11.) Temperaturstrahlung: Entstehung und Eigenschaften der Temperaturstrahlung, Begriff des Energiestromes und der Energiestromdichte (Intensität), spezifische Ausstrahlung, spektrale spezifische Ausstrahlung, Absorptionsgrad, kirchhoffsches Strahlungsgesetz, Spektrum des absoluten schwarzen Körpers Flashcards Preview

Biophysik 1 > 11.) Temperaturstrahlung: Entstehung und Eigenschaften der Temperaturstrahlung, Begriff des Energiestromes und der Energiestromdichte (Intensität), spezifische Ausstrahlung, spektrale spezifische Ausstrahlung, Absorptionsgrad, kirchhoffsches Strahlungsgesetz, Spektrum des absoluten schwarzen Körpers > Flashcards

Flashcards in 11.) Temperaturstrahlung: Entstehung und Eigenschaften der Temperaturstrahlung, Begriff des Energiestromes und der Energiestromdichte (Intensität), spezifische Ausstrahlung, spektrale spezifische Ausstrahlung, Absorptionsgrad, kirchhoffsches Strahlungsgesetz, Spektrum des absoluten schwarzen Körpers Deck (19)
Loading flashcards...
1

Nötig für den Strahlungsvorgang

Strahlenquelle, Strahlung & bestrahlter Körper

2

Energiestrom, Leistung, Strahlungsleistung

P= E / t (Transportierte Energie während der Zeitspanne t)[W= Watt]

3

Spezifische Ausstrahlung (M) 

Strahlung  vom Körper weg. Energie, die pro Zeitspanne aus der Oberfläche entflieht. Strahlung wirkt im Raumwinkel 2 *Pi Definition Winkel: Bogen/ Radius omega = A/r²,

M = delta P / delta A [ W / m² ]

4

Strahlungsintensität (J)

Besser: „Die Strahlung, die eine bestimmte Fläche in einer bestimmten Zeit durchdringt.“ (Daher Leistung pro Fläche, Leistung ist Arbeit pro Zeit)

Die Strahlungsleistung wirkt senkrecht auf die bestrahlte Fläche.

J = delta P / delta A  [W /m² ]

5

Bestrahlungsenergie (E)

Die Energie, die pro Zeitspanne auf eine Fläche wirkt. Hierbei strahlt sie auf 2*Pi Raumwinkel 

6

Raumwinkel

3-D Anteil des Raums von dem Inneren einer Kugel. Nicht so präzise formuliert: Definition ist ähnlich wie die des Winkels: Raumwinkel ist eine bestimmte Fläche einer Kugel geteilt durch den Radius zum Quadrat, also A/r2  (einmal kurz Wikipedia anschauen ;) ).

7

Temperaturstrahlung

Die Quelle ist Thermische Energie, Bewegungsenergie der Teilchen und braucht Körper also über absoluten Nullpunkt, jeder Körper strahlt Temperaturstrahlung ab.

8

Fluoreszenz

Die Quelle ist die Anregungsenergie des Elektrons und braucht angeregte Elektronen in Ursprungszustand. Bzw. wie schon gelernt, beim Zurückfallen auf Ursprungszustand strahlt das Elektron Energie in Form von Licht ab.

9

Entstehung der Temperaturstahlung

Körper, deren Temperatur höher ist wie die ihrer Umgebung emittieren Energie (Wärme) d.h. Temperaturstrahlung hängt von der Temperatur T und der Bewegung der Teilchen ½ m v ² = 3/2 kT zusammen. Höhere T = Mehr Strahlung

10

Eigenschaften der Temperaturstrahlung

  • Alle Körper, die über 0 K liegen emittieren Temperaturstrahlung
  • Temperaturstrahlung =  elektromagnetische Strahlung (=Licht) (infra-rot, UV, Röntgen, sichtbares Licht …)
  • Hängt von T ab und von den Eigenschaften (Materie, Farbe, Oberfläche)

11

Strahlungsgleichgewicht

Emittierende und absorbierte Leistung müssen im thermischen Gleichgewicht sein. Temitter= Tabsorb (sofern Körper gleiche Temperatur hat wie Umgebung, ansonsten gibt es natürlich kein Gleichgewicht, sondern eine Energieaufnahme oder -abgabe)

12

Spektrale spezifische Ausstrahlung

Strahlung von einer Fläche für die Wellenlänge indirekt proportional.

M Lambda = delta M / delta lambda * [W /(m²*nm)]

13

Absorptionsgrad

Wie gut etwas absorbiert. Materialabhängig.

Alpha = absorbierte Energie / einfallende Energie

14

Kirchhoffsches Strahlungsgesetz

Die Absorption und die Emission eines realen Körpers sind im thermischen Gleichgewicht. (bei gegebener Wellenlänge und Temperatur) Ein Körper der gut absorbiert –strahlt auch gut.

M lambda1 / alpha 1 = M lambda 2 / alpha 2 =…

15

Absolut schwarzer Körper

Idealisierter Körper Völlig Schwarz – d.h. völlig abgeschlossenes System,  bei der dieselbe Strahlung abgegeben wird und dieselbe Strahlung absorbiert wird. Also bei bestimmter Temperatur. System immer im Gleichgewicht. –Wände-Innen-Strahlung – Ofen (Analogie Auto=). Witz des Ganzen: Theoretisch kann angenommen werden, dass JEGLICHE emittierte Strahlung ausschließlich Temperaturstrahlung (also Strahlung, deren Quelle Temperatur ist) ist. 

d.h. Mlambda / alpha = M Lambda, alpha schwarzer körper  / 1 = M lambda alphaschwarzer körper

16

Spektrum eines absolut schwarzen Körpers

Die Spezifische Abstrahlung eines Körpers ändert sich mit der Wellenlänge je nachdem wie die Temperatur ist. (Eisen als Erklärung)

17

Wiensches Verschiebungsgesetz

Die Maxima verschieben sich nach einem kontinuierlichen Gesetz:

Lambdamax * T = 2880 [µm*K]

18

Stephan-Boltzmannsches Gesetz

Die thermisch abgestrahlte Strahlungsleistung wird so def. Dass die Leistung eines s. Körper einer Fläche A und einer Temperatur T aussendet.

Ma = Sigma * T4 (sigma 5,6*10-8 [W / m² K4]

19

Stephan-Boltzmannsches Gesetz: Anwendungen

  • IR Diagnostik: Messbereich 8-10 µm, Präzision 0,1C Auflösungsgrenze 1 mm² (Abstand 40cm) Abtastzeit 4s
  • Mikrowellenthermographie, Körpergewebe ist durchlässig für Mikrowellen, Nachteil: Intensität im Mikrowellenbereich ist viermal kleiner als im IR
  • Wärmehaushalt: Wärme und konstante Körpertemperatur bestimmen die Wärmeabgabe. Die Wärmestrahlung ist real gesehen so, dass jeder Körper mehr abstrahlt, wie er aufnimmt (weil er wärmer ist). Also ist die Resultierende Energieabgabe delta E

Delta E = sigma * (T4-T4umgebung) * A* t (Fläche, pro Zeit)

  • Wärmeleitung, Transmittanz
  • Wärmetherapie IR-Lampen
  • Oberflächentemperaturbestimmung
  • Monde sehen und bestimmen

Decks in Biophysik 1 Class (28):