Was ist Strahlungsleistung?
Das Wort „strahlend“ kommt von dem Wort „Strahl“, das als Energiepaket gedacht wird und in gerader Bewegung von einer Quelle zu einem Ziel strömt. Der Begriff "Strahlungsleistung" bezieht sich auf die durchschnittliche, nachhaltige elektromagnetische (EM) Energie, die von einer natürlichen oder künstlichen Quelle im Laufe der Zeit empfangen wird. Je länger Strahlung oder Strahlungsenergie ausgesetzt ist, desto größer ist die erzeugte Strahlungsleistung. Strahlungsenergie kann nur eingesetzt werden, wenn ihre Quelle, ihre Übertragungsart und ihr Ziel, üblicherweise ein Detektor oder ein Kraftwerk, über einen bestimmten Zeitraum stabil und nachhaltig sind.
Die drei Teile der Strahlungsleistungsverteilung - Quelle, Übertragung und Ziel - können in einem natürlichen System dargestellt werden. Beispielsweise wird die Strahlungsleistung der Sonnenphotonen auf die Erde übertragen und kann natürliche Ziele wie Baumblätter treffen. Der Prozess der Photosynthese beginnt, Kohlendioxid wird in Glukose umgewandelt und der Baum entwickelt einen Speicher für chemische Energie.
Eingehende EM-Energie kann am Ziel auch in andere Formen von nutzbarer Energie umgewandelt werden. Kommunen, Privathäuser und Unternehmen nutzen Verfahren, um Energie aus verschiedenen Strahlungsenergiequellen zu gewinnen. Dies geschieht hauptsächlich zur Stromerzeugung.
Die Sonne ist die nächstgelegene Quelle für elektromagnetische Strahlung auf der Erde und verteilt eine Vielzahl von Energiepaketen, die Quanten genannt werden und bei verschiedenen Frequenzen schwingen. Je schneller die Pakete schwingen, desto mehr Strahlungsleistung senden sie aus. Atomzerfall aufgrund der schwachen Kernkraft und heftiger atomarer Wechselwirkungen bei der Sternentwicklung erzeugen das gesamte Strahlungsleistungsspektrum. Detektoren, mit denen Astronomen das Universum visualisieren, nutzen das gesamte EM-Frequenzspektrum, aber Menschen, die Strahlung auf natürliche Weise nur im Lichtspektrum erfassen können, haben Technologien erfunden, um Frequenzen von energiearmen Radiowellen, Mikrowellen und Infrarotwellen zu identifizieren und zu nutzen zu energiereichen Röntgenstrahlen.
Da Materie in kleineren und energetischeren Paketen vorliegt, überträgt sie sich im Zwischenraum so, dass man sie nur statistisch beobachten kann, wenn man versucht, ihre Position zu finden. Experimenten zufolge werden Energiepakete bei etwa der Größe eines Wasserstoffatoms nicht lokal. Das heißt, ihre Positionen können nur als statistische Verteilungen bestimmt werden, die Wahrscheinlichkeit, dass das Energiepaket an einem bestimmten Ort oder zu einem bestimmten Zeitpunkt abgetastet wird.
Menschen bauen künstliche Kraftwerke, um Strahlungsenergie für verschiedene Zwecke zu gewinnen. Sonnenenergie erwärmt einen schwarzen Körper, sendet Infrarotwellen aus und bewegt und erhitzt Wassermoleküle für den Gebrauch in Haushalt und Industrie. Wenn Lichtwellen in Phase gesetzt werden, fungieren sie als Laser, um die Leistung auf kleine Oberflächenbereiche zu konzentrieren.
Albert Einstein erhielt 1921 den Nobelpreis für Physik für die Beschreibung des photoelektrischen Effekts, der auftritt, wenn Licht auf leitende Leitungen trifft und Elektronen im Metall fließen lässt. Aus dieser Entdeckung entstand die Photovoltaik. Mikrowellen erhitzen Lebensmittel durch Wechselwirkung von Infrarotstrahlen mit Lebensmittelmolekülen. Die Berechnung der Sonneneinstrahlung über die Zeit gibt den Klimatologen eine Vorstellung von der Strahlungsleistung, die zur Verfügung steht, um die Erwärmung und Abkühlung der Erde zu erzwingen.