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Reinhardt Behm (18.03.2015, 07:04)
On 18.03.2015 19:28, J J Panury wrote:
> Ich habe versucht, die Sache mit der Schwarzkörperstrahlung wenigstens
> ein bisschen zu verstehen.
> Wahrscheinlich ohne Erfolg.
> Kann man sagen, die auf einen "Körper" auftreffende
> (Strahlungs)Energie werde zum Teil absorbiert, zum Teil reflektiert?
> Und: Ein Drittes gibt es nicht?
> Und der berühmte ideale schwarze Körper ist also einer, der *alle*
> Energie absorbiert, nichts reflektiert.


Richtig

> Jetzt verstehe ich es so: Da die Energie in dem Körper nicht einfach
> annihiliert wird, muss sie irgendwo bleiben, sich bemerkbar machen.
> Der Körper ist also als ganzer auf einem sagenwir "angeregten"
> Energieniveau.


Das ist - bei Vernachlässiggung von Quanteneffekten - einfach Wärme,
also erhöht sich seine Temperatur.

> Hier kommt dann die Frage des Energiegefälles ins
> Spiel, nämlich bezüglich der Umgebung des Körpers: Der Körper gibt
> Energie ab, "strahlt".


Falsch. Es hat nichts mit einem Eneriegefälle zur Umgebung zu tun. Jeder
Körper strahlt, der ideale schwarze strahlt alles vollständig ab, andere
absorbieren auch wieder einen teil - übrigens den gleichen Anteil wie
bei einfallender Strahlung.

> Diese Strahlung des Körpers - und das ist die Frage bzw. der Punkt,
> den ich nach wie vor nicht verstehe - : ist die in ihrer "spektralen"
> Struktur *unabhängig* von der "spektralen Struktur" der absorbierten
> Strahlung? *Abhängig* wäre sie im Fall der Reflektion, klar.
> Aber die Strahlung des schwarzen Körpers infolge Ungleichgewicht (zur
> Umgebung) ist ja die Abgabe vorher absorbierter Energie.
> Der (schwarze) Körper strahlt also Energie ab - in Form von
> EM-Strahlung unterschiedlichster Frequenzen. Je nachdem, auf welchem
> Niveau sich das Gleichgewicht befindet, liegt das Intensitätsmaximum
> der Abstrahlung auf einem charakteristischen Frequenzband. Richtig?


Frequezband ist falsch. Er strahlt auf allen Frequenzen - nur
unterschiedlich stark. Das Maximum liegt bei einer seiner Temperatur
proportionalen Frequenz.
<https://de.wikipedia.org/wiki/Wiensches_Verschiebungsgesetz>

> Der Körper strahlt, solange ein Energiegefälle zur Umgebung besteht -
> richtig?


Falsch, siehe oben. Im Temperaturgleichgewicht ist aber die absorbierte
gleich der emittierten Energie (genauer gesagt Leistung).

> Jetzt eine Frage:
> Wenn ein realer Körper, sagen wir ein Stück Stahl, erwärmt wird, wird
> er, sofern nicht andere - chemische - Reaktionen in Gang kommen, so
> und so "hell" glühen. Beim Stahl ist das anfangs Rotglut. Warum ist
> das rot? Und wenn es dann heißer wird, geht die Glut ja nicht durch
> alle Spektralfarben, Richtung kürzere Wellenlängen; sondern wird
> heller, "weißer".


Die Verteilung der Strahlungsenegie hat einen (unendlich langen)
"Schwanz" zu höheren Frequenzen. Bei niedriger Temperatur ist der im
sichtbaren Bereich aber so schwach, dass man nichts sieht. Irgendwann
wird der Rot-Anteil so groß, dass man in sieht. Gelb bis Blau ist da
noch relativ klein.
Wird es noch wärmer, werden immer mehr auch die gelben und blauen
sichtbar Anteile und ergeben zusammen einen Weiß-Eindruck.
Selbst bei weiß-glühendem Stahl ist das Maximum der Strahlung noch weit
im unsichtbaren Infrarot. Z.b. ist es erst bei ca 4000°C im Grün.

> Ist vielleicht, als "Farbe" betrachtet, jede Wellenlänge "weiß", wenn
> nur die Intensität groß genug ist? (Und überhaupt "Intensität": Ist
> das, einfach so, mit "Amplitude" zu übersetzen?)


