Absorption thermischer Strahlung durch atmosphärische Gase

3 Das Experiment
Gas Wärmeleitfähigkeit λ
−3 W 10 m·K
Luft 26,2
Kohlendioxid CO2
Stickstoff N2
Methan CH4
16,8
26,0
34,1
Argon Ar 17,9
Distickstoffoxid N2O 17,4
Sauerstoff O2
Tab. 3.2.: Wärmeleitfähigkeiten der verwendeten Gase bei Atmosphärendruck und einer Temperatur
von 300K [24].
Wärmeleitfähigkeiten begründen: die Gase mit großer Wärmeleitzahl führen thermische
Energie leichter in Richtung der Umgebung ab, in diesem Fall die kühlere Innenwand
des Aluminiumrohrs sowie die Umgebungsluft an den Rohröffnungen, und haben folglich
eine tiefere Temperatur als Gase mit kleiner Wärmeleitfähigkeit.
Dass die gemessenen Temperaturunterschiede maßgeblich von der jeweiligen Wärmeleitfähigkeit
bestimmt sind, bestätigt die folgende Analyse 5 . Dazu wurden die gemessenen
Gastemperaturen zu jedem Gas mit Hilfe der Auswertungsfunktion im Programm
Cassy-Lab auf den Temperaturplateaus gemittelt und zusammen mit den reziproken
Wärmeleitfähigkeiten, auch Wärmeleitwiderstände genannt, im Diagramm aufgetragen.
Die Daten sind im Diagramm in Abb. 3.10 als rote Punkte dargestellt 6 . Die Verteilung
der Messwerte läßt einen linearen Zusammenhang der Größen vermuten, was durch das
reduzierte Bestimmtheitsmaß R 2 ≈ 0, 92 des blau dargestellten linearen Fits bestätigt
wird 7 . Dieser lineare Zusammenhang zwischen der Temperatur des Gases und den
reziproken Wärmeleitkoeffizienten bestätigt auch die Wärmeleitungsgleichung (3.1).
Trotzdem darf hier nicht gefolgert werden, dass die gemessenen Temperaturwerte
entsprechend der Gleichung lediglich durch den Effekt der Wärmeleitung bedingt sind.
Zusätzlich beeinflussen der Effekt der Thermalisation sowie die Wärmeleitfähigkeit des
Rohres die absolute Temperatur im Innern des Rohres. Die Analyse zeigt lediglich, dass
die Temperaturunterschiede stark mit der Wärmeleitfähigkeit der Gase korreliert sind
und diese den Einfluss der Absorption auf die Temperatur bestimmend überlagern. Das
5 Da es sich hierbei um eine rein qualitative Untersuchung zur Verbesserung des Versuchsaufbaus
handelt, ist der Übersichtlichkeit halber auf eine explizite Angabe der Messwerte, sowie deren
zugehörige Fehler, verzichtet.
6 Man beachte, dass die Achseneinstellungen in den Schaubildern entsprechend einer geeigneten
Darstellung der Messwerte angepasst sind.
7 Das reduzierte Bestimmtheitsmaß R 2 dient als Maßzahl für die Güte einer linearen Regression.
Je näher der Wert bei Eins liegt, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit für einen linearen
Zusammenhang zweier Messgrößen.
38
26,3