Physik · Klasse 6–7 · aktualisiert
Wärmestrahlung: Erklärung, Beispiele und Übungen
Erkläre Strahlung ohne Stoff, den Austausch zwischen Körpern und die Wirkung von Oberflächen bei Sonne und Infrarot.
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Kurz gesagt
Wärmestrahlung ist Strahlung, die ein Körper wegen seiner Temperatur aussendet. Wie Sonnenlicht kann sie Energie durch leeren Raum tragen. Ein anderer Körper kann sie aufnehmen, zurückwerfen oder durchlassen.
Wärmestrahlung trägt Energie wie Sonnenlicht von einem Ort zum anderen. Sie kann sich auch durch den leeren Raum zwischen Sonne und Erde ausbreiten.
Deine Lernziele
Hake ab, was du schon kannst. Löst du alle Aufgaben eines Abschnitts, hakt Mela das Ziel für dich ab.
4 Abschnitte
Von der Sonne erreicht Energie die Erde durch den nahezu leeren Weltraum. Wärmestrahlung breitet sich wie Sonnenlicht auch ohne Luft aus. Fachleute nennen solche Strahlung elektromagnetische Wellen. Wärmeleitung braucht einen Stoff; Konvektion braucht eine strömende Flüssigkeit oder ein Gas.
Seitlich neben einem Feuer kannst du Strahlung spüren. Die erwärmte Luft steigt vor allem auf. Bei einem Feuer wirken oft mehrere Übertragungswege zusammen.
Definition
Wärmestrahlung
Wärmestrahlung, auch Temperaturstrahlung genannt, ist elektromagnetische Strahlung, die ein Körper aufgrund seiner Temperatur aussendet. Trifft sie auf einen anderen Körper und wird dort aufgenommen, kann dessen Temperatur steigen.
Teste dich
Jeder Körper sendet Temperaturstrahlung aus, sogar ein kühler Gegenstand. Nur am absoluten Nullpunkt, der tiefstmöglichen Temperatur, wäre das anders. Das Aussenden heißt Emission.
Bei gleicher Größe und gleichen Oberflächeneigenschaften gibt ein wärmerer Körper in derselben Zeit mehr Strahlungsenergie ab. Verschiedene Größen oder Oberflächen können diesen Vergleich verändern.
Zwei Körper bestrahlen einander in beide Richtungen und nehmen jeweils einen Teil auf. Insgesamt gelangt bei diesem Austausch Energie vom wärmeren zum kälteren Körper. Diese Bilanz heißt Nettoenergiefluss.
Definition
Nettoenergiefluss
Der Nettoenergiefluss ist die Bilanz der Energieübertragung in beide Richtungen. Bei unterschiedlich warmen Körpern zeigt er vom wärmeren zum kälteren Körper.
Merke: Nicht nur der warme Körper strahlt. Beide Körper senden Strahlung aus und nehmen Strahlung auf. Der Nettoenergiefluss zwischen ihnen zeigt zum kälteren Körper.
Teste dich
Trifft Strahlung auf einen Körper, kann sie aufgenommen, zurückgeworfen oder durchgelassen werden. Die Anteile hängen von Stoff, Schichtdicke und Wellenlänge ab. Transmission heißt das Hindurchtreten; die Wellenlänge ist der Abstand benachbarter Wellenberge. Ein geringer durchgelassener Anteil verrät für sich noch nicht, ob der Rest vor allem absorbiert oder reflektiert wurde.
Alltagskörper senden den größten Teil ihrer Temperaturstrahlung als unsichtbares Infrarot aus. Sehr heiße Körper können auch sichtbare Anteile aussenden und glühen. Wärmestrahlung und Infrarot sind daher nicht dasselbe. Eine Wärmebildkamera stellt Infrarotstrahlung sichtbar dar. Für verlässliche Temperaturwerte muss sie Oberflächeneigenschaften und reflektierte Umgebungsstrahlung berücksichtigen.
Definition
Absorption
Bei der Absorption nimmt ein Körper Strahlungsenergie auf. Die aufgenommene Energie erhöht seine thermische Energie; dadurch kann seine Temperatur steigen.