Falsch.

> Heißt also "weiß" nicht unbedingt und immer "Mischung aller sichtbarer
> Wellenlängen", sondern kann auch "so und so große Intensität"
> bedeuten?


Der Farbeindruck hat nichts mit der Intensität zu tun. Außer, dass Du
bei zuwenig Intensität keine Farben mehr siehst (Die berühmten grauen
Katzen bei Nacht). Aber das ist ein Thema der Physiologie ds Auges. Die
Farbrezeptoren sind unempfindlicher als die Helligkeitsrezeptren.

Auf Deutsch: Ich komme mit der Weiß-Dualität nicht richtig
[..]
> Hauptfrage ist hier für mich erstmal die "spektrale"
> Ähnlichkeit/Unähnlichkeit von absorbierter und abgestrahlter Energie
> eines Schwarzen Strahlers.


Wie oben beschrieben, hängt die Energieverteilung über der Frequenz nur
von der Temperatur des Strahlers ab. Wenn die Umgebung auch
Schwarzkörper-Verhalten hat und im Temperatur-Gleichgewicht ist, dann
sind auch deren Spektrum gleich.

Verwirrend kann sein, dass beim Wahrnehmen der Strahlung duch unser Auge
auch dessen Physiologie eine wichtige Rolle spielt.
J J Panury (18.03.2015, 13:28)
Ich habe versucht, die Sache mit der Schwarzkörperstrahlung wenigstens
ein bisschen zu verstehen.

Wahrscheinlich ohne Erfolg.

Kann man sagen, die auf einen "Körper" auftreffende
(Strahlungs)Energie werde zum Teil absorbiert, zum Teil reflektiert?
Und: Ein Drittes gibt es nicht?

Und der berühmte ideale schwarze Körper ist also einer, der *alle*
Energie absorbiert, nichts reflektiert.

Jetzt verstehe ich es so: Da die Energie in dem Körper nicht einfach
annihiliert wird, muss sie irgendwo bleiben, sich bemerkbar machen.
Der Körper ist also als ganzer auf einem sagenwir "angeregten"
Energieniveau. Hier kommt dann die Frage des Energiegefälles ins
Spiel, nämlich bezüglich der Umgebung des Körpers: Der Körper gibt
Energie ab, "strahlt".
Diese Strahlung des Körpers - und das ist die Frage bzw. der Punkt,
den ich nach wie vor nicht verstehe - : ist die in ihrer "spektralen"
Struktur *unabhängig* von der "spektralen Struktur" der absorbierten
Strahlung? *Abhängig* wäre sie im Fall der Reflektion, klar.
Aber die Strahlung des schwarzen Körpers infolge Ungleichgewicht (zur
Umgebung) ist ja die Abgabe vorher absorbierter Energie.
Der (schwarze) Körper strahlt also Energie ab - in Form von
EM-Strahlung unterschiedlichster Frequenzen. Je nachdem, auf welchem
Niveau sich das Gleichgewicht befindet, liegt das Intensitätsmaximum
der Abstrahlung auf einem charakteristischen Frequenzband. Richtig?

Der Körper strahlt, solange ein Energiegefälle zur Umgebung besteht -
richtig?

Jetzt eine Frage:
Wenn ein realer Körper, sagen wir ein Stück Stahl, erwärmt wird, wird
er, sofern nicht andere - chemische - Reaktionen in Gang kommen, so
und so "hell" glühen. Beim Stahl ist das anfangs Rotglut. Warum ist
das rot? Und wenn es dann heißer wird, geht die Glut ja nicht durch
alle Spektralfarben, Richtung kürzere Wellenlängen; sondern wird
heller, "weißer".
Ist vielleicht, als "Farbe" betrachtet, jede Wellenlänge "weiß", wenn
nur die Intensität groß genug ist? (Und überhaupt "Intensität": Ist
das, einfach so, mit "Amplitude" zu übersetzen?)
Heißt also "weiß" nicht unbedingt und immer "Mischung aller sichtbarer
Wellenlängen", sondern kann auch "so und so große Intensität"
bedeuten? Auf Deutsch: Ich komme mit der Weiß-Dualität nicht richtig
klar: "Weiß" einmal als unbunter Farbwert maximaler Sättigung, zum
anderen als Folge(?) so und so hoher Energiedichte(?)/
Strahlungsdichte(?) des schwarzen Strahlers.

