Absorption thermischer Strahlung durch atmosphärische Gase

Messwerterfassung mit Cassy
3.1 Der Versuchsaufbau
Zur Aufzeichnung und Analyse der Messwerte von Thermosäule und Temperaturfühler
wird das Sensor-Cassy der Firma Leybold verwendet, welches über den USB-Anschluss
mit einem Laptop verbunden wird, und über die Software Cassy-Lab ausgelesen werden
kann (siehe Abb. 3.8). Diese Art der Messwerterfassung bietet sich an, da dieses
System mittlerweile in den meisten Schulen vorhanden ist und es einige Vorteile in
Aufzeichnung und Auswertung bietet. Über die Software können die Spannungs- und
Temperaturdaten gemeinsam im Zeitdiagramm dargestellt und unmittelbar während
der Durchführung des Experiments verfolgt werden. Desweiteren bietet die Software die
Möglichkeit, über einfache integrierte Funktionen, die Daten direkt auszuwerten und
zu analysieren. Natürlich können die Daten auch mit einem Millivoltmeter angezeigt
und per Hand aufgezeichnet werden.
Wahl der Strahlungsquelle
Als Strahlungsquelle kann prinzipiell jede Wärmequelle, beispielsweise eine Kerze, ein
Bunsenbrenner oder auch eine Baulampe mit hoher Leistung verwendet werden. Entsprechend
der Temperatur und Art dieser Wärmequellen strahlen diese aber Spektren
ab, welche unterschiedlich gut für den Versuch geeignet sind. Allgemein sei darauf
hingewiesen, dass eine Simulation der Erdstrahlung nicht hinreichend realisierbar ist.
Entsprechend der Erde müsste die Quelle bei einer Temperatur von 15 °C abstrahlen,
und aufgrund der einhergehenden, geringen Strahlungsleistung vollständig gegen die
weitaus größeren Strahlungseinflüsse der Umgebung abgeschirmt sein. Da dies nicht
hinreichend realisierbar ist, muss im Experiment ein Strahler verwendet werden, dessen
Temperatur deutlich über der Umgebungstemperatur liegt, und dessen Spektralverteilung
folglich zu kürzeren Wellenlängen hin verschoben ist. Dieser Umstand verhindert
einen quantitativen Rückschluss aus den Messdaten auf die Absorptionseigenschaften
der Gase im Spektralbereich der Erdstrahlung, und damit einen Rückschluss auf
die Treibhauswirksamkeit der Gase 3 . Beispielsweise absorbiert Kohlendioxid nur im
Infrarotbereich, würde also unter Bestrahlung mit vorwiegend sichtbarem Licht nur
eine geringe Absorption aufweisen. Für das Experiment soll daher ein thermischer
Strahler verwendet werden, welcher zumindest ähnlich der Erdstrahlung, im mittleren
Infrarot abstrahlt. Diesbezüglich wurden verschiedene Strahler in Testmessungen
untersucht.
Die zur Wahl stehenden Strahlungsquellen sind zwei keramische Strahler von unterschiedlicher
Leistung, die üblicherweise zum Erwärmen von Terrrarien verwendet
werden, eine Bau- und eine Infrarotlampe, sowie ein Bunsenbrenner. Unter Ausnahme
des Bunsenbrennerspektrums lassen sich deren Emissionsspektren durch Plancksche
Strahlungsverteilungen nähern. Diese sind unter Normierung des Strahlungsmaximums
3 Wie bereits erwähnt, wird eine quantitative Analyse der Treibhauswirksamkeit der verschiedenen
Gase schon aufgrund der selektiven Absorptionseigenschaften des Folienmaterials verhindert.
29