Absorption thermischer Strahlung durch atmosphärische Gase

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
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