Ich habe über Farbe und Farbenlehre mehr als nur einen WP-Artikel
gelesen, und je mehr ich gelesen hatte, desto stärker war/ist der
Eindruck, dass es da "lose Enden" gibt, dass da noch nicht fertig
geforscht ist.
Nun ist aber die Strahlung eines schwarzen Körpers auch nicht gerade
die "Musterdisziplin" der Farbenlehre.

Hauptfrage ist hier für mich erstmal die "spektrale"
Ähnlichkeit/Unähnlichkeit von absorbierter und abgestrahlter Energie
eines Schwarzen Strahlers.
Norbert Heß (18.03.2015, 14:38)
Am 18.03.2015 um 12:28 schrieb J J Panury:
> Ich habe versucht, die Sache mit der Schwarzkörperstrahlung wenigstens
> ein bisschen zu verstehen.
> Wahrscheinlich ohne Erfolg.
> Kann man sagen, die auf einen "Körper" auftreffende
> (Strahlungs)Energie werde zum Teil absorbiert, zum Teil reflektiert?
> Und: Ein Drittes gibt es nicht?


Doch, transmittieren, d.h. durchlassen (z.B. Glas)

> Und der berühmte ideale schwarze Körper ist also einer, der *alle*
> Energie absorbiert, nichts reflektiert.


Richtig. Und auch nichts transmittiert.
> Jetzt verstehe ich es so: Da die Energie in dem Körper nicht einfach
> annihiliert wird, muss sie irgendwo bleiben, sich bemerkbar machen.
> Der Körper ist also als ganzer auf einem sagenwir "angeregten"
> Energieniveau. Hier kommt dann die Frage des Energiegefälles ins
> Spiel, nämlich bezüglich der Umgebung des Körpers: Der Körper gibt
> Energie ab, "strahlt".


Der Körper kann mit der absorbierten Energie verschiedenes anfangen:
- Es können chemische Reaktionen angestoßen werden (z.B. Chlorophyll)
- Es können elektrische Spannungen induziert werden (z.B. Antenne)
- Oft erwärmt sich der Körper einfach.
Erst diese Eigenerwärmung führt zu der von Dir erwähnten Abstrahlung.

> Diese Strahlung des Körpers - und das ist die Frage bzw. der Punkt,
> den ich nach wie vor nicht verstehe - : ist die in ihrer "spektralen"
> Struktur *unabhängig* von der "spektralen Struktur" der absorbierten
> Strahlung? *Abhängig* wäre sie im Fall der Reflektion, klar.


Ja, das Abgestrahlte ist spektral unabhängig vom Eingestrahlten.
Das Abgestrahlte folgt dem Planckschen Strahlungsgesetz, hängt also nur
von der Eigentemperatur des Körpers und seinem (wellenlängenabhängigen)
Emissionsgrad ab.

> Aber die Strahlung des schwarzen Körpers infolge Ungleichgewicht (zur
> Umgebung) ist ja die Abgabe vorher absorbierter Energie.
> Der (schwarze) Körper strahlt also Energie ab - in Form von
> EM-Strahlung unterschiedlichster Frequenzen. Je nachdem, auf welchem
> Niveau sich das Gleichgewicht befindet, liegt das Intensitätsmaximum
> der Abstrahlung auf einem charakteristischen Frequenzband. Richtig?


Ja. Die Plancksche Strahlungskurve hat ein temperaturabhängiges Maximum
(Stichwort: Wienscher Verschiebungssatz).

> Der Körper strahlt, solange ein Energiegefälle zur Umgebung besteht -
> richtig?


Er strahlt immer, wenn T > 0 K. Aber auch die Umgebung strahlt.
Wenn beide gleich viel hin und her strahlen, ist der
"Nettostrahlungsfluß" gleich Null und man hat ein "Strahlungsgleichgewicht".

> Jetzt eine Frage:
> Wenn ein realer Körper, sagen wir ein Stück Stahl, erwärmt wird, wird
> er, sofern nicht andere - chemische - Reaktionen in Gang kommen, so
> und so "hell" glühen. Beim Stahl ist das anfangs Rotglut. Warum ist
> das rot? Und wenn es dann heißer wird, geht die Glut ja nicht durch
> alle Spektralfarben, Richtung kürzere Wellenlängen; sondern wird
> heller, "weißer".


