Was ist Wärmestrahlung?

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Thomas Nicolas Kaiser
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1 Was ist Wärmestrahlung? Quelle: Herrmann, Was ist Wärmestrahlung?, PdN-PhiS. 5/54 Jg 2005

2 Die durch elektromagnetische Strahlung transportierte Wärme Versuch einer begrifflichen Festlegung Entropie als Wärme Warum Strahlung wärmt Empfehlung

3 Was ist Wärmestrahlung? Wie viel Wärme transportiert Wärmestrahlung?

4 Literatur: Duden Paetec Physik Gymnasiale Oberstufe S. 369 Die Übersicht oben zeigt das Absorptionsvermögen der Erdatmosphäre für elektromagnetische Wellen, die von außen auffallen.

Literatur: Bermann Schaefer Lehrbuch zur Experimentalphysik Band 3: Optik Die Absorption infraroten Lichtes führt fast ausschließlich zur Umwandlung der

Dieser Ausdruck ist mit etwas Vorsicht gebrauchen, weil nicht nur die infraroten St

5 Literatur: Bermann Schaefer Lehrbuch zur Experimentalphysik Band 3: Optik Die Absorption infraroten Lichtes führt fast ausschließlich zur Umwandlung der auffallenden elektromagnetischen Strahlungsenergie in Wärme. Deshalb werden die infraroten Strahlen auch Wärmestrahlen genannt. Dieser Ausdruck ist mit etwas Vorsicht gebrauchen, weil nicht nur die infraroten Strahlen eine Erwärmung bei Absorption verursachen. S. 221 Band 1 Mechanik Relativität Wärme Elektromagnetische Strahlung ist ein Energieträger, der mit materiellen Objekten wechselwirken kann und einen eil seiner Energie in Form von Wärme abgeben kann. S.1268

6 Bergmann- Schaefer, Band 2 Elektromagnetismus S. 323 Sonne ist thermischer Strahler, die meiste Energie wird aber im sichtbaren Bereich des Spektrums transportiert. Die kosmische Hintergrundstrahlung ist thermisch, das Energiemaximum liegt bei einer Wellenlänge von 1mm im Mikrowellenbereich. Das Plasma eines Fusionsreaktors strahlt im Röntgenbereich und ist ebenfalls thermisch.

7 Schwarzer Strahler New York Mai 2006 Was ist Wärmestrahlung? - Licht in neuem Licht

8 Schwarzkörperstrahlung dj E df = 2πh c 2 e f 3 hf k 1 j Energiestromdichte f die Frequenz h das Plancksche Konstante c die Lichtgeschwindigkeit k die Boltzmannkonstante absolute emperatur

9 Das Spektrum eines nicht schwarzen thermischen Strahlers

Im Prinzip.. kann man jedes beliebige Spektrum mit einem thermischen Strahler erzeugen. kann man jedes beliebige Spektrum mit einem nicht thermischen Strahler erzeugen.

10 Im Prinzip.. kann man jedes beliebige Spektrum mit einem thermischen Strahler erzeugen. kann man jedes beliebige Spektrum mit einem nicht thermischen Strahler erzeugen. Auch das Spektrum, das wie das Spektrum eines schwarzen Strahlers aussieht. Einem Spektrum sieht man nicht an, ob es von einem thermischen Strahler stammt oder nicht.

11 Woran erkennt man den Wärmetransport? Eine völlig entropiefreie Strahlung, die von einem nicht thermischen Strahler stammt, führt zur gleichen Erwärmung, wie die Strahlung eines schwarzen, thermischen Strahlers, wenn beide gleichviel Energie transportieren und diese vollständig absorbiert werden. Folgerung: An der Erwärmung eines Absorbers lässt sich nicht feststellen, ob die absorbierte Strahlung Wärme transportiert. Dies lässt sich erst entscheiden, wenn man weiß, ob der Strahler abkühlt oder nicht.

12 Die durch elektromagnetische Strahlung transportierte Wärme Versuch einer begrifflichen Festlegung Entropie als Wärme Warum Strahlung wärmt Empfehlung

13 Die durch elektromagnetische Strahlung transportierte Wärme Der Begriff Wärme ist zunächst umgangssprachlich besetzt. In einer Wärmflasche steckt Wärme Der Holzofen strahlt Wärme ab. Zwei Arten von Strahlung: Licht und Wärmestrahlung Holzofen: Wärmestrahlung Mond: nur Licht Sonne: Wärmestrahlung und Licht hermodynamik Plancks und Maxwells Elektrodynamik Welche physikalische Größe deckt sich mit dem Begriff Wärme am besten?

