenzen
  - bei niedrigen Temperaturen Strahlung im IR-Bereich
  - höhere Temperaturen → rotglühend
  - ganz heiss → auch kleinere Wellenlängen → weissglühend
- gesamter abgestrahlter Wärmestrom
  - _S(T) = σ T⁴ (Stefan-Boltzmann-Gesetz)
  - σ = 5.670 · 10^-8 W/(m² K⁴)

Reale Körper:

Emission I niedriger als beim Schwarzen Körper
Emissionsvermögen ε_λ bei Wellenlänge λ
Kirchhoffsches Gesetz
- a(λ) = ε_λ(λ)
grauer Körper
- ε nicht von λ abhängig
- alle Spektralbereiche werden gleichmäßig absorbiert
beliebiger Körper
- frequenzabhängige Absorption
- Rest (reflektierte Strahlung) gibt Oberflächenfarbe
mittlerer Emissionsgrad

einige Werte