Es wird auch etwas "bläulicher". Siehe "Plancksches Strahlungsgesetz"
bei Tante Wiki. Da gibt es recht informative Bildchen.

> Ist vielleicht, als "Farbe" betrachtet, jede Wellenlänge "weiß", wenn
> nur die Intensität groß genug ist? (Und überhaupt "Intensität": Ist
> das, einfach so, mit "Amplitude" zu übersetzen?)
> Heißt also "weiß" nicht unbedingt und immer "Mischung aller sichtbarer
> Wellenlängen", sondern kann auch "so und so große Intensität"
> bedeuten? Auf Deutsch: Ich komme mit der Weiß-Dualität nicht richtig
> klar: "Weiß" einmal als unbunter Farbwert maximaler Sättigung, zum
> anderen als Folge(?) so und so hoher Energiedichte(?)/
> Strahlungsdichte(?) des schwarzen Strahlers.


Nein, nein, weiß bleibt weiß bleibt weiß, wie Du richtig sagtest:
"Mischung aller sichtbarer Wellenlängen" (gleiche Mischanteile).
Intensität hat auf Farbe keine Einfluß.
Aber das Wesen des Planckschen Strahlungsgesetzes bringt es mit sich,
daß beim Durchlaufen der Temperaturen nur bestimmte Mischungen entstehen
können. Schau Dir das letzte Bild bei Tante Wiki an:
- bei 1000 K hat man fast kein Blau -> Rotglut
- bei 3000 K überwiegt noch rot und gelb -> Gelbglut
- bei 5777 K hat man "fast" gleiche Anteile -> Weißglut
- bei 10000 K überwiegt zwar blau, aber nicht in dem Ausmaß, wie bei
1000 K das Rot überwog. Auch bei noch höheren Temperaturen wird es beim
Farbeindruck "helles Weiß mit leichtem Blauschimmer" bleiben.

Übrigens gibt es deshalb auch keine "Grünglut".
Das Maximum der Planckkurve durchläuft zwar bei steigender Temperatur
das visuelle Spektrum, der von uns wahrgenommene Farbeindruck entspricht
aber nicht den Regenbogenfarben.

> Ich habe über Farbe und Farbenlehre mehr als nur einen WP-Artikel
> gelesen, und je mehr ich gelesen hatte, desto stärker war/ist der
> Eindruck, dass es da "lose Enden" gibt, dass da noch nicht fertig
> geforscht ist.


Eigentlich ist das Emissionsspektrum thermisch strahlender Körper seit
über 100 Jahren recht gut bekannt (Planck, Einstein, Wien, Nobelpreise
1911, 1918, 1921). Alle Wärmebildkameras und Infrarot-Thermometer
basieren auf diesen Erkenntnissen: Aus der Menge der Infrarotstrahlung,
die ein Körper abstrahlt, kann man recht gut auf seine Temperatur
schließen, wenn man seinen Emissionsgrad kennt.

> Nun ist aber die Strahlung eines schwarzen Körpers auch nicht gerade
> die "Musterdisziplin" der Farbenlehre.


Da hast Du recht. "Farbenlehre" ist eher für Künstler, Maler und andere
Ästheten nützlich.

> Hauptfrage ist hier für mich erstmal die "spektrale"
> Ähnlichkeit/Unähnlichkeit von absorbierter und abgestrahlter Energie
> eines Schwarzen Strahlers.


Flapsig könnte man sagen, alle absorbierte Strahlung wird erstmal in
einem Topf "verrührt", genannt "Eigentemperatur des Körpers". Nach
dieser Temperatur richtet sich dann das Spektrum der thermisch
abgestrahlten Energie.
J J Panury (19.03.2015, 19:02)
Reinhardt Behm <rbehm> schrieb:

>On 18.03.2015 19:28, J J Panury wrote:
>Richtig
>Das ist - bei Vernachlässiggung von Quanteneffekten - einfach Wärme,
>also erhöht sich seine Temperatur.
>Falsch. Es hat nichts mit einem Eneriegefälle zur Umgebung zu tun. Jeder
>Körper strahlt, der ideale schwarze strahlt alles vollständig ab, andere
>absorbieren auch wieder einen teil - übrigens den gleichen Anteil wie
>bei einfallender Strahlung.


