ZUKUNFT LICHT — Wie wird aus Licht Zukunft?

Strahlung bezeichnet sich ausbreitende Elementarteilchen oder Wellen. Wir werden uns in diesem Beitrag insbesondere mit der Infrarotstrahlung beschäftigen.

Das Infrarot im Spektralbereich mit einer Wellenlänge λ von ca. 780 nm bis 1mm, d.h. es schließt sich direkt dem sichtbaren Bereich an und ist somit langwelliger als dieser und es wird von den Mikrowellen begrenzt. Es wird in drei Abschnitte geteilt: Nahes-, Mittleres- und Fernes-Infrarot. Viele bekannte Physiker, wie Max Planck oder auch Wilhelm Wien beschäftigten sich mit der Infrarotstrahlung und versuchten Formeln zur Berechnung verschiedenster Größen, wie Abhängigkeiten der Wellenlängen, Energie und Temperaturen zu bestimmen.

Das Rayleigh-Jeans-Gesetz liefert zwar brauchbare Werte für hohe Temperaturen und große Wellenlängen, aber bei kleinen Wellenlängen versagen seine Werte.

Das wiensche Strahlungsgesetz hingegen gibt gute Messwerte bei großen Wellenlängen und somit großen Frequenzen an. Jedoch sagt seine Formel eine begrenzte Strahlungsstärke für steigende Temperaturen voraus. Dies widerspricht den Beobachtungen von Jeans.

Im Jahr 1900 korrigierte Max Planck diesen Fehler. Er entwickelte das Plancksche Strahlungsgesetz, welches als Geburtsstunde der Quantenphysik bezeichnet wird und die beiden vorherigen Ausführungen zusammenfasst. Hierbei werden die Messergebnisse in sehr guter Form beschrieben. Bereits am 14.Dezember 1900 konnte er eine theoretische Herleitung des Strahlungsgesetzes geben. Dazu musste er allerdings die von ihm bisher abgelehnt statistische Mechanik des österreichischen Physikers Ludwig Boltzmann verwenden.

Die abgestrahlte Energie eines Körpers hängt von der Temperatur ab. Nach Stefan-Boltzmann lässt sich die Strahlungsleistung mit :

P= б*A*T^ 4. (б…Stefan-Boltzmann-Konstante (Sigma))

messen.

Mit dem Stefan-Boltzmann-Gesetz lässt sich die Oberflächentemperatur eines Körpers bestimmen. Die Intensität der von dem Körper ausgehenden Strahlung wird gemessen. Die Strahlungsintensität des schwarzen Körpers wächst mit der vierten Potenz der Temperatur.

Wie hängt die elektromagnetische Strahlung, die ein schwarzer Körper im thermodynamischen Gleichgewicht abstrahlt, von der Frequenz der Strahlung und der Temperatur des Körpers ab?

E= h*f = h*c/ λ (f…Frequenz, h…Plancksches Wirkungsquantum)

Mit dieser Formel wir die Energie des Lichtes berechnet. Verdoppelt sich beispielsweise die Wellenlänge, so halbiert sich die Energie.

Ursