Wärmestrahlung

Wärmestrahlung ist elektromagnetische Strahlung, die jeder Körper abhängig von seiner Temperatur emittiert. Da das Emissionsmaximum bei Raumtemperatur bis zu Temperaturen von 3000 Kelvin im Infraroten liegt, wird Wärmestrahlung fälschlicherweise oft mit Infrarotstrahlung gleichgesetzt.

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Mit zunehmender Temperatur eines Körpers steigt auch die Intensität seiner Wärmeabstrahlung (siehe Stefan-Boltzmann-Gesetz), und das Emissionsmaximum verschiebt sich zu kürzeren Wellenlängen (siehe Wiensches Verschiebungsgesetz).

Einen starken Einfluss auf die abgestrahlte Intensität hat auch die Oberflächenbeschaffenheit des Körpers, sie ist durch dessen Emissionsgrad charakterisiert.

Bei den meisten thermodynamischen Systemen außerhalb des thermischen Gleichgewichts ist die Emission und Absorption von Wärmestrahlung neben der Konvektion und der Wärmeleitung einer der drei Mechanismen des Wärmeaustausches. Sie tritt im Gegensatz zu den beiden anderen Mechanismen auch im luftleeren Raum auf und ist daher eine Möglichkeit, z.B. mittels Jalousien den Temperaturhaushalt von Raumfahrzeugen zu steuern.

Die Wärmeabstrahlung der Erdoberfläche mit einem Emissionsmaximum bei einer Wellenlänge von 8…10 µm ist verantwortlich für den Temperaturhaushalt der Erde, sie bewirkt die Abkühlung der Erdoberfläche in klaren Nächten durch Abstrahlung in den Weltraum. Wolken, Gas und in geringem Maße auch Wasserdampf, Kohlendioxid und weitere sogenannte Treibhausgase sind für diese Strahlung intransparent und verringern oder verhindern diese Abkühlung durch Reflexion oder Remission (siehe auch Treibhaus, Treibhauseffekt).

In der Physik von besonderer Bedeutung ist das Konzept des Schwarzen Strahlers, eines Emitters und Absorbers von Wärmestrahlung, der einen Emissionsgrad von Eins hat. Hält man einen solcher Absorber mit einem Thermostat im thermischen Gleichgewicht mit seiner Umgebung, kann man über dessen Wärmeaufnahme die Strahlungsleistung thermischer und nichtthermischer Strahlungsquellen bestimmen.

Im Gegensatz dazu liegt z.B. das Maximum der Wärme- bzw. Temperaturstrahlung der Sonne (Oberflächentemperatur 5700 K) im sichtbaren Bereich, für bestimmte galaktische Kerne sogar im Röntgenbereich des elektromagnetischen Spektrums.

Beim Auftreffen von Wärmestrahlung auf einen Körper kann

1. die Strahlung teilweise durchgelassen (transmittiert) werden
2. die Strahlung teilweise reflektiert werden
3. die Strahlung teilweise absorbiert, das heißt vom Körper aufgenommen und in Wärme umgewandelt, werden.

Diese drei Effekte werden mit dem Transmissions-, Reflexions-, und Absorptionskoeffizienten quantifiziert.
Der Absorptionskoeffizient gleicht dem Emissionsgrad, d. h. eine Oberfläche mit einem Emissions- bzw. Absorptionsgrad von 0,5 absorbiert 50 % der einfallenden Strahlung, emittiert jedoch bei gegebener Temperatur gegenüber einem Schwarzen Strahler auch nur die Hälfte der Wärmestrahlung.

Die Wärmeabstrahlung lässt sich durch die Verwendung blanker Metalloberflächen verringern (Beispiele: Metallschichten an Rettungsdecken, Isoliertaschen und in Thermoskannen).
Um die Wärmeabstrahlung eines metallischen Körpers zu erhöhen, kann man ihn mit einer dunklen, matten Beschichtung versehen:

• Lackierung von Heizkörpern
• Eloxierung von Aluminiumkühlkörpern
• Emailllierung von Ofenrohren und Metallöfen

Die Farbe solcher Schichten ist für die Wärmestrahlung ohne Bedeutung.

Siehe auch

• Strahlungsaustausch
• Kirchhoffsches Strahlungsgesetz
• Plancksches Strahlungsgesetz
• Strahlungstransport