Das habe ich nicht verstanden. Was heißt da jetzt "auch wieder"?

Und der ideale Schwarze Strahler: Wenn er alles vollständig wieder
abstrahlt, kann er ja nicht wärmer werden.
Er wird aber ja wärmer.
Wo, genau, ist die Grenze zwischen "eigener" Wärme eines Körpers - -
und seiner Abstrahlung? Ich denke, dass da keine scharfe Grenze
ziehbar ist.
Man könnte vielleicht sagen, dass die Oberfläche (was auch immer,
genau, das sei) des Körpers eine Art Grenze bilde.
Aber da wird das knifflig.
Wärme i.e.S. gibt es doch - so verstehe ich es - nur als Zustand
(nicht: Eigenschaft) von Materie. Einen bestimmten Wärmezustand
erreicht ein Stück Materie durch Absorption von EM-Strahlung.
EM-Strahlung für sich gesehen ist *nicht* "warm" oder "Wärme",
richtig? EM-Strahlung wird nach Welleneigenschaften beschrieben,
Frequenz, Amplitude und so.
Der Wärme eines Materiekörpers ist aber nicht abzusehen, durch welche
EM-Strahlungsfrequenzen sie entstanden ist - richtig?

>Falsch, siehe oben. Im Temperaturgleichgewicht ist aber die absorbierte
>gleich der emittierten Energie (genauer gesagt Leistung).


Im Gleichgewicht findet also doch was statt? Warum?

>Wird es noch wärmer, werden immer mehr auch die gelben und blauen
>sichtbar Anteile und ergeben zusammen einen Weiß-Eindruck.
>Selbst bei weiß-glühendem Stahl ist das Maximum der Strahlung noch weit
>im unsichtbaren Infrarot. Z.b. ist es erst bei ca 4000°C im Grün.


Und der Farbeindruck ist trotzdem nicht grün, weil auch noch sehr viel
gelb und blau dabei ist, ja? (Denn von "Grünglut" habe ich noch nie
gehört.)
Hans-Peter Diettrich (19.03.2015, 22:04)
J J Panury schrieb:

> Und der ideale Schwarze Strahler: Wenn er alles vollständig wieder
> abstrahlt, kann er ja nicht wärmer werden.
> Er wird aber ja wärmer.


Die Abstrahlung hängt doch von seiner Temperatur ab. Wenn er nur
abstrahlen würde, dann würde er im gleichen Maß auch kälter. Die
Differenz zwischen Ein- und Abstrahlung erhöht oder verringert die
Temperatur des schwarzen Strahlers, bis alles wieder im Gleichgewicht ist.

DoDi
Reinhardt Behm (20.03.2015, 06:36)
J J Panury wrote:

> Reinhardt Behm <rbehm> schrieb:
> Das habe ich nicht verstanden. Was heißt da jetzt "auch wieder"?


Der nicht ganz schwarze absorbiert eben auch einen Teil seiner emittierten
Strahlung. D.h., ein teilverlässt ih n gar nicht.

> Und der ideale Schwarze Strahler: Wenn er alles vollständig wieder
> abstrahlt, kann er ja nicht wärmer werden.


Die absorbierte Strahlung hängt von der Temperatur der Umgebung ab, die
emittierte von der eigenen Temperatur. Wenn wir mal annehmen die Umgebung
wäre auch "schwarz", dann steigt jeweils die Strahlungsleistung mit der
Temperatur. Wenn der Körper kälter als die Umgebung ist, emittiert er
weniger als er absorbiert. Deshalb erwärmt er sich.

[..]
> Frequenz, Amplitude und so.
> Der Wärme eines Materiekörpers ist aber nicht abzusehen, durch welche
> EM-Strahlungsfrequenzen sie entstanden ist - richtig?


Richtig. Sie muss ja noch nicht von durch absorbierter Strahlung kommen.
Wenn die Strahlung absorbiert und zu Wärme wurde, ist jedwede Information
über die Ursache verschwunden.
>>Falsch, siehe oben. Im Temperaturgleichgewicht ist aber die absorbierte
>>gleich der emittierten Energie (genauer gesagt Leistung).

> Im Gleichgewicht findet also doch was statt? Warum?


