Plancksches Strahlungsgesetz

Folgende Erkenntnisse lassen sich aus diesem Bild ableiten:

• Je höher die Temperatur des Körpers ist, desto stärker ist seine elektromagnetische Strahlung (banal aber wichtig!)
  Genauer gesagt ist die gesamte Energie, die ein Körper integriert über alle Wellenlängen abstrahlt, proportional zur vierten Potenz der Temperatur (Stefan Boltzmann Gesetz). Doch Vorsicht: Diese Proportionalität gilt nur, wenn man den gesamten Wellenlängenbereich betrachtet!
• Die Wellenlänge, bei der die maximale Strahlung abgegeben wird, liegt bei umso kleineren Werten, je größer die Temperatur ist.
  Man nennt diesen Zusammenhang das Wien'sche Verschiebungsgesetz: Das Produkt aus Wellenlänge der maximalen Strahlung und Temperatur des Körpers ist konstant 2898 [µmK]!
• Betrachtet man die Wellenlängenbereiche, für die im Kapitel Transmission eine besonders durchlässige Atmosphäre festgestellt wurde, so sieht man, dass im MIR (3-5 µm) Körper mit hoher Temperatur strahlen, wohingegen Körper üblicher Raum- oder Umgebungstemperatur ihr Strahlungsmaximum im FIR (8-12 µm) haben!
  Kurze Gegenrechnung nach Wien: 2898 µmK / 300 K = 9.7 µm

Nun kommen wir zu einer ganz praktischen Frage:
Warum leuchten Glühbirnen?
Je heisser ein Festkörper ist, desto kürzer ist die Wellenlänge der von ihm abgegebenen Strahlung. Irgendwann liegen Teile dieser Strahlung auch im sichtbaren Bereich - der Körper glüht! Erhöht man die Temperatur noch weiter, deckt das Licht des Körpers einen breiteren Teil des sichtbaren Spektrums ab, und er leuchtet weiß!
Damit das Maximum der Strahlung bei 780nm, also wenigstens am Rand des sichtbaren Bereichs liegt, muss der Körper

2898µmK / 0,780µm = 3715K

heiß sein. Mit den zur Verfügung stehenden Materialien erreicht man diese Temperatur nicht, deshalb ist der Wirkungsgrad von Glühbirnen so schlecht: Den meisten Teil der Energie geben sie als Wärmestrahlung (IR) ab.

Kirchhoff'sches Strahlungsgesetz

Der Energieerhaltungssatz

Ein kleines Anwendungsbeispiel aus der Marinetechnik soll zeigen, dass man trotz solch simpler Zusammenhänge immer sehr genau aufpassen muss, was passiert:
Die handelsüblichen grauen Marinefarben haben einen Emissions- (Absorptions-) grad von ca. 95%. Da die Farben auch im IR undurchsichtig sind, ist der Transmissionsgrad 0% und somit der Reflektionsgrad 5%.
Trotzdem kann die von einem Schiff reflektierte Strahlung um ein Vielfaches größer sein, als die von ihm selbst emittierte!! Woran liegt das?

Stichwort: Sonnenreflexe! Bei den Strahlungsquellen, auf die Emissions- und Reflektionsgrad anzuwenden sind, handelt es sich in diesem Fall um zwei verschiedene: Die Eigenstrahlung des Schiffskörpers wird von dessen Temperatur und vom Emissionsgrad des Anstrichs bestimmt. Die reflektierte Strahlung wird vom Reflektionsgrad des Anstrichs und von der Umgebungsstrahlung bestimmt! Bei Sonneneinstrahlung kann die reflektierte Strahlung - je nach betrachtetem Wellenlängenbereich! - deshalb sehr viel größer sein als die Eigenstrahlung!

Die empfangene Strahlung ist immer eine Überlagerung aus beidem; deshalb ist es so schwierig, aus der Strahlungsmessung auf die wirkliche Temperatur des Körpers zu schließen, wenn es kein schwarzer Körper ist.

Besonderheiten von Wasser