Absorption thermischer Strahlung durch atmosphärische Gase

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3 Das Experiment Abb. 3.16.: Darstellungen der Regressionsebene der Messdaten unter Verwendung des Plexiglasrohrs in zwei Raumansichten. 44

3.2 Durchführung des Experiments Die Schaubilder in Abb. 3.16 zeigen hingegen eine Verlagerung der Temperatureinflüsse unter Verwendung des Plexiglasrohrs zugunsten der Absorption der Gase. Entgegen der Messung mit dem Aluminiumrohr fällt die Ebene hier mit wachsender Spannung stark ab und zeigt eine deutlich geringere Abhängigkeit von den Wärmeleitfähigkeiten. Der große Fehler auf den Fitparameter b zeigt, dass die Temperaturwerte in diesem Fall nicht mit den Wärmeleitwiderständen korreliert sind. Das unterschiedliche Temperaturverhalten je nach Material des Rohres lässt sich letztlich auf dessen Wärmeleitfähigkeit zurückführen. Aluminium besitzt mit einem Wert von λAlu = 236 W/mK eine sehr viel höhere Wärmeleitfähigkeit als Plexiglas mit λP lexi = 0,19 W/mK und entzieht dem Gas damit deutlich mehr Wärmeenergie als Plexiglas. Die durch Thermalisation der Wärmestrahlung durch die Gase entstandene thermische Energie im Innern des Messrohrs wird im Falle des Aluminiumrohrs also verstärkt an die Umgebung abgegeben, wobei die Wärmeleitfähigkeit des Gases diesen Wärmefluss maßgeblich beeinflusst. Entscheidend für die Temperatur des Gases ist letztlich das Verhältnis zwischen der durch Thermalisation aufgenommenen und der durch Wärmeleitung abgeführten Leistung. Aufgrund der IR-Absorptionsfähigkeit des Plexiglasrohrs wurde desweiteren vermutet, dass sich das Rohr dementsprechend stärker erwärmt und damit den Wärmefluss zusätzlich abschwächt. Testmessungen zeigten aber, dass in beiden Rohren eine Temperaturdifferenz von ungefähr 4 K zwischen Mitte und Innenwand des Rohrs vorliegt, ein solcher Einfluss also ausgeschlossen werden kann. Aufgrund der niedrigeren Wärmeleitfähigkeit des Plexiglasrohrs konnte der störende Einfluss der Wärmeleitung auf die gemessene Gastemperatur deutlich reduziert werden. Der Temperaturverlauf ist nun fast ausschließlich durch den Effekt der Thermalisation absorbierter Wärmestrahlung bedingt und können in der experimentellen Beobachtung auf diese zurückgeführt werden. Dies zeigt, dass Plexiglas als Rohrmaterial zur Untersuchung des Zusammenhangs zwischen der Absorption von Wärmestrahlung durch Gase und der Temperatur derselben weitaus besser geeignet ist als metallische Materialen wie Aluminium. Durchführung mit alternativen Strahlungsquellen Wie bereits erwähnt, hat die Wahl der Strahlungsquelle einen erheblichen Einfluss auf das Experiment, sowohl auf die Absorptionsmessung der Strahlung als auch auf die Temperaturmessung des Gases. Dies zeigen die im Folgenden erläuterten Messungen mit einer Baulampe (Abb. 3.17) und einem Bunsenbrenner (Abb. 3.18). Die Baulampe strahlt mit wesentlich höherer Leistung als der keramische Strahler ab. Zu Beginn der Messung, also im Falle des mit Umgebungsluft gefüllten Plexiglasrohrs, zeigt die Thermosäule bei einem Abstand von 30 cm zwischen Baulampe und Messrohr noch eine Spannung von rund 14,5 mV an. Zudem weist der Spannungsverlauf über die gesamte Messung starke Schwankungen auf, die nicht auf das Absorptionsverhalten der 45

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