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Wärmestrahlung
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Die Wärmeenergie eines Körpers wird in Form von Schwingungen von Atomen in ihm gespeichert. Durch elektrische Ladungen der Atome wirkt die Bewegung dieser als Antenne, die Energie in Form von elektromagnetischen Wellen aussendet. Auf diese Weise geben die Körper Wärme ab, auch wenn sie nicht in Kontakt mit einem externen Medium sind.
ID:(314, 0)
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Gleichungen
$\displaystyle\frac{ dQ }{ dt }= \epsilon \sigma S T ^4$
dQ / dt = e * s * S * T ^4
$ q = \epsilon \sigma ( T_c ^4- T_e ^4)$
q = e * s *( T_c ^4- T_e ^4)
ID:(15331, 0)
Strahlung
Beschreibung
Geladene Partikel, die oszillieren, verschieben ihr umgebendes elektrisches Feld und erzeugen dadurch elektromagnetische Schwingungen. In unserer Welt sind diese Schwingungen als Strahlung bekannt und je nach ihrer Frequenz oder Wellenlänge können sie sich als Wärme, Licht oder Radiowellen manifestieren.
Für das betreffende Teilchen entspricht die Emission von Strahlung einem Energieverlust und somit einem Verlust von Wärme. Ebenso erhöht sich die Energie und damit die Temperatur dieses Teilchens, wenn es Strahlung aus dem umgebenden elektromagnetischen Feld absorbiert.
ID:(204, 0)
Strahlungsemission
Gleichung
Wenn ein Objekt eine Temperatur (Energie) hat, bewegen sich seine Atome (verschieben sich, schwingen). Wenn diese Bewegung die Verschiebung von Ladungen einschließt, erzeugt sie elektrische Felder, was der Emission von Strahlung entspricht.
Die ausgestrahlte Strahlung steht direkt im Zusammenhang mit der absoluten Temperatur zur vierten Potenz:
| $\displaystyle\frac{ dQ }{ dt }= \epsilon \sigma S T ^4$ |
wobei:
$S$ die strahlende Oberfläche ist, $\sigma$ die Stefan-Boltzmann-Konstante ($4,87E-8 kcal/h m^2K^4$ oder $5,67E-8 J/s m^2K^4$) ist, $\epsilon$ die Emissionsfähigkeit ist und $T$ die absolute Temperatur ist.
Die Emissionsfähigkeit ist ein Faktor, der von der Beschaffenheit der Oberfläche, ihrer Rauheit abhängt und zwischen 0 und 1 variieren kann, üblicherweise im Bereich von 0,6 bis 0,9 liegt.
ID:(3198, 0)
Strahlungsbilanz
Gleichung
Nicht nur wir emittieren Strahlung, sondern auch die Umgebung um uns herum tut dies. Dies bedeutet, dass wir ebenfalls Strahlung empfangen, was bedeutet, dass die äußere Umgebung uns ebenfalls erwärmt. Beide Umgebungen emittieren Strahlung gemäß dem Stefan-Boltzmann-Gesetz:
| $\displaystyle\frac{ dQ }{ dt }= \epsilon \sigma S T ^4$ |
Daher wird die Gesamtbilanz berechnet, indem man das, was wir empfangen, von dem abzieht, was wir emittieren. Ist das Vorzeichen negativ, verlieren wir Wärme, ist es positiv, gewinnen wir Wärme. Wenn die Temperatur der Umgebung $T_e$ beträgt und die des Körpers $T_c$ beträgt, ergibt sich die Bilanz wie folgt:
Daher, wenn die Temperaturen des Körpers und der Umgebung gleich sind, gibt es keine Nettoradiation, was bedeutet, dass das, was wir emittieren, durch das, was wir aufnehmen, kompensiert wird.
| $ q = \epsilon \sigma ( T_c ^4- T_e ^4)$ |
ID:(3199, 0)
Wie ein Heizkörper funktioniert
Bild
Heizkörper werden mit Wasser beheizt, das in einem zentralen Kessel erhitzt und durch das Heizsystem zirkuliert wird. Das erhitzte Wasser erwärmt das Metall der Heizkörper, das einerseits die umgebende Luft durch Konvektion erwärmt und so Wärme im Raum erzeugt. Sie emittieren auch Infrarotstrahlung, die fotografisch erfasst werden kann, wie in der folgenden Abbildung dargestellt:
ID:(11196, 0)
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Video
Video: Wärmestrahlung