14 Die durch elektromagnetische Strahlung transportierte Wärme de = ds Energieänderung wird Wärme genannt de dt = ds dt zeitlich Änderung der Energie und der Entropie de = dt P P ds dt = =? I S I S + Σ S Wenn Änderung von Energie und Entropie nur durch Ströme

15 Die durch elektromagnetische Strahlung transportierte Wärme de = ds Energieänderung wird Wärme genannt de dt = ds dt zeitlich Änderung der Energie und der Entropie de = dt P P 3 = 4 ds dt I S = I S + Σ Gesamtenergiestrom eines schwarzen Strahlers Es bleibt die Frage: Wie viel Wärme transportiert die Strahlung? S Wenn Änderung von Energie nur und durch Entropie Strom nur durch und Ströme Entropie durch Strömen und Erzeugen

16 Die durch elektromagnetische Strahlung transportierte Wärme Versuch einer begrifflichen Festlegung Entropie als Wärme Warum Strahlung wärmt Empfehlung

17 Versuch einer begrifflichen Festlegung (1) Wärmestromstärke = I S (2) Wärmestromstärke = 3 4 I S (3) Wärmestromstärke = P Welche physikalische Größe als Wärmemaß?

18 Die durch elektromagnetische Strahlung transportierte Wärme Versuch einer begrifflichen Festlegung Entropie als Wärme Warum Strahlung wärmt Empfehlung

19 Entropie als Wärme Sonnenlicht I S = 4 3 P = W 6000K = 0,22 Ct s Ist das die Wärme, die man spürt?

20 Die durch elektromagnetische Strahlung transportierte Wärme Versuch einer begrifflichen Festlegung Entropie als Wärme Warum Strahlung wärmt Empfehlung

21 Warum Strahlung wärmt Absorption von Strahlung

22 Warum Strahlung wärmt Wie viel Entropie wird erzeugt? P = P ein aus 3 4 I Strahlung S, ein = I Absorber S, aus I = I I S, erz S, aus S, ein I I S, erz S, aus =1 I I S, ein S, aus I = Absorber I S, ein S, aus 4 = Strahlung Absorber Strahlung

Warum Strahlung wärmt I I S, erz S, aus = 1 4 3 Absorber Strahlung I I S, erz S, aus 4 = 1 3 Erde Sonne 4 300K = 1 3 6000K =

23 Warum Strahlung wärmt I I S, erz S, aus = Absorber Strahlung I I S, erz S, aus 4 = 1 3 Erde Sonne 4 300K = K = 0,93 = 93% 7% der absorbierten Entropie kommen von der Sonne 93% der absorbierten Entropie wurden bei der Absorption erzeugt

24 , und k I k k P I P S ein S Strahlung < = = = Warum Strahlung wärmt

25 Warum Strahlung wärmt P = 0,804 2 I S 0,804 = I I 2 S, ein 1 S, aus I I S, erz S, aus = 1 = 0,38 1 0,804 = 38% 300K 600K 38% der absorbierten Entropie wurden bei der Absorption erzeugt 62% der absorbierten Entropie kommen vom Ofen

26 Die durch elektromagnetische Strahlung transportierte Wärme Versuch einer begrifflichen Festlegung Entropie als Wärme Warum Strahlung wärmt Empfehlung

27 Empfehlung Begriff Wärmestrahlung wenig eindeutig à augt nicht für ein Konzept, das sich wissenschaftlich nennen möchte. Besser als die Energieform Wärme ist als Wärmemaß die Entropie geeignet. Man kann.. verschiedene Strahlungen, was den Entropietransport angeht vergleichen... klar sagen, bei welchem Prozess Entropie erzeugt wurde. Aussagen stimmen mit denen entsprechenden überein, wenn man statt der physikalischen Größe Entropie das umgangssprachliche Wort Wärme benutzt.

28 Was ist Wärmestrahlung? Zur Fragestellung Die durch elektromagnetische Strahlung transportierte Wärme Versuch einer begrifflichen Festlegung Entropie als Wärme Warum Strahlung wärmt Empfehlung

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