Weil halt jeder Körper entsprechend seiner Temperatur strahlt.

> Und der Farbeindruck ist trotzdem nicht grün, weil auch noch sehr viel
> gelb und blau dabei ist, ja? (Denn von "Grünglut" habe ich noch nie
> gehört.)


Richtig. Bei 4000°C ist im ganzen sichtbaren Spektrum was da, nur das
Maximum liegt im Grün. Die Spektrum hat zwar eigentlich eine ausgeprägtes
Maximum aber es ist sehr breit. Und wir sehen ja gerade mal ein Oktave des
Spektrums.
Gregor Scholten (21.03.2015, 00:13)
Am 19.03.2015 um 18:02 schrieb J J Panury:

[..]
> Wärme i.e.S. gibt es doch - so verstehe ich es - nur als Zustand
> (nicht: Eigenschaft) von Materie. Einen bestimmten Wärmezustand
> erreicht ein Stück Materie durch Absorption von EM-Strahlung.


Du scheinst davon auszugehen, dass Wärme eine Zustandsgröße sei, man
also davon sprechen könne, dass ein Körper eine bestimmte Wärme besitze.
Dem ist aber nicht so, zumindest nicht, wenn man mit Wärme das meint,
was man in der Thermodynamik als Wärme bezeichnet. Ein thermodynamisches
System kann Wärme mit seiner Umgebung bzw. mit einem anderen System
austauschen, ihm kann jedoch keine Wärme zugeschrieben werden. Das
äußert sich z.B. darin, dass ein System Wärme aufnehmen und anschließend
in seinen Anfangszustand zurückkehren kann, ohne diese Wärme wieder
abzugeben.

Was dagegen sehr wohl eine Zustandsgröße ist, ist die innere Energie
eines Systems. Diese kann sich z.B. dadurch ändern, dass dem System
Wärme zugeführt wird. Die innere Energie kann anschließend wieder auf
den Anfangswert, also den Wert vor der Wärmezufuhr, gebracht werden,
ohne dass eine gleich große Menge an Wärme vom System abgeführt wird,
und zwar indem das System Arbeit verrichtet. Die entsprechende Formel lautet

dU = delta_Q - delta_W

Dabei ist dU die Änderung der inneren Energie U, delta_Q die dem System
zugeführte Wärme (wenn Wärme abgeführt wird, ist delta_Q < 0) und
delta_W die vom System verrichtete Arbeit. Arbeit ist ebenso wie Wärme
keine Zustandsgröße: ein System kann Arbeit verrichten und anschließend
in seinen Anfangszustand zurückkehren, ohne dass es seinerseits eine
gleich große Arbeit verrichten muss. Die vom System verrichtete Arbeit
wird seiner inneren Energie entzogen, dieser Verlust an innerer Energie
kann aber statt durch Verrichten von Arbeit durch die Zufuhr von Wärme
ausgeglichen werden, darauf beruht z.B. eine Wärmekraftmaschine.

Laien sprechen häufig von einer "Wärmeenergie" und meinen damit
eigentlich die innere Energie bzw. einen Teil davon (nämlich denjenigen
Teil, der nur deswegen vorhanden ist, weil die Temperatur des System
höher als 0 K ist). Vielleicht meintest auch du mit "Wärme" hier die
innere Energie. Allerdings wäre deine Aussage dann falsch: nicht nur ein
materielles (aus Atomen bzw. Baryonen und Leptonen zusammengesetztes)
System kann eine innere Energie besitzen, auch dem elektromagnetischen
Strahlungsfeld kommt eine innere Energie zu.

> EM-Strahlung für sich gesehen ist *nicht* "warm" oder "Wärme",
> richtig?


Sie ist (bzw. hat) aus dem genannten Grund keine Wärme, sehr wohl aber
hat sie eine innere Energie. Wenn sich das EM-Strahlungsfeld nahe am
thermodynamischen Gleichgewicht befindet, hat es auch eine Temperatur,
es ist also "warm". Ein beliebtes Beispiel hierfür ist ein Hohlkörper:
das Material des Hohlkörpers sendet aufgrund dessen, dass seine
Temperatur größer als 0 K ist, EM-Strahlung in seinen Innenraum hinein
aus, zugleich absorbiert er EM-Strahlung, die aus dem Innenraum auf
seine Wände trifft. Das Material des Hohlkörpers und das
EM-Strahlungsfeld in seinem Innenraum sind dann miteinander im
Gleichgewicht, beide haben die gleiche Temperatur. Für das
Strahlungsfeld äußert sich das darin, dass seine spektrale
Zusammenesetzung und seine Energiedichte entsprechend dem Planckschen
Strahlungsgesetz durch die Temperatur bestimmt sind.

