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Was ist Wiens Verschiebungsgesetz – Definition

Wiens Verschiebungsgesetz (benannt nach einem deutschen Physiker) beschreibt die Verschiebung dieses Peaks in Bezug auf die Temperatur, proportional zu Wiens Verschiebungskonstante.

Wiens Verschiebungsgesetz

SchwarzkörperstrahlungWie aus der Figur ersichtlich ist, erreicht die Schwarzkörper-Strahlungskurve für verschiedene Temperaturen Spitzenwerte bei einer Wellenlänge, die umgekehrt proportional zur Temperatur ist . Wiens Gesetz (benannt nach einem deutschen Physiker) beschreibt die Verschiebung dieses Peaks in Bezug auf die Temperatur. Das Wiener Verschiebungsgesetz und die Tatsache, dass die Frequenz umgekehrt proportional zur Wellenlänge ist, zeigen auch, dass die Spitzenfrequenz f max  ( Objektfarbe ) proportional zur absoluten Temperatur T des schwarzen Körpers ist. Mit steigender Temperatur ändert sich daher die Leuchtfarbe von rot nach gelb nach weiß nach blau.

Nach dem Wiener Verschiebungsgesetz erreicht die spektrale Strahlung der Schwarzkörperstrahlung pro Wellenlängeneinheit einen Spitzenwert bei der Wellenlänge λ max, gegeben durch:

Wiens Verschiebungsgesetz - Gleichungwobei T die absolute Temperatur in Kelvin ist, ist b eine Proportionalitätskonstante, die als Wiensche Verschiebungskonstante bezeichnet wird und 2,8978 × 10 –3 km entspricht . Es ist zu beachten, dass auch bei einer weißglühenden Temperatur von 2000 K noch 99% der Strahlungsenergie im infraroten (unsichtbaren) Spektrum abgestrahlt werden.

Obwohl die Verschiebung dieses Peaks eine direkte Konsequenz des Planckschen Gesetzes ist , wurde sie von Wilhelm Wien einige Jahre vor der Entwicklung dieser allgemeineren Gleichung durch Max Planck entdeckt.

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 Wärmestrahlungsgesetz miteinander verbunden sind , ist ein schwarzer Körper auch ein perfekter Absorber für elektromagnetische Strahlung.

Kirchhoffs Wärmestrahlungsgesetz :

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

Emissionsgrad ε = Absorptionsvermögen α

Ein schwarzer Körper absorbiert alle einfallenden elektromagnetischen Strahlen, unabhängig von Frequenz oder Einfallswinkel. Sein Absorptionsvermögen ist daher gleich Eins, was auch der höchstmögliche Wert ist. Das heißt, ein schwarzer Körper ist ein perfekter Absorber (und ein perfekter Emitter ).

Beachten Sie, dass sichtbare Strahlung ein sehr schmales Band des Spektrums von 0,4 bis 0,76 nm einnimmt. Wir können aufgrund visueller Beobachtungen keine Beurteilung der Schwärze einer Oberfläche vornehmen. Betrachten Sie beispielsweise weißes Papier, das sichtbares Licht reflektiert und somit weiß erscheint. Andererseits ist es für Infrarotstrahlung im Wesentlichen schwarz ( Absorptionsvermögen α = 0,94 ), da sie langwellige Strahlung stark absorbieren.

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Dieser Artikel basiert auf der maschinellen Übersetzung des englischen Originalartikels. Weitere Informationen finden Sie im Artikel auf Englisch. Sie können uns helfen. Wenn Sie die Übersetzung korrigieren möchten, senden Sie diese bitte an: translations@nuclear-power.com oder füllen Sie das Online-Übersetzungsformular aus. Wir bedanken uns für Ihre Hilfe und werden die Übersetzung so schnell wie möglich aktualisieren. Danke.