Beispiel
- 1Eine Wärmebildkamera sieht eine glänzende Metallfläche.
- 2Die Fläche sendet eigene Infrarotstrahlung aus, kann aber auch Infrarot aus der Umgebung spiegeln.
- 3Für eine verlässliche Temperatur muss die Kamera beides berücksichtigen.
Merke: Auch ein Körper ohne sichtbares Glühen kann sehr heiß sein. Prüfe seine Temperatur nicht durch Berühren. Halte Abstand zu starken Wärmelampen und richte sie nicht auf die Augen.
Teste dich
Bei Sonnenstrahlung nehmen dunkle Oberflächen häufig mehr Energie auf als helle. Helle oder spiegelnde Oberflächen reflektieren häufig mehr. Eine glatte Fläche ist aber nicht allein deshalb gut reflektierend. Die sichtbare Farbe erlaubt keine allgemeine Aussage über die unsichtbare Eigenstrahlung mäßig warmer Körper.
Eine dunkle Campingdusche oder ein Sonnenkollektor soll Sonnenenergie aufnehmen. Eine helle, gut reflektierende Tankwagenoberfläche soll die Erwärmung begrenzen. Spiegelnde Flächen einer Thermoskanne mindern Strahlungsverluste. Ihr Vakuum hemmt Leitung und Konvektion; ein dichter Verschluss bremst den Luftaustausch am Hals. Eine Wärmebildkamera zeigt Unterschiede in infraroter Strahlung, aus denen sich mit Kenntnis der Oberfläche Temperaturen abschätzen lassen.
Beispiel: Oberfläche eines Tankwagens
- 1Ein Tankwagen steht im Sonnenlicht und soll sich möglichst wenig erwärmen.
- 2Eine helle, gut reflektierende Beschichtung wirft einen größeren Teil der Sonnenstrahlung zurück.
- 3Die sichtbare Farbe allein sagt aber nicht, wie der Wagen seine eigene weit infrarote Wärmestrahlung abgibt.
Teste dich
Alles auf einen Blick
Wärmestrahlung
Ausbreitung
Temperaturstrahlung besteht aus elektromagnetischen Wellen und braucht keinen Stoff.
Emission
Auch ein kühler Körper sendet Temperaturstrahlung aus.
Bilanz
Zwei Körper strahlen in beide Richtungen; netto gelangt Energie zum kälteren.
Auftreffen
Strahlung kann absorbiert, reflektiert oder durchgelassen werden.
Infrarot
Alltagskörper strahlen überwiegend unsichtbar; sehr heiße können sichtbar glühen.
Oberfläche
Dunkel und hell beschreiben Sonnenaufnahme nur als Faustregel; die Materialeigenschaften entscheiden.
Musteraufgabe · Schritt für Schritt
Campingdusche in der Sonne
- 1Sonnenstrahlung erreicht den dunklen Beutel einer Campingdusche.
- 2Der Beutel nimmt einen Teil der Strahlung auf und gibt Energie durch Wärmeleitung an das Wasser weiter.
- 3Erst wenn das Wasser insgesamt mehr Energie aufnimmt als abgibt, steigt seine Temperatur.
- 4Eine helle, stark reflektierende Hülle würde für die gewünschte Erwärmung meist weniger Sonnenstrahlung aufnehmen.
Fehler finden
Eine Wärmebildaufnahme deuten In einer Zeile steckt ein Fehler. Tippe sie an.
Fehler in Zeile 3Die dritte Zeile verwechselt fehlendes sichtbares Glühen mit fehlender Emission. Auch ein nicht glühender Körper oberhalb des absoluten Nullpunkts sendet Temperaturstrahlung aus.
Lückentext
Wähl in jeder Lücke das passende Wort und prüf dann deine Antworten.
Wärmestrahlung kann auch ein durchqueren. Beim Auftreffen kann ein Körper Strahlung . Zwischen zwei unterschiedlich warmen Körpern zeigt die Bilanz netto zum Körper.
Karteikasten
Erst selbst überlegen, dann umdrehen.
Übung mit Feedback