Wärmestrahlung

Die in den Abschnitten zuvor erläuterten Mechanismen der Wärmeströmung und der Wärmeleitung haben eines gemeinsam; Es müssen Teilchen vorhanden sein, die die (Wärme-)Energie transportieren. Grundsätzlich trifft dies zwar für jede Art von Materie zu, sei es in Feststoffen wie Metalle oder in Gasen wie Luft. In den Tiefen des Weltalls allerdings fehlen solche Teilchen fast vollständig. Aber dennoch stellt man auch durch solche teilchenleere Bereiche eine Wärmeübertragung fest. Dies zeigt sich auf der Erde jeden Tag aufs Neue. Während vor dem Sonnenaufgang die Außentemperaturen in der Regel noch relativ niedrig sind, werden diese nach Sonnenaufgang merklich steigen. Offensichtlich transportiert die Sonne auch über den (nahezu) teilchenleeren Raum thermische Energie bis auf die Erde.

Um diese Art der Wärmeübertragung zu demonstrieren, wird ein Thermometer unter einer Vakuumglocke aus Glas platziert. Eine außenstehende Wärmequelle (z.B. eine Glüh- oder Infrarotlampe) wird nun auf die Vakuumglocke gerichtet.

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Animation: Wärmetransport durch Strahlung

Der Temperaturanstieg zeigt, dass auch hier offensichtlich Wärme von der Wärmequelle A (Lampe) zur Stelle B (Thermometer) übertragen wurde. Da das Volumen innerhalb der Glasglocke aufgrund des Vakuums allerdings keinerlei Teilchen enthält, muss offensichtlich ein ganz anderer Mechanismus im Vergleich zur Wärmeströmung und Wärmeleitung vorliegen.

Die Wärme wird in diesem Fall durch Strahlung übertragen. Man spricht bei diesem Prinzip des Wärmetransports deshalb von Wärmestrahlung. Diese lässt sich nicht mit dem Teilchenmodell erklären, sondern mit den ausgesandten elektromagnetischen Wellen (Wellenmodell). Dabei regt das schwingende elektrische Feld der Strahlung beim Auftreffen auf die Materie die darin befindlichen Atome (elektrisch geladene Teilchen) zum Schwingen an. Die damit verbundene Erhöhung der Bewegungsenergie führt schließlich zu einem Temperaturanstieg. Wärme wird in diesem Fall also ohne einen Stoff bzw. ohne dessen Teilchen übertragen, sondern durch Strahlung.

Es ist im übrigen genau diese Wärmestrahlung, die Wärmebildkameras registrieren und bildlich darstellen. Beachte, dass jeder Körper der eine Temperatur besitzt auch eine entsprechende Wärmestrahlung aussendet. Daher kann im Prinzip jeder Körper mit einer Wärmebildkamera erfasst werden.

Die untere Animation zeigt die Veranschaulichung des Prinzips der Wärmestrahlung, ohne dass dabei Materie als Träger der Energie vorhanden sein muss.

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Animation: Veranschaulichung der Wärmestrahlung

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