Kirchhoffsches Strahlungsgesetz
Formel
Kirchhoffsches Strahlungsgesetz
Das kirchhoffsche Strahlungsgesetz stellt den Zusammenhang zwischen Emission und Absorption eines Temperaturstrahlers im thermischen Gleichgewichts her. Für jeden Körper ist bei jeder Wellenlänge das Emissions- und das Absorptionsvermögen proportional. Das Absorptionsverhältnis \(\alpha\) hängt von der Oberflächenbeschaffenheit des Körpers, der Einstrahlrichtung sowie von der Temperatur und der Wellenlänge ab.
\(\varepsilon \left( {\lambda ,T} \right) = \alpha \left( {\lambda ,T} \right)\)
\(\varepsilon\) … Emissionsverhältnis
\(\alpha\) … Absorptionsverhältnis
Aus dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik \(\Delta S = \dfrac{{\Delta {Q_{eversibel}}}}{T}\) bzw. \(\Delta S > \dfrac{{\Delta {Q_{irreversibel}}}}{T}\) folgert , dass bei gegebener Wellenlänge und gegebener Temperatur die absorbierte Energie im gleichen Maße auch wieder emittiert werden muss. Ein Körper nimmt also im gleichen Ausmaß Wärmestrahlung auf, wie er sie auch wieder abgibt. Ein Körper absorbiert so gut wie er strahlt.
Wenn ein Körper Strahlung absorbiert, dann erhöht sich seine Temperatur. Zufolge der Temperaturerhöhung steigt auch die Emission, bis ein Strahlungsgleichgewicht erreicht wird. Käme es nicht zu einem Strahlungsgleichgewicht, hätte der Körper irgendwann zufolge der Emission eine negative Energie bzw. zufolge der Absorption eine unendlich hohe Energie, was beides unmöglich ist.
Für einen schwarzen Körper gilt: Er absorbiert bei jeder Wellenlänge die auftreffende Strahlung vollständig. Sein Emissionsvermögen ist bei jeder Wellenlänge maximal und hängt von keinen Materialeigenschaften ab, sonder ausschließlich von der Temperatur. Man kann so aus der Emission eines fernen Sterns auf dessen Temperatur schließen.
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