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Diese Seite beschreibt den Zusammenhang von Emission , Absorption und Selektivität.Zusammenhang von Emission und AbsorptionDer Zusammenhang von Emission und Absorption soll an zwei sich gegenüber stehenden Flächen erklärt werden. Die abgestrahlte WärmeEnergie ist abhängig von der OberflächenBeschaffenheit, welche den Emissions- bzw Absorptionsgrad bestimmt, und der KörperTemperatur. 1. Gleiche Oberflächen: E1 = E2 = 1gleiche KörperTemperatur: T1 = T2 = 70 °C
Absorbiert ein Schwarzer Körper die Strahlung, so wandelt die OberFäche die elektromagnetische StrahlungsEnergie in WärmeEnergie um, der Körper wird warm. Dieser Vorgang spielt sich von links nach rechts und umgekehrt ab. Beide Körper sind schwarz, sie emittieren die maximal mögliche Energie = 100%. Da beide Körper auch gleich hohe Temperatur = EnergieNiveau haben, emittieren und absorbieren sie gleich viel Energie. Daher bleibt die Temperatur links und rechts gleich groß. Annahme: E ungleich A Wäre jedoch bei gleicher OberflächenFarbe und gleicher AnfangsTemperatur der Emissionsgrad ungleich dem Absorptionsgrad, z.B. E =1 aber A = 0,80, würde zwar 100% Energie abgestrahlt, aber die gegenüber liegende Fläche würde nur z.B. 80% der Energie absorbieren. So würde die linke als auch die rechte Fläche mit der Zeit kälter, da für beide Flächen eine negative EnergieBilanz entstehen würde: Abgegeben Energie > aufgenommene Energie. Dieses ist unmöglich, denn wo sollte die Energie bleiben? Es besteht in der Natur immer ein statisches oder dynamisches GleichGewicht. Ein Körper mit guter AbsorptionsEigenschaft strahlt (bei gleicher WellenLänge) auch die Energie genau so gut wieder ab: Der EmissionsGrad ist gleich dem AbsorptionsGrad: E = A
2. UnGleiche Oberflächen: E1 = 1, E2 = 0,5gleiche KörperTemperatur: T1 = T2 = 70 °CDas Bild zeigt die Ausgangssituation:
Stehen sich zwei Körper mit unterschiedlichem EmissionsGrad aber gleicher Temperatur gegenüber, so gibt die linke Fläche, schwarz, mit dem besseren EmissionsGrad 100% Energie ab, die rechte, grau, gibt bei gleicher Temperatur nur 50% ab.
Betrachtet man die Absorption, so nimmt die linke, schwarze Fläche die auftreffende Strahlung vollkommen auf, die rechte, graue Fläche jedoch nimmt von den 100% nur 50% auf, der Rest wird wieder reflektiert.( Kirchhoff'sches StrahlungsGesetz ) Die linke Oberfläche absorbiert 50% der emittierten StrahlungsEnergie der rechten Fläche und die 50% reflektierte eigene Energie. Dieses gilt auch für andere Zahlenverhältnisse. Damit entsteht ein Gleichgewicht der absorbierten und emittierten Strahlung. Wären diese Verhältnisse nicht so, würden sich bei gleicher KörperTemperatur manche Körper enorm aufheizen und andere abkühlen. Ein Leben auf dem Planeten wäre undenkbar. Allgemein gilt: Oberflächen mit dem geringeren EmissionsGrad emittieren weniger Energie und absorbieren auch weniger der auftreffenden StrahlungsEnergie.
3. Gleiche Oberflächen: E = A = 1UnGleiche Temperatur: T1 > T2
Beide Oberflächen strahlen maximale StrahlungsEnergie ab, da sie absolut schwarz sind. Die Energie der linken Fläche ist jedoch größer, da die Temperatur höher ist. Die rechte Fläche erhält mehr Energie als sie abgeben muss, sie hat eine positive EnergieBilanz. Die KörperTemperatur wird steigen, bis beide Temperaturen gleich groß sind, weil sich dann ein Gleichgewicht der Strahlung einstellt.
4. Sonne - Kollektor: Ungleiche OberflächeUngleiche Temperaturen
Der Kollektor absorbiert die StrahlungsEnergie mit den relativ kurzen WellenLänge der heißen Quelle Sonne und strahlt selber wegen der geringen Temperatur von ca. 100 °C mit einer relativ langwelligen StrahlungsEnergie wieder ab. Ist der EmissionsGrad der OberFläche bei großen WellenLängen geringer als bei kleinen, so spricht man von einer selektiven Beschichtung bzw Selektivität.Zur WellenLängenAbhängigkeit vergleiche die Diagramme: TransmissionsGrad und Emission
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