Was ist Schwarzkörper – Definition

Schwarzkörperstrahlung

Es ist bekannt, dass die Menge an Strahlungsenergie, die von einer Oberfläche bei einer gegebenen Wellenlänge emittiert wird, vom Material des Körpers und dem Zustand seiner Oberfläche sowie der Oberflächentemperatur abhängt . Verschiedene Materialien geben daher auch bei gleicher Temperatur unterschiedliche Strahlungsenergiemengen ab. Ein Körper , der die maximale Wärmemenge für seine absolute Temperatur abgibt, wird als schwarzer Körper bezeichnet .

Ein schwarzer Körper ist ein idealisierter physischer Körper, der bestimmte Eigenschaften hat. Per Definition hat ein schwarzer Körper im thermischen Gleichgewicht einen Emissionsgrad von ε = 1,0 . Echte Objekte strahlen nicht so viel Wärme aus wie ein perfekter schwarzer Körper. Sie strahlen weniger Wärme aus als ein schwarzer Körper und werden daher als graue Körper bezeichnet.

Die Oberfläche eines schwarzen Körpers sendet bei Raumtemperatur (25 ° C, 298,15 K) Wärmestrahlung mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 448 Watt pro Quadratmeter aus. Reale Objekte mit einem Emissionsgrad von weniger als 1,0 (z. B. Kupferdraht) senden Strahlung mit entsprechend geringeren Raten aus (z. B. 448 x 0,03 = 13,4 W / m ² ). Das Emissionsvermögen spielt eine wichtige Rolle bei Wärmeübertragungsproblemen. Sonnenkollektoren enthalten zum Beispiel selektive Oberflächen mit sehr niedrigen Emissionsgraden. Diese Kollektoren verschwenden nur sehr wenig Sonnenenergie durch die Emission von Wärmestrahlung.

Da das Absorptionsvermögen und das Emissionsvermögen durch das Kirchhoffsche Strahlungsgesetz miteinander verbunden sind , ist ein schwarzer Körper auch ein perfekter Absorber für elektromagnetische Strahlung.

Kirchhoff’sches Wärmestrahlungsgesetz :

Für einen beliebigen Körper, der Wärmestrahlung im thermodynamischen Gleichgewicht emittiert und absorbiert, ist das Emissionsvermögen gleich dem Absorptionsvermögen.

Emissionsvermögen & epsi; = Absorptionsvermögen & alpha ;.

Ein schwarzer Körper absorbiert die gesamte einfallende elektromagnetische Strahlung, unabhängig von der Frequenz oder dem Einfallswinkel. Sein Absorptionsvermögen ist daher gleich der Einheit, die auch der höchstmögliche Wert ist. Das heißt, ein Schwarzkörper ist ein perfekter Absorber (und ein perfekter Emitter ).

Beachten Sie, dass die sichtbare Strahlung ein sehr enges Spektrum von 0,4 bis 0,76 nm einnimmt. Aufgrund visueller Beobachtungen können wir keine Aussagen über die Schwärze einer Oberfläche treffen. Betrachten Sie beispielsweise weißes Papier, das sichtbares Licht reflektiert und somit weiß erscheint. Andererseits ist es für Infrarotstrahlung ( Absorptionsvermögen α = 0,94 ) im wesentlichen schwarz, da sie langwellige Strahlung stark absorbieren.