1.1 Der schwarze Strahler Jeder Körper sendet Energie in Form von elektromagnetischer Strahlung aus. Ursache ist die thermische Bewegung der Atomkerne und Elektronen. Diese Teilchen tragen elektrische Ladungen und bewegen sich beschleunigt. Daher strahlen sie ein kontinuierliches Spektrum von elektromagnetischen Wellen ab, welche als Temperaturstrahlung bezeichnet wird. Bei Temperaturen bis etwa 500 °C ist diese Temperaturstrahlung langwellig (Infrarot-Strahlung) und wird als Wärme empfunden, bei höheren Temperaturen beginnen die Körper zu glühen und strahlen auch sichtbares Licht ab (z. B. Sonne, Glühlampe). Die Strahlungsleistung eines Körpers, ist die pro Sekunde abgestrahlte Energie. Sie ist proportional zur Oberfläche des strahlenden Körpers und hängt neben der Temperatur auch von der Beschaffenheit der Oberfläche (Farbe, Rauigkeit) ab. Wegen der Abstrahlung könnte man vermuten, dass jeder Körper beständig Energie abgibt und auskühlt. Aus der Umgebung fällt jedoch auf den Körper ebenfalls Temperaturstrahlung, die teilweise absorbiert, teilweise reflektiert wird. Hat der Körper dieselbe Temperatur wie seine Umgebung, so absorbiert er gleich viel Strahlung wie er emittiert. Ist er jedoch wärmer, strahlt er mehr thermische Energie ab als er empfängt – der Körper kühlt allmählich ab. Ein Körper, der im sichtbaren Bereich des Spektrums besonders viel Strahlung absorbiert, wird allgemein als schwarz bezeichnet. Als (idealen) schwarzen Strahler bezeichnet man einen Körper, der jegliche einfallende elektromagnetische Strahlung (aller Wellenlängen) vollständig absorbiert. Gleichzeitig sendet er als Temperaturstrahlung eine elektromagnetische Strahlung aus, deren Intensität und spektrale Verteilung von der Beschaffenheit und Oberfläche unabhängig ist und nur von der Temperatur des Körpers abhängt. In guter Näherung wird ein schwarzer Strahler durch einen innen geschwärzten Hohlraum mit einer kleinen Öffnung realisiert (82.3). Max Planck (1848–1957) gelang es 1900, nachzuweisen, dass ein schwarzer Körper die Strahlung in kleinsten Paketen absorbiert (aufnimmt) oder emittiert (abgibt). Später wurden diese Energiepakete als Quanten bezeichnet. Absorption oder Emission von elektromagnetischer Strahlung erfolgt nicht kontinuierlich, sondern in kleinsten Paketen (Quanten). Die Energie eines Quants ist gegeben durch E = h·f h = 6,626 070 15·10–34 J·s Die Annahme, dass die Energie der Strahlung stets ein Vielfaches von h sein muss, führte zur Entwicklung der Quantenmechanik. Die Naturkonstante h wird als Planck’sches Wirkungsquantum bezeichnet. 82.1 Viele Prozesse auf der Sonne lassen sich im gewöhnlichen, sichtbaren Licht nicht verfolgen. Tiefe Einblicke in die Dynamik der Sonnenoberfläche und der Korona sind aber beispielsweise im Röntgenlicht und im ultravioletten Licht möglich. 82.2 Ludwig Boltzmann (1844–1906) war ein österreichischer Physiker und erhielt am Zentralfriedhof in Wien ein Ehrengrab. Er war ein Verfechter der Atomtheorie. Seine wichtigsten Forschungsarbeiten betrafen die Thermodynamik und ihre statistische Begründung. Seine Theorie, dass Wärme auf der Bewegung von Atomen beruht, wurde heftig angegriffen. Man bestritt, dass es überhaupt Atome gibt. Emission bedeutet, dass Strahlung emittiert (ausgesendet) wird. Absorption bedeutet, dass Strahlung aufgenommen (absorbiert) wird. 82.3 Ein Hohlraum ist ein fast idealer schwarzer Strahler, da er alle eintreffende Strahlung absorbiert. 82 1 Temperaturstrahlung In diesem Kapitel erfährst du, – welche physikalischen Gesetze unserem Wissen über Strahlung zugrunde liegen. – dass jeder Körper Strahlung emittiert. – welche Art von Strahlung die Sonne aussendet. Strahlungshaushalt der Erde Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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