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Temperaturstrahlung
Wärme kann durch Konvektion und durch Strahlung übertragen werden. Für die Übertragung der Wärmeenergie bei Strahlung ist kein Stoff als Träger erforderlich. So wie es z.B. bei der Übertragung der Wärmeenergie von der Sonne auf die Erde erfolgt, der Zwischenraum ist praktisch stofffrei. Die Wärmestrahlung oder auch Temperaturstrahlung hängt von der jeweiligen Temperatur des strahlenden Körpers ab.
Dabei kann der Körper einen gasförmigen, flüssigen oder festen Aggregatzustand haben. Von der Oberfläche des Körpers werden aus innere Energie entstehende elektromagnetische Wellen geradlinig mit Lichtgeschwindigkeit ausgesendet (emittiert). Die Temperaturstrahlung umfasst den Wellenlängenbereich 0,8 bis 800 µm , wobei der Hauptanteil der ausgestrahlten Wärmeenergie im Bereich um 0,8 bis 10 µm liegt. (Sichtbares Licht für das menschliche Auge 0,4 bis 0,8 µm.)Trifft Temperaturstrahlung auf einen Körper, so gibt es je nach Eigenschaft des Körpers verschieden Möglichkeiten:
1. Der Körper kann die auftreffende Strahlung absorbieren.
2. Der Körper kann die auftreffende Strahlung reflektieren.
3. Der Körper kann die Strahlung unverändert hindurch lassen.
Im Allgemeinen können alle drei Fälle gleichzeitig auftreten. Für die auftreffende Bestrahlungsstärke Ε (in W/m2) gilt:
~Ε = aΕ rΕ dΕ
1 = a + r + d
worin
aΕ absorbierte Teil,
rΕ reflektierte Teil,
dΕ durchgelassene Teil
Es bedeutet
a Absorptionskoeffizient
r Reflexionskoeffizient
d Durchlasskoeffizient.
Bei diese IR-Aufnahme einer Hausfassade kann man sehr deutlich die verschiedenen Temperaturstrahlungen erkennen. Geringe Wärmestrahlung des Himmels am frühen Morgen (im Bild rechts oben).
Die in einem Körper absorbierte Strahlung wird in innere Energie zurück verwandelt. Das geschieht bei den meisten festen und flüssigen Körpern in einer sehr dünnen Randschicht. Z.B. bei elektrisch leitenden Körpern schon in einer Tiefe von 0,001 mm und bei Nichtleitern bis 1 mm. Schwarze Körper haben a = 1.
Die Reflexion von Wärmestrahlung kann spiegelnd (bei blanken, glatten Oberflächen, Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel) oder diffus (matte Oberflächen) erfolgen. Weiße Körper haben r = 1.
Die Bezeichnung schwarzer oder weißer Körper hängt vom Verhalten bei Wärmestrahlung ab und darf nicht mit dem Aussahen verwechselt werden. Für die Wärmestrahlung nahezu schwarzer Körper sind z.B. Rauhreif (a =0,98), Ruß (a=0,95) oder weiße Emaille (a=0,91). Weiße Körper sind polierte Gold- oder Kupferoberflächen mit a=0,02 bis 0,03.
Körper, die eine auftreffende Strahlung vollständig hindurch lassen, heißen diatherm, sie haben d=1. Völlig durchlässig sind ein- und zweiatomige Gase. Mehratomige Gase, z.B. CO2 und H2O haben d < 1 und a > 0. Die Durchlässigkeit hängt auch von der Wellenlänge der Strahlung ab.
Glas z.B. ist für den sichtbaren Bereich der Temperaturstrahlung sehr gut durchlässig, während es die langwellige Wärmestrahlung weitgehend reflektiert. Diese Eigenschaften des Glases haben den so genannten Treibhauseffekt zur Folge:
Bei der Sonnenstrahlung (Strahlertemperatur von etwa 6700 K) liegt das Intensitätsmaximum im sichtbaren Bereich. Damit dringt ein großer Teil der Sonnestrahlung durch das Glasfenster hindurch. Im Raum wird diese Strahlung zum größten Teil von Gegenständen und Wänden zu innere Energie absorbiert, die dann wieder durch Wärmestrahlung und Konvektion an die Umgebung abgegeben wird und den Raum erwärmt.
Mehr Ausführungen zur Strahlung, schwarzer Körper, Strahlungsintensität, Kirchhoffsches Gesetz usw. in Peter Rauch