Was ist Schwarzkörperstrahlung?

Schwarzkörperstrahlung ist die Wärmestrahlung, die von einem Objekt emittiert und nicht 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 nur von seiner Temperatur abhängige Strahlung emittieren. Heiße schwarze Körper würden im Wesentlichen im sichtbaren Bereich des Lichts emittieren und wären daher für den Menschen sichtbar. Kühle schwarze Körper würden hauptsächlich im Infrarotbereich emittieren und für das menschliche Auge unsichtbar werden.

Ein schwarzer Körper ist ein Objekt, das alle einfallende elektromagnetische Strahlung absorbiert. Von der Körperoberfläche wird keine einfallende Strahlung reflektiert. Schwarze Körper existieren nicht in der physischen Welt; sie sind idealisierte Objekte, die für konzeptionelle und theoretische Zwecke verwendet werden. Körper der realen Welt reflektieren immer einen Teil der einfallenden Strahlung, obwohl dieser Betrag variieren kann. Schwarze Körper werden so genannt, weil sie, wenn sie keine einfallenden Lichtwellen reflektiert haben, im kalten Zustand schwarz erscheinen würden.

Alle Objekte, einschließlich schwarzer Körper, emittieren eine Menge an Wärmestrahlung, die von der Temperatur des Objekts abhängt. Tatsächlich ist dieser Betrag der absoluten Temperatur eines Objekts in vierter Potenz proportional. Die Verdoppelung der absoluten Temperatur eines Objekts – zum Beispiel das Drehen eines Ofens von Raumtemperatur auf etwa 600° Fahrenheit (315 ° Celsius) – führt zu 16-mal so viel Wärmestrahlung. Die Gesamtmenge der Wärmestrahlung nimmt daher mit höheren Temperaturen drastisch zu.

Bei Temperaturen unter etwa 900°F (482 °C) liegt die meiste Schwarzkörperstrahlung im Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums. Die Wellenlängen dieser Strahlung liegen außerhalb des Bereichs für die menschliche visuelle Wahrnehmung, was erklärt, warum Menschen nachts keine Objekte mit Raumtemperatur sehen können. Sehr heiße Objekte beginnen jedoch im Wesentlichen im sichtbaren Bereich des Lichts zu emittieren. Dies erklärt, warum Menschen nachts brennendes Holz oder einen entfernten 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 kühle Objekte sehen, weil sie die Schwarzkörperstrahlung heißerer Objekte reflektieren. Ob die sichtbaren Lichtwellen von der Sonne oder einer Glühbirne kommen, sie erreichen unsere Augen erst, wenn sie von einem kühlen Gegenstand reflektiert werden. Ohne diese ursprüngliche Schwarzkörperstrahlung würden kühle Objekte schwarz erscheinen – genau das bemerken Menschen nachts, ohne dass heiße Objekte in Sicht sind. Wenn Menschen im Infraroten sehen könnten, könnten sie sogar Objekte mit Raumtemperatur sehen.