40. Strahlungsenergie

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Stanislaus Giese
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1 40. Strahlungsenergie Das elektroagnetische Spektru Zunächst einen kurzen Überblick über das elektroagnetisches Spektru: Nae n in Hz E h n l kosische Strahlung γ-strahlung MeV Röntgenstrahlung kev 0,1 n 1 Å UV ev sichtbares Licht (vgl. Ausführungen weiter unten) IR ev µ Mikrowellen d Radiowellen < k Betrachten wir nun den Bereich des sichtbaren Lichtes etwas genauer: 64

2 40.. Energie und Licht Licht ist transportierte elektroagnetische Energie (a) und gleichzeitig eine physiologische Erscheinung i Auge (b): die Beschreibung erfolgt daher über: a) Strahlungsgrößen und b) photoetrische (Licht-)Größen a) Strahlungsgrößen Sybol Maßeinheit 1 Koentar SI 1) Strahlungsenergie J ) Strahlungsfluss Φ Energie pro Zeit Leistung 3) Strahlungsstärke J d Ω sr Leistung pro Rauwinkel 4) Strahlungsdichte B 5) Bestrahlungsstärke E dj sr Strahlungsstärke pro eittierende Oberfläche senkrecht auftreffende Energie pro Fläche Koentar SI 1) Lichtenge Q l s ) Lichtstro Φ l l... Luen 3) Lichtstärke I d Ω l cd sr cd... Candela 5) Beleuchtungsdichte E lx l b) Lichtessgrößen Sybol Maßeinheit senkrecht pro auftreffender Lichtstro lx... Lux Die photoetrischen Größen berücksichtigen die spektrale Epfindlichkeit des Auges 1 Für die Einheit Steradiant wird hier das Sybol sr verwendet (vgl. <1.5.>). Dait die Analogie der Größen deutlich wird, ist die Reihenfolge der Auflistung und die Nuerierung völlig analog zu a). 65

3 Beispiel: Eine Bestrahlungsstärke von E 1 entspricht einer Beleuchtungsdichte bei 550 n E 680 lx bei 750 n E 0,1 lx Viele Körper (selbst leuchtende oder diffus reflektierende) haben folgende Richtungscharakteristik der Strahlung: J J 0 cosθ (1) (LAMBERTsches Gesetz) Der LAMBERT-Strahler erscheint aus allen Richtungen gleich hell: Die Lichtessung erfolgt eist it einer Nor-Lichtquelle und de Vergleich ittels des enschlichen Auges. Die Lichtstärke 1 Candela (1 cd) ist gleich der von 1/60 c der Oberfläche eines schwarzen Körpers bei 04 K eittierten Lichtstärke. Beispiel: Fettfleckphotoeter (Lichtstärken sind gleich, wenn der Fettfleck verschwindet) Strahlungsgesetze Absorption elektroagnetischer Strahlung in eine Festkörper bedeutet, dass Ladungen i Festkörper in Schwingung versetzt und allählich abgebrest werden. Strahlung wird in äre ugewandelt ugedreht: schwingende Ladungen sind die Ursache für die Aussendung elektroagnetischer Strahlung Also: Ein Festkörper it Ladungen, die z.b. aufgrund der cheischen Bindung eine bestite Resonanzfrequenz ω 0 haben, wird bei ω 0 besonders stark absorbieren. enn an ihn anregt (z.b. Erwärung), werden die Ladungen it ω 0 schwingen und dezufolge in dieser Frequenz auch besonders viel eittieren. 66

4 KIRCHHOFFsches Strahlungsgesetz: Die spezifische Ausstrahlung bei einer bestiten Frequenz/ellenlänge ist proportional zur Absorption. Mit anderen orten: Ein Körper, der alle auftreffende Strahlung schluckt (schwarzer Körper), eittiert auch a eisten. Dies ist kein iderspruch zu Begriff schwarzer Körper Das Eissionsspektru des schwarzen Körpers ist teperaturabhängig und bei Rauteperatur eittiert er eben i sichtbaren Bereich nicht. Die eisten Körper sind nicht-schwarze Strahler: Experientell: Teperaturabhängigkeit des Schwarzkörper-Spektrus 67

5 Es zeigt sich: die eittierte Gesatleistung P steigt it T 4 (STEFAN- BOLTZMANNsches Gesetz: P σ A T 4 A... eittierende Fläche σ... STEFAN-BOLTZMANN-Konstante (σ 5, K -4 ) () Nicht-schwarze Strahler eittieren entsprechend weniger. Das Eissionsaxiu λ ax verschiebt sich it der Teperatur T (IENsches Verschiebungsgesetz: λ ax T const., K (3) Beispiele: a) T 300 K (Zierwäre) λ ax 9,7 µ b) T 300 K (Glühwendel) λ ax 1,3 µ c) T 5800 K (Sonne) λ ax 0,5 µ 500 n Koentar: a) äreschutzverglasung reflektiert die ( )-µ-Strahlung ins Zier zurück und lässt sichtbares Licht hindurch. b) Der Hauptteil der Leistung wird außerhalb des sichtbaren Bereichs eittiert schlechter Licht-irkungsgrad der Glühlape c) Das Maxiu der Sonneneission liegt i sichtbaren Bereich Anwendungs-Beispiele: Pyroeter ärebildkaera 68

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