Absorption thermischer Strahlung durch atmosphärische Gase

2.1.2. Der Schwarze Körper als ideale thermische
Strahlungsquelle
2.1 Thermische Strahlung
Unter einem Schwarzen Körper versteht man einen hypothetischen Körper, welcher
elektromagnetische Strahlung bei jeder Wellenlänge vollständig absorbiert. Da nach dem
Gesetz von Kirchhoff 2 das Absorptions- und Emissionsvermögen bei jeder Wellenlänge
für alle Körper proportional zueinander sind, besitzt dieser idealisierte Körper auch
ein maximales Emissionsvermögen und sendet ein charakteristisches, nur von der
Temperatur abhängiges Spektrum aus, welches oft als Grundlage für theoretische
Betrachtungen, sowie als Referenz für praktische Untersuchungen elektromagnetischer
Strahlung verwendet wird.
Experimentell kann ein Schwarzer Körper in guter Näherung durch einen Hohlraum
mit absorbierenden Wänden realisiert werden, der eine im Vergleich zur gesamten
Innenfläche des Hohlraums kleine Öffnung besitzt. Strahlung, welche durch die Öffnung
in den Hohlraum eintritt wird so oft im Innenraum reflektiert und jeweils teilweise
absorbiert bevor sie wieder zur Öffnung gelangt, dass die gesamte einfallende Strahlung
absorbiert wird. Das Absorptionsvermögen
A =
absorbierte Strahlungsleistung
auftreffende Strahlungsleistung
eines solchen Hohlraumes nimmt also näherungsweise den Wert eines idealen Strahlers
mit A = 1 an. Die aus der Öffnung austretende Strahlung ist charakteristisch für die
Temperatur der Wände des Hohlraums und stellt näherungsweise einen schwarzen
Strahler mit maximalem Emissionsvermögen dar.
Abb. 2.3.: Prinzip eines Hohlraumstrahlers.
In guter Näherung stellen Sonne und Erde Schwarze Körper dar (siehe Abschnitt 2.2). Im
Hinblick auf die Untersuchung des Strahlungshaushaltes der Erde sollen im Folgenden Eigenschaften
der Schwarzkörperstrahlung näher dargestellt werden.
2 Gustav Robert Kirchhoff: 1824-1887, deutscher Physiker.
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