Was ist Schwarzkörperstrahlung?
Die Schwarzkörperstrahlung ist die Wärmestrahlung, die von einem Objekt emittiert und nicht von diesem reflektiert wird. Physikalisch wird Schwarzkörperstrahlung immer mit reflektierter Strahlung gemischt, da alle realen Objekte einen Teil der elektromagnetischen Wellen reflektieren, die sie empfangen. Dennoch würde ein hypothetischer schwarzer Körper Strahlung abgeben, die nur von seiner Temperatur abhängt. Heiße schwarze Körper würden im sichtbaren Bereich des Lichts im Wesentlichen emittieren und wären daher für den Menschen sichtbar. Kühle schwarze Körper würden hauptsächlich im Infrarotbereich emittieren und sie für das menschliche Auge unsichtbar machen.
Ein schwarzer Körper ist ein Objekt, das alle einfallende elektromagnetische Strahlung absorbiert. An der Körperoberfläche wird keine einfallende Strahlung reflektiert. Schwarze Körper existieren in der physischen Welt nicht; Sie sind idealisierte Objekte, die für konzeptuelle und theoretische Zwecke verwendet werden. Reale Körper reflektieren immer einen Teil der einfallenden Strahlung, obwohl diese Menge variieren kann. Schwarze Körper werden als solche bezeichnet, weil sie, wenn sie keine einfallenden Lichtwellen reflektieren, im kalten Zustand schwarz erscheinen würden.
Alle Objekte, einschließlich schwarzer Körper, senden eine Wärmestrahlung aus, die von der Objekttemperatur abhängt. Tatsächlich ist dieser Betrag proportional zur absoluten Temperatur eines Objekts nach der vierten Potenz. Das Verdoppeln der absoluten Temperatur eines Objekts, beispielsweise das Drehen eines Ofens von Raumtemperatur auf 315 ° Celsius, führt zu einer 16-fachen Wärmestrahlung. Die Gesamtmenge an Wärmestrahlung steigt daher mit höheren Temperaturen drastisch an.
Bei Temperaturen unter etwa 900 ° F (482 ° C) befindet sich der größte Teil der Schwarzkörperstrahlung im infraroten Teil des elektromagnetischen Spektrums. Die Wellenlängen dieser Strahlung liegen außerhalb des Bereichs für die visuelle Wahrnehmung des Menschen, was erklärt, warum Menschen während der Nacht keine Objekte mit Raumtemperatur sehen können. Sehr heiße Objekte beginnen jedoch im sichtbaren Bereich des Lichts wesentlich zu emittieren. Dies erklärt, warum die Menschen nachts brennendes Holz oder einen fernen Stern sehen können. Das Licht dieser heißen Objekte wird nicht in erster Linie von anderen Quellen reflektiert, es handelt sich also um Schwarzkörperstrahlung.
Wie bereits erwähnt, reflektieren reale Objekte immer einen Teil des einfallenden Lichts, das sie empfangen. Individuen interpretieren dieses reflektierte Licht so, dass sie ein Objekt „sehen“ können; Menschen können coole Objekte sehen, weil sie die Schwarzkörperstrahlung heißer Objekte reflektieren. Ob die sichtbaren Lichtwellen von der Sonne oder einer Glühbirne kommen, sie erreichen unsere Augen erst, wenn sie von einem kühlen Gegenstand abprallen. Ohne diese ursprüngliche Schwarzkörperstrahlung würden kühle Objekte schwarz erscheinen - genau das merken Menschen nachts, ohne dass heiße Objekte in Sicht sind. Wenn Menschen im Infrarotbereich sehen könnten, wären sie in der Lage, Objekte mit Raumtemperatur zu sehen.