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thermo:waermestrahlung

Wärmestrahlung

Wärmestrahlung, d.h. Infrarotstrahlung, sichtbares Licht oder UV-Strahlung (siehe auch Wärmestrahlung) hat je nach Wellenlänge eine unterschiedlich wärmende Wirkung auf Wirbeltiere. Sichtbares Licht ist neben der Wärmewirkung zusätzlich als Helligkeit und Farbe wahrnehmbar (⇒ Das Sehvermögen von Reptilien). UV-Strahlung kann neben der Wärmewirkung je nach Tierart und Wellenlänge ebenfalls sichtbar sein oder die Vitamin-D-Produktion ermöglichen (⇒ Wirkung von UVB-Strahlung.

Aber auch rein bei der Wärmewirkung unterschieden sich die verschiedenen Wellenlängenbereiche. Die Wärmestrahlung muss absorbiert werden, damit die transportierte Wärme wieder freigesetzt wird. Je nach Wellenlänge absorbieren bestimmte Materialien die Wärmestrahlung aber nicht, sondern transmittieren und streuen sie.

Menschliches und tierisches Gewebe besteht zu einem großen Teil aus Wasser. Wasser absorbiert sichtbares Licht fast nicht (vielleicht der evolutionäre Grund, warum Augen Strahlung zwischen 300 und 800 nm sehen). Infrarot-A-Strahlung (800 nm – 1400 nm) wird leicht absorbiert ($\alpha = 1 cm^{-1}$). Im Infrarot-B-Bereich gibt es zwei starke Absorptionsbanden bei 1450 nm Wellenlänge und 1930 nm Wellenlänge ($\alpha = 30 cm^{-1}$ und $\alpha = 130 cm^{-1}$). Zwischen 2800 nm und 3100 nm Wellenlänge (Grenze zwischen IR-B und IR-C) steigt der Absorptionskoeffizient auf bis zu 12‘000 cm-1 an. Das bedeutet, dass bereits nach 0,8 µm Wassertiefe (1/12‘000 cm) 63% der Infrarotstrahlung absorbiert und in Wärme umgewandelt wurden (1-1/e).

Vor Allem die Absorptionseigenschaft des Wassers führen dazu, dass Infrarot-A-Strahlung sehr tief in menschliche Haut eindringen kann. Sie gelangt bis in tiefe Hautschichten, wo Nerven und Blutgefäße verlaufen. Dort erwärmt die Strahlung das Blut, das die Wärme wiederum im ganzen Körper verteilt. Die Nerven reagieren schnell auf die Temperaturveränderung und warnen vor Verbrennungen. Infrarot-B- und Infrarot-C-Strahlung werden dagegen bereits in den obersten Hautschichten absorbiert.

Wenn, z.B. bei der Krebstherapie, der Körper künstlich auf eine hohe Temperatur aufgewärmt werden soll, wird im Rahmen der Ganzkörperhypothermie Infrarot-A-Strahlung verwendet. Da ein Teil der Infrarot-A-Strahlung den Körper sogar durchdringt, werden Reflektoren eingesetzt [562].

Bei einigen Reptilien wurde gemessen, welche Strahlungsbereiche wo im Körper absorbiert werden [330]; [339]. Sichtbare Strahlung wird zu fast 100% in Wärme umgesetzt während langwellige Infrarot-A-Strahlung und kurzwellige Infrarot-B-Strahlung nur eine Effizienz von etwa 80% haben. Diese Einbrüche entstehen, weil die Strahlung fast ungehindert durch den Körper dringt.

Absorbierte Strahlung beim Seitenflecklegua Uta stansburiana [330]

Auch hier sieht man, dass die Strahlung je nach Wellenlänge in unterschiedlichen Gewebeschichten absorbiert wird:

Prozentualer Anteil der Strahlung, der in der Exuvie absorbiert wird [330]
Prozentualer Anteil der Strahlung, der in der Haut absorbiert wird [330]
Prozentualer Anteil der Strahlung, der in den Muskeln absorbiert wird [330]
Prozentualer Anteil der Strahlung, der im schwarzen Bauchfell absorbiert wird [330]
Prozentualer Anteil der Strahlung, die den Körper durchdringt [330]

Literatur

[562] Meffert, H. & Piazena, H. (2002) Wirkungen künstlich erzeugter Infrarotstrahlung auf den Menschen. Aktuelle Dermatologie, 28 187–192 URL http://dx.doi.org/10.1055/s-2002-33486.
[330] Porter, W. P. (1967) Solar Radiation through the Living Body Walls of Vertebrates with Emphasis on Desert Reptiles. Ecological Monographs, 37 274–296.
[339] Hutchison, V. H. & Larimer, J. L. (1960) Reflectivity of the Integuments of Some Lizards from Different Habitats. Ecology, 41 199–209 URL http://dx.doi.org/10.2307/1931954.

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thermo/waermestrahlung.txt · Zuletzt geändert: 2015/11/22 12:25 von sarina

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