Das auf der Erde ankommende Licht der Sonne ist dagegen fernab vom
thermodynamischen Gleichgewicht. Seine spektrale Zusammensetzung
entspricht derjenigen, die sich aus dem Planckschen Strahlungsgesetz für
die Oberflächentemperatur der Sonne ergibt, seine Energiedichte ist
jedoch sehr viel niedriger. Das hängt damit zusammen, dass die
Lichtabstrahlung von der Sonne in den umgebenden Weltraum ein
Nichtgleichgewichtsprozess ist: die Sonnenoberfläche ist sehr viel
wärmer (hat eine wesentlich höhere Temperatur) als der umgebende
Weltraum. Deshalb kann man dem Sonnenlicht auch keine Temperatur
zuschreiben. Das gilt übrigens auch für materielle Systeme: nur nahe am
Gleichgewicht ist eine Temperatur definiert.

Nur unmittelbar oberhalb der Sonnenoberfläche ist das Sonnenlicht nahe
am Gleichgewicht.

> EM-Strahlung wird nach Welleneigenschaften beschrieben,
> Frequenz, Amplitude und so.


Und so schließt u.a. die Energiedichte mit ein. Wenn sich EM-Strahlung
nahe am Gleichgewicht befindet, dann kann man ihr eine Temperatur
zuschreiben, durch die die spektrale Zusammensetzung (also welche
Frequenzen wie hohe Anteile haben) und die Energiedichte bestimmt werden.

> Der Wärme eines Materiekörpers ist aber nicht abzusehen, durch welche
> EM-Strahlungsfrequenzen sie entstanden ist - richtig?


Wenn ich mal den unzutreffenden Begriff "Wärme" durch innere Energie
oder Temperatur ersetze: richtig, wenn einem Körper Energie durch
EM-Strahlung zugeführt wurde und seine Temperatur dadurch zugenommen
hat, dann ist weder aus der inneren Energie noch aus der Temperatur
ersichtlich, wie die spektrale Zusammensetzung der absorbierten
EM-Strahlung gewesen ist. Es sei denn, man weiß, dass der Körper mit
einem EM-Strahlungsfeld im Gleichgewicht steht (siehe das
Hohlkörper-Beispiel), dann folgt aus der Temperatur die spektrale
Zusammensetzung der Strahlung.

Absorbiert ein Körper EM-Strahlung fernab des Gleichgewichts (z.B.
Sonnenlicht), so nimmt er dadurch auch zunächst einen
Nichtgleichgewichtszustand ein, in dem er keine wohldefinierte
Temperatur hat. Allerdings wird er sich alsbald wieder einem
Gleichgewichtszustand annähern - dann hat er auch wieder eine
Temperatur. Die höher sein wird als vor der Absorption der Strahlung.
Stefan Ram (21.03.2015, 01:46)
Gregor Scholten <g.scholten> writes:
>Laien sprechen häufig von einer "Wärmeenergie" und meinen damit
>eigentlich die innere Energie bzw. einen Teil davon (nämlich denjenigen
>Teil, der nur deswegen vorhanden ist, weil die Temperatur des System
>höher als 0 K ist). Vielleicht meintest auch du mit "Wärme" hier die
>innere Energie.


Auch die Entropie kommt als Präzisierung des Begriffs »Wärme«
in Frage. Sie ist immerhin mengenartig und genügt einem
»halben Erhaltungssatz«, außerdem ist sie die extensive Größe
der Energieform »Wärmeenergie«.

>>EM-Strahlung für sich gesehen ist *nicht* "warm" oder "Wärme",
>>richtig?

>Sie ist (bzw. hat) aus dem genannten Grund keine Wärme, sehr wohl aber


Ein heißer Körper enthält viel Entropie. Kühlt dieser nun durch
Abgabe von Strahlung ab, so vermindert sich seine Entropie.
Irgendwo muß sie dann aber sein, nämlich im Strahlungsfeld!
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