Die Temperaturstrahlung

Strahlung eines heissen Festkörpers:

Der schwarze Strahler

Inhalt

• Kirchhoffsche Strahlungsgesetze

• Energiedichte der Temperaturstrahlung– Die Plancksche Strahlungsformel

• Die RGB Codierung der Farben

Beispiele für Emission und Absorption an freien Atomen

Abbildung: Emissionsspektrum der Quecksilberdampflampe und Absorptionslinien im Sonnenspektrum. Quelle: Meyers Enzyklopädisches Lexikon

Absorptionslinien von Wasserstoff vor der „Weissen“ Strahlung der Sonne (an der Oberfläche ca. 6000 K)

Temperaturstrahlung

• Stoßanregung in verdünnten Gasen führt zur Anregung und Emission von monochromatischen Linien

• Sehr heiße Körper strahlen „weißes“ Licht aus: – Die Zeit zwischen aufeinander folgenden

Stößen ist so kurz, dass sich kein monochromatischer Wellenzug bilden kann.

Man denke an die Präsentation z. B eines Konzerts für Streichinstrumente durch ein Orchester, dessen Musiker so dicht sitzen, dass sie sich bei jeder Bewegung stoßen und behindern

Beispiel: Die Farben von Schmelzen

Glasschmelze, Fa. Schott, FAZ 8.12.04

Stahlschmelze, Fa. Thyssen-Krupp, FAZ 29.11.04

Die Farben der Schmelzen sind vom Material unabhängig

Verteilung der Energiedichte in Abhängigkeit von der Wellenlänge für unterschiedliche Temperaturen

Quelle: Pohl, Optik und Atomphysik

Das Plancksche Modell zum Strahlungsgesetz

• „Harmonische Oszillatoren“ unterschiedlicher Eigenfrequenz sitzen an den inneren Wänden des schwarzen Körpers

• Ein Oszillator wird immer dann angeregt, wenn die Hohlraumstrahlung gerade seine Eigenfrequenz anbietet (Resonanz)

• Jeder Oszillator steht für ein schwingungsfähiges Elektron eines Atoms der Wand

• Oszillatoren können Energie nur in Vielfachen eines elementaren Energiequantums aufnehmen

Die Plancksche Strahlungsformel

1 WsSpektrale Leistungsdichte

1 W

Leistung im Frequenzbereich zwischen ν und ν+ dν

1 JElementares Energiequantum der Strahlung

1

83

2

Tk

h

e

h

cu

du

hE

Der schwarz eingetragene „Plancksche Kurvenzug“ zeigt die Farbe, in der ein bei Zimmertemperatur schwarzer Körper erscheint, wenn er auf die angegebene Temperatur erhitzt wird

Strahlung des „Schwarzen Körpers“

Grün Anregung

Rot Anregung

Blau Anregung: Abstand

• Analyse des Lichts aus einer Neonröhre mit dem Gitter Spektrometer

• Vergleich mit dem Licht einer Kerze oder Glühlampe

• Überprüfung der Wirkung additiver Farben mit rot, grünen und blauen Neonröhren

Versuch

m

380 nmViolett

7,9 1014Hz780 nm

rot3,8 1014Hz

Technische Schwingkreise

Molekül-schwingungen

Valenz Elektronen

Innere Orbitale

Frequenzbereiche der Oszillatoren

Kern-reaktionen