Natürliche und künstliche Wärmequellen

In der Natur gibt es im wesentlichen zwei externe Wärmequellen für Reptilien:

• Wärmestrahlung der Sonne, teilweise reflektiert an der Umgebung
• Wärmeleitung von der Umgebung, insbesondere über die Luft

Das Spektrum der Sonne setzt sich aus sichtbarer Strahlung, UV- und Infrarotstrahlung zusammen. Dabei kommt keine Strahlung unterhalb 290nm und keine Strahlung oberhalb von etwa 2000nm vor. Die Bestrahlungsstärke liegt bei etwa 1000W/m². Das Kapitel Globalstrahlung enthält die genaue Zusammensetzung der einzelnen Wellenlängebereiche.

Spektrum des Sonnenlichts

Infrarotspektrum des Sonnenlichts

Die Bereiche des Sonnenspektrums die besonders gut geeignet sind Wasser (und Lebewesen bestehen zu einem großen Teil aus Wasser) zu erwärmen fehlen im Sonnenlicht vollständig. Die Wärmestrahlung der Sonne hat daher eine hohe „Tiefenwirkung“.

Sind Bodengrund, Luft und Umgebung wärmer oder kälter als das Reptil, findet Wärmeleitung statt.

Zwischen der Umgebung und dem Reptil findet nicht nur Wärmeleitung sondern auch Wärmestrahlung statt.

Bei einer Umgebungstemperatur von 20-50°C liegt das Maximum dieser Wärmestrahlung bei etwa 10µm und die Intensität ist sehr gering. Da die Umgebungstemperatur und die Temperatur des Reptils sich nur wenige Grad unterschieden ist der effektive Wärmetransport über diesen Mechanismus verschwindend gering.

Beispielsweise strahlt der Mensch bei einer Körpertemperatur von 37°C Wärmestrahlung mit einem Maximum bei einer Wellenlänge von 10µm ab. Bei 1,6m² Hautoberfläche sind das etwa 16 kWh = 13.793 kcal pro Tag [69]. Den größten Teil dieses Energieverlusts nehmen wir über Wärmestrahlung von der etwa 20°C warmen Umgebung wieder auf, so dass wir mit einer durchschnittlichen Energieaufnahme von nur 2500 kcal (weniger als 20%!) auskommen.

Infrarotspektrum eines Temperaturstrahlers mit 300K (30°C)

Der Wolframdraht von Glühbirnen hat etwa 2700K und das Strahlungsmaximum liegt bei etwa 1100nm, das Spektrum erstreckt sich vom sichtbaren Bereich über IRA bis IRB.

Infrarotspektrum eines Temperaturstrahlers mit 2500K

Die Infrarotstrahlung von Glüh- Halogen- und Rotlichtlampen unterscheidet sich gerade in den Bereichen die besonders gut geeignet sind Wasser zu erhitzen vom Sonnenlicht. Im Sonnenlicht fehlt diese Strahlung, da sie in der Atmosphäre gefiltert wird. Temperaturstrahler erwärmen daher die obersten Hautschichten stärker und Blut und Organe weniger stark als es das Sonnenlicht tut.

Im Medizinischen Bereich (Therapeutische_Hyperthermie) werden daher Lampen eingesetzt, die dem Infrarotspektrum der Sonne ähnlicher sind.

Halogenlampen sind Glühlampen mit einer etwas höheren Temperatur (ca. 3000K) haben ein leicht zu kürzeren Wellenlängen verschobenes Spektrum. Ihr Strahlungsmaximum liegt bei etwa 1000nm.

Infrarotspektrum eines Temperaturstrahlers mit 3000K

Rotlichtlampen sind Glühlampen mit leicht erniedrigter Temperatur von 2000K (was die Lebensdauer erhöht) und rotem Glas, um die sichtbare Strahlung abzuschwächen. Ihr Strahlungsmaximum liegt bei etwa 1500nm.

Diese Strahler haben eine Temperatur von 400°C bis 700°C und strahlen somit sehr langwellige Infrarotstrahlung, hauptsächlich IRC-Strahlung ab. Das Strahlungsmaximum liegt bei 3µm bis 5µm. Die Strahlung wird im Körper vor allem in den obersten Hautschichten absorbiert und erwärmt diese. Das Blut und die inneren Organe werden nur sehr langsam über Wärmeleitung im Körper erwärmt.

Infrarotspektrum eines Temperaturstrahlers mit 1000K = 700°C

Eine Na-Tl-In Halogenmetalldampflampe wandelt etwa 50% der elektrischen Leistung in optische Strahlung um. Davon liegen 3% im UV-Bereich, 48% im sichtbaren Bereich und 49% sind Infrarotstrahlung [59].

Eine Quecksilberdampflampe wandelt etwa 35% der elektrischen Leistung in optische Strahlung um. Davon liegen 11% im UV-Bereich, 46% im sichtbaren Bereich und 42% sind Infrarotstrahlung [59].

Heizsteine, Heizmatten und Heizkabel werden über durch Ohmsche Verluste des Stroms auf 30-50°C erwärmt. Bei dieser Oberflächentemperatur strahlen sie Wärmestrahlung im Bereich von etwa 10µm mit einer sehr geringen Intensität ab. Diese trägt praktisch nicht zur Erwärmung der Umgebung bei. Erwärmt wird hauptsächlich über Wärmeleitung das Substrat und das Tier, das direkten Kontakt mit dem Heizelement hat. Auch die Luft wird so erwärmt.

Der Frostwächter findet hauptsächlich in Gewächshäusern und Frühbeeten bei Landschildkrötenhaltern Einsatz. Er erwärmt Luft an den Heizdrähten durch Wärmeleitung. Die warme Luft wird anschließend durch ein Gebläse in den angrenzenden Raum verteilt, es findet also Konvektion statt.

Obwohl in der Terraristik nicht genutzt: In einer Mikrowelle erzeugt ein Dipolstrahler Strahlung mit 12cm (120'000µm) Wellenlängen. Aufgrund der besonders guten Absorptionseigenschaften des Wassers in diesem Wellenlängenbereich erwärmt die Mikrowellenstrahlung als Wärmestrahlung das flüssige Wasser in der Nahrung. Über Konvektion und Wärmeleitung werden auch die restlichen Bestandteile erwärmt.