Absorption thermischer Strahlung durch atmosphärische Gase

2 Physikalische Grundlagen
Abb. 2.2.: Thermogramm des Physikalischen Instituts der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg.
2.1.1. Strahlungsleistung und Leistungsdichte
Eine wichtige Größe im Bereich der Strahlungsphysik ist die Leistungsdichte S:
S = P
A
W
Sie gibt die Strahlungsleistung P pro Fläche A an, ist also ein Maß für die auf
eine Oberfläche auftreffende Energie pro Zeit. Beispielsweise wird eine senkrecht zur
ungeschwächten Sonnenstrahlung ausgerichtete Fläche eines Quadratmeters am Rand
der Erdatmosphäre pro Sekunde von der Energie 1,37 kJ durchsetzt. Somit ergibt
sich als Leistungsdichte der ungeschwächten extraterrestrischen Solarstrahlung, die
sogenannte Solarkonstante, der Wert SE = 1, 37 kW/m 2 . Aufgrund der Einflüsse der
Atmosphäre findet man auf der Erdoberfläche bei klarem Himmel nur noch 0,8 kW/m 2
bis 1 kW/m 2 .
Die Leistungsdichte sinkt quadratisch mit dem Abstand zu einer punktförmigen Strahlungsquelle.
Wird dieser beispielsweise verdoppelt, so verteilt sich die Leistung auf
die vierfache Fläche und führt so zu einer vierfach kleineren Leistungsdichte an der
Empfängeroberfläche. Die Strahlungsleistung thermischer Strahlung hängt neben der
Temperatur des emittierenden Körpers (siehe Abschnitt 2.1.3) auch von der Beschaffenheit
seiner Oberfläche ab. Dieser Effekt kann mit einem Leslieschen Würfel 1 demonstriert
werden: ein mit heißem Wasser gefüllter Hohlwürfel aus Blech mit verschieden
behandelten Oberflächen strahlt je nach Beschaffenheit unterschiedlich ab. Mit einer
Thermosäule (siehe Abschnitt 3.1) misst man die größte Strahlungsleistung an der
schwarzen, den niedrigsten Wert an der verspiegelten Würfelseite.
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1 Sir John Leslie: 1766-1832, schottischer Mathematiker und Physiker.
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