Absorption thermischer Strahlung durch atmosphärische Gase

Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung 1
2. Physikalische Grundlagen 3
2.1. Thermische Strahlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.1.1. Strahlungsleistung und Leistungsdichte . . . . . . . . . . . . . . 4
2.1.2. Der Schwarze Körper als ideale thermische Strahlungsquelle . . 5
2.1.3. Strahlungsgesetze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.2. Absorption von Strahlung durch atmosphärische Gase . . . . . . . . . . 8
2.2.1. IR-Absorption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2.2. Treibhausgase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.3. Der Treibhauseffekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.3.1. Ein Klimamodell ohne Atmosphäre . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.3.2. Ein einfaches Klimamodell mit Atmosphäre . . . . . . . . . . . 18
2.3.3. Strahlungsbilanz der Erdatmosphäre . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.3.4. Der anthropogene Treibhauseffekt . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3. Das Experiment 25
3.1. Der Versuchsaufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.2. Durchführung des Experiments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.2.1. Analyse der Absorptionseigenschaften atmosphärischer Gase . . 35
3.2.2. Analyse der Absorptionseigenschaften von Kohlendioxid, Stickstoff,
Luft und Atemluft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.2.3. Beobachtung der Strahlungsabsorption mit einer Wärmebildkamera 50
4. Die Einbindung in den Schulunterricht 53
4.1. Einsatz im Fach Physik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.2. Einsatz im Fach NwT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
5. Versuchsanleitung für das Demonstrationspraktikum 57
6. Zusammenfassung 69
A. Gebrauchsanleitung der Thermosäule 71
B. Sicherheitsdatenblätter der Gase 75
Literaturverzeichnis 111