Wärmetransportphänomene - Lehrstuhl für Thermodynamik - TUM

5.2. SCHWARZE KÖRPER 43
Abbildung 5.2: Der “schwarze Körper“ als Idealabsorber und Idealemitter (Hohlraumstrahler)
5.2 Schwarze Körper
Das Emissionsvermögen e (Einheit W/m 2 ) eines Körpers umfasst die Energiemenge, welche
pro Oberflächeneinheit dA und Zeiteinheit in den darüber liegenden Halbraum im Wellenlängenbereich
von λ = 0 bis λ = ∞ emittiert wird; es korrespondiert daher energetisch mit
dem Wärmefluss ˙q. Um e bestimmen zu können, muss die “spektrale Intensität“ eλ = de/dλ
im Intervall λ bis λ + dλ als Funktion der Temperatur T bekannt sein: eλ = eλ(λ, T) (Einheit
W/m 3 ). Doch selbst bei gleichem λ und T ist eλ noch von der Oberflächenbeschaffenheit
(glatt, rauh) und der Art (Metall, Halbleiter, Nichtleiter) des emittierenden Körpers abhängig.
Kirchhoff 1 hatte 1898 aus dem 2. Hauptsatz die Folgerung gezogen, dass ein die gesamte Strahlung
absorbierender “schwarzer Körper“ (technisch realisierbar durch einen gleichtemperierten
Hohlraum mit gut absorbierenden Wänden und kleiner Öffnung gemäß Abb. 5.2) auch die
maximale Strahlungsintensität emittieren muss. Dann kann ein solcher Hohlraum als stoffunabhängiger
Standardstrahler für Referenzzwecke dienen. Diese so emittierte Grenzintensität
wird mit eλS bezeichnet. Experimentelle Ergebnisse für die Intensität dieser Schwarzkörperstrahlung
lagen bereits in der zweiten Hälfte des 19ten Jahrhunderts vor, ihre theoretische
Ermittlung gelang erst, als Max Planck 2 1901 die Prinzipien der klassischen Physik um die
revolutionären Ideen der Quantentheorie erweiterte.
1 Gustav Kirchhoff, ∗ Königsberg, 1824, † Berlin, 1887. Studium in Königsberg bei der Physiker F. Neumann
und dem Mathematiker C. G. J. Jacobi. Professor für Physik in Breslau 1850, in Heidelberg 1854, in Berlin
1875. Entwickelte zusammmen mit dem Chemiker Robert Bunsen die Spektralanalyse.
2 Max Planck, ∗ Kiel, 1858, † Göttingen,1947. Studium der Physik in München und Berlin, Habilitation im
Alter von 22 Jahren. 1889 Nachfolger Kirchhoffs in Berlin. Planck betonte die Bedeutung der Entropie in der
Thermodynamik und ist als Wegbereiter der Quantenmechanik zu betrachten, er postulierte die Quantelung
der Energie und entdeckte dabei die Existenz einer neuen Naturkonstante (Plancksches Wirkungsquantum h).
1918 Nobelpreis für Physik.
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