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ir:start [2019/03/25 10:00] – [Wärmestrahlung als Wärmeverlust] sarina | ir:start [2019/03/25 10:27] – sarina | ||
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Wärmestrahlung ist der Transport von Wärme ohne direkten Kontakt durch das Vakuum hindurch. Wärmestrahlung ist elektromagnetische Strahlung, also Radiowellen, | Wärmestrahlung ist der Transport von Wärme ohne direkten Kontakt durch das Vakuum hindurch. Wärmestrahlung ist elektromagnetische Strahlung, also Radiowellen, | ||
- | Bei der Wärmestrahlung ist es sinnvoll, die Wärmezufuhr und den Wärmeverlust zu trennen | + | ==== abgestrahlte Wärmemenge |
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- | ==== Wärmestrahlung als Wärmeverlust ==== | + | |
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- | === abgestrahlte Wärmemenge === | + | |
Jeder Gegenstand der wärmer ist als -273,15 °C strahlt Wärmestrahlung ab und verliert dabei Energie. Die Menge an abgestrahlter Wärme hängt von der Temperatur des Gegenstands ab. Die konkrete Formel für den Wärmestrom Φ gibt das Stefan-Boltzmann-Gesetz | Jeder Gegenstand der wärmer ist als -273,15 °C strahlt Wärmestrahlung ab und verliert dabei Energie. Die Menge an abgestrahlter Wärme hängt von der Temperatur des Gegenstands ab. Die konkrete Formel für den Wärmestrom Φ gibt das Stefan-Boltzmann-Gesetz | ||
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Der Mensch mit 33°C Hauttemperatur, | Der Mensch mit 33°C Hauttemperatur, | ||
- | === abgestrahltes | + | ==== Spektrum der Wärmestrahlung |
Bei sehr niedrigen Temperaturen wird die Wärmestrahlung als langwellige elektromagnetische Strahlung abgestrahlt: | Bei sehr niedrigen Temperaturen wird die Wärmestrahlung als langwellige elektromagnetische Strahlung abgestrahlt: | ||
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- | Das gilt jedoch nur für einen idealen Gegenstand. Reale Gegenstände strahlen meist weniger Wärmestrahlung ab. Ich hätte als Beispiel hier gerne einen terraristisch relevanten Gegenstand gezeigt aber nur wenige Daten in der Literatur gefunden. Daher hier das Spektrum der Wärmestrahlung der Erde. Dieses wurde in {{wikindx> | ||
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- | In weiten Bereichen strahlt die Erde wie ein idealer Gegenstand (Plankscher Strahler) mit 7°C Oberflächentemperatur. Bei Wellenlängen größer als 35 µm stimmt die Intensität fast exakt überein. Für diese Wellenlängen gilt ε=1. Bei anderen Wellenlängen strahlt die Erde aber deutlich weniger Wärmestrahlung ab, als sie es von ihrer Temperatur her eigentlich müsste. Die Erde hat als realer Gegenstand einen Emissionsgrad ε < 1. Das ist besonders deutlich um 10 µm Wellenlänge herum. Hier strahlt die Erde fast gar keine Wärmestrahlung ab, obwohl man allein von der Temperatur her bei etwa 10 µm das Strahlungsmaximum erwarten würde. | ||
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==== Wärmestrahlung als Wärmezufuhr ==== | ==== Wärmestrahlung als Wärmezufuhr ==== | ||
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Wann immer elektromagnetische Strahlung absorbiert wird und nicht eine biochemische Reaktion auslöst, wird die durch die Strahlung transportierte Energie als Wärme frei. Die Wärmestrahlung der Sonne ist aus UV-Strahlung, | Wann immer elektromagnetische Strahlung absorbiert wird und nicht eine biochemische Reaktion auslöst, wird die durch die Strahlung transportierte Energie als Wärme frei. Die Wärmestrahlung der Sonne ist aus UV-Strahlung, | ||
- | Es hängt vom Material ab, ob die Wärmestrahlung absorbiert | + | ==== Reale Gegenstände ==== |
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+ | Das gilt jedoch nur für einen idealen Gegenstand. Der ideale schwarze Körper oder Plancksche Strahler hat einen spektralen Emissionsgrad ε(λ) = 1. Für jede Wellenlänge | ||
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+ | Reale Gegenstände haben maximal ein ε(λ) = 1, in vielen Fällen ist ε(λ) < 1. Reale Gegenstände strahlen also meist weniger Wärmestrahlung ab. Ich hätte als Beispiel hier gerne einen terraristisch relevanten Gegenstand gezeigt aber nur wenige Daten in der Literatur gefunden. Daher hier das Spektrum der Wärmestrahlung der Erde. Dieses wurde in {{wkx> | ||
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+ | In weiten Bereichen strahlt | ||
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+ | Auf wundersame Weise ((Physikalisch lässt sich das sogar recht leicht herleiten, das Wunder muss so sein, sonst wäre die Energieerhaltung verletzt)) | ||
Ein weißes T-Shirt beispielsweise absorbiert sichtbares Licht zwischen 400 nm und 700 nm nicht oder nur sehr wenig (deswegen ist es weiß). Ein schwarzes T-Shirt absorbiert sehr viel sichtbares Licht zwischen 400 nm und 700 nm. Unter einem Wärmestrahler der mit sichtbarem Licht strahlt wird ein schwarzes T-Shirt deutlich wärmer als ein weißes T-Shirt. | Ein weißes T-Shirt beispielsweise absorbiert sichtbares Licht zwischen 400 nm und 700 nm nicht oder nur sehr wenig (deswegen ist es weiß). Ein schwarzes T-Shirt absorbiert sehr viel sichtbares Licht zwischen 400 nm und 700 nm. Unter einem Wärmestrahler der mit sichtbarem Licht strahlt wird ein schwarzes T-Shirt deutlich wärmer als ein weißes T-Shirt. | ||
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Fensterglas ist zwischen 350 nm und 3000 nm sehr gut transparent. Ab 5000 nm wird Strahlung absorbiert. Zwischen 3000 nm und 5000 nm wird etwa die Hälfte der Strahlung absorbiert. Fensterglas lässt sich daher mit sichtbarem Licht nicht oder nur sehr wenig aufwärmen. Will man Glas gut mit Wärmestrahlung heizen so braucht man Wärmestrahlung mit 5000 nm Wellenlänge oder größer. | Fensterglas ist zwischen 350 nm und 3000 nm sehr gut transparent. Ab 5000 nm wird Strahlung absorbiert. Zwischen 3000 nm und 5000 nm wird etwa die Hälfte der Strahlung absorbiert. Fensterglas lässt sich daher mit sichtbarem Licht nicht oder nur sehr wenig aufwärmen. Will man Glas gut mit Wärmestrahlung heizen so braucht man Wärmestrahlung mit 5000 nm Wellenlänge oder größer. | ||
- | Die Moleküle im menschlichen oder tierischen Körper können Mikrowellenstrahlung (Anregung von Molekülrotationen), | + | === Farbe === |
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+ | Der spektrale Absorptionsgrad α(λ) für Wellenlängen im sichtbaren Bereich beeinflusst die Farbe von Gegenständen. Eine sehr umfassende Übersicht über die Physik und Chemie hinter farbigen Substanzen gibt der theoretische Physiker Prof. Dr. Dietrich Zawischa auf seiner [[http:// | ||
ir/start.txt · Last modified: 2023/06/18 11:05 by sarina