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Die Oberflächentemperatur
der Sonne Aus dem Spektrum des Sonnenlichts lassen sich
Aussagen über die Temperatur an der Oberfläche. Hierzu sind die sog.
Strahlungsgesetze nötig. Das
Konzept des schwarzen Strahlers Ein
Körper ändert mit zunehmender Temperatur seine Farbe.
Beispiele:
Herdplatte -
Kerzenflamme - Glühlämpchen - Halogenstrahler - Kohlenbogenlampe An der spektralen Zusammensetzung des Lichts kann
man die Temperatur des strahlenden Körpers erkennen. Außerdem strahlt ein Körper
bei höherer Temperatur auch mehr Energie pro Sekunde ab, d.h. seine
Strahlungsleistung ist größer. Aber nicht jeder Körper zeigt „gutartiges“
Strahlungsverhalten, d.h. er verhält sich nicht nach allgemein zu
formulierenden Gesetzen. Im Rahmen der Astronomie kann man jedoch das Modell
des idealen schwarzen Strahlers
oder schwarzen Körpers auf
die Sonne und dann auf die Sterne anwenden. Ein schwarzer Körper ist ein Körper, der (im thermodynamischen Gleichgewicht) für alle Temperaturen jede
auftreffende Strahlung unabhängig von der Wellenlänge vollständig absorbiert. Ein kleines Loch in einem schwarzen Karton lässt sämtliches Licht
hinein und erscheint viel schwärzer als der
Karton selbst.
Damit ist es
möglich, Aussagen über Oberflächentemperatur, Leuchtkraft usw. abzuleiten.
Umgekehrt wird das Emissionsverhalten des schwarzen
Strahlers alleine durch die Temperatur bestimmt. Kirchhoffsches Gesetz zum Strahlungsverhalten: Emissionsvermögen = Absorptionsvermögen Folgerungen:
Ein schwarzer Körper absorbiert nicht nur ideal, sondern emittiert auch
ideal, Ein schwarzer Strahler (z.B. Teerstrasse) erhitzt sich am Tage sehr
stark, Eine weiße
Fläche erwärmt sich nicht so stark, gibt aber auch nicht so viel
Wärme ab. Versuch:
Strahlungswürfel mit weißer, schwarzer und verspiegelten Flächen Für den schwarzen
Strahler gelten die Strahlungsgesetze: Gesetz von Stefan und Boltzmann L = s A T4 A Oberfläche des schwarzen Körpers,
s= 5,67 10-8
W/m²K4 Stefan-Boltzmann-Konstante Wiensches
Verschiebungsgesetz 2,8978
10-3 mK Wien-Verschiebungskonstante Planckstrahlungsgesetz (siehe evtl. Literatur) Die
Spektrale Verteilung der Intensitäten bei verschiedenen Temperaturen:
Ein Körper mit 7000 K Oberflächentemperatur
strahlt gelblich-weißes Licht mit dem Maximum bei 450 nm ab. Bei 10000 K
erscheint das Spektrum bläulich mit sehr viel UV-Anteil und dem Maximum bei 300
nm. Aus dem Maximum kann mit dem Wienschen Verschiebungsgesetz auf die
Temperatur geschlossen werden. Für die Leuchtkraft einer Kugel mit dem Radius R
gilt: L = s A T4 =
s
4pR2
T4 Aus
der Leuchtkraft und dem Radius kann ebenfalls die Oberflächentemperatur der
Sonne bestimmt werden. Stefan-Boltzmann:
T = 5770 K
Wien: T = 6370 K Wegen
der Absorptionen in der Sonnenatmosphäre kann das Intensitätsmaximum nicht
genau festgestellt werden. Zudem ist die
Sonne nicht genau ein idealer Strahler. |
Disclaimer Eugen und Maria Fornoff 94405 Landau November 2011 |