|
Die Wärmestrahlung hat folgende Eigenschaften, wie Experimente zeigen:
Die Wärmestrahlung wird beschrieben durch die abgestrahlte Leistung Pe. Von welchen Faktoren hängt diese Leistung Pe ab? Zunächst einige Definitionen:
Die abgestrahlte und über alle Wellenlänge integrierte Leistung, die pro mē Oberfläche in die Raumwinkeleinheit 1 Sterad um die Flächennormale abgestrahlt wird, bezeichnet man als Emissionsvermögen E.
Als integrales Absorptionsvermögen A definiert man
den über alle Wellenlängen gemittelten Quotienten 
.
Körper, die die gesamte auftreffende Strahlung absorbieren 
,
nennt man schwarze Körper. Von allen Körpern gleicher Temperatur hat
er das größte Emissionsvermögen.
Die abgestrahlte Leistung Pe ist proportional zur Oberfläche S des Körpers und zur vierten Potenz der Temperatur. Dies ist die Aussage des von Josef Stefan empirisch gefundenen und von Ludwig Boltzmann theoretisch begründeten Gesetzes:
Der Emissionsgrad e hängt von der Oberflächenbeschaffenheit
des Körpers ab und hat Werte zwischen 0 und 1. Die Stefan-Boltzmann-Konstante
hat den Wert 
.
Für die von der Umgebung mit der Temperatur T0 aufgenommene Strahlungsleistung gilt
.
Damit gilt für die Nettostrahlungsleistung des Körpers
Durch die Nettostrahlungsleistung nimmt ein Körper entweder Energie auf oder gibt Energie ab. Jeder Körper der Temperatur T ist bestrebt, in ein thermodynamisches Gleichgewicht mit der Umgebung TUmwelt zu kommen.
T = TUmwelt: Pa = Pe
T > TUmwelt: Pa > Pe Der Körper kühlt ab.
T < TUmwelt: Pa < Pe Der Körper erwärmt sich.
Weicht die Temperatur T eines Körpers nur wenig von der Umgebungstemperatur T0 ab, so läßt sich die Differenz der vierten Potenzen der Temperatur nähern:
Damit folgt
.
Die Abkühlungsgeschwindigkeit eines Körpers ist näherungsweise proportional zur Temperaturdifferenz zwischen Körper und Umgebung.
Diese Aussage bezeichnet man auch als das Newtonsche Abkühlungsgesetz. Sie gilt näherungsweise auch bei den anderen Mechanismen der Wärmeübertragung.
© Universität Würzburg, Tilo Hemmert 2000
