Absorption thermischer Strahlung durch atmosphärische Gase

3 Das Experiment
Abb. 3.4.: Erprobte Strahlungsquellen: Keramische Infrarot-Einschraubstrahler mit 150 und 60 Watt,
Infrarotlampe, Baulampe und Bunsenbrenner.
in logarithmischem Maßstab in Abb. 3.5 dargestellt, und offenbaren die spektralen
Unterschiede der zur Wahl stehenden thermischen Strahler: während die Baulampe
vorwiegend im sichtbaren Bereich abstrahlt, ist das Spektrum der Infrarotlampe etwas
zu größeren Wellenlängen hin verschoben. Ein roter Farbfilter beschränkt deren
Emission jedoch auf den sichtbaren, sowie den nahen Infrarotbereich. Diese beiden
Strahlungsquellen eignen sich daher eher weniger zur Simulation der Erdstrahlung. Mit
der Infrarotlampe ist sogar überhaupt keine Absorption messbar, da die untersuchten
Gase in deren Spektralbereich keine Absorptionsbanden aufweisen. Besser geeignet
sind hingegen die beiden keramischen Strahler, die einen breiten Emissionsbereich im
mittleren Infrarot besitzen. Das Bunsenbrennerspektrum lässt sich nicht so einfach
als Plancksche Verteilung nähern, da diese von zahlreichen Emissionslinien angeregter
Luftbestandteile überlagert ist 4 .
Zur experimentellen Bestätigung der abgestrahlten Strahlungsspektren im infraroten
Bereich wurde die Strahlungsquelle mit einer Plexiglasplatte abgeschirmt, und die
so detektierte Strahlungsleistung mit derjenigen ohne Plexiglasplatte verglichen. Da
Plexiglas ab einer Dicke von 3 mm im infraroten Spektralbereich zwischen 2,8 µm
und 25 µm vollständig absorbiert, konnte so der jeweils in diesem Spektralbereich
abgestrahlte Anteil abgeschätzt werden [23]. Die ermittelten Werte bestätigten die
theoretisch genäherten Spektralverteilungen für die elektrischen Strahler. Mit rund
98 % strahlt auch der Bunsenbrenner den größten Anteil seiner Energie im mittleren
Infrarotbereich ab.
Auch die Aufheizdauer, also die Zeit bis zur Detektion annähernd konstanter Strahlungsleistung,
wurde jeweils mit einer Thermosäule gemessen. Die Spannungsverläufe nach
dem Einschalten bzw. Entzünden sind in Abb. 3.6 dargestellt. Darin wird deutlich, dass
die keramischen Strahler im Vergleich zu den übrigen Quellen eine sehr lange Aufheizdauer
besitzen, ein Nachteil, der jedoch gegenüber der langen Dauer bis zur Detektion
4 Leider ließen sich keine geeigneten spektroskopischen Methoden finden, um das Infrarotspektrum des
Bunsenbrenners aufzunehmen. Gängige FTIR-Spektrometer, wie sie in der chemischen Forschung
verwendet werden, erlauben lediglich die Aufnahme von Transmissionspektren eingebrachter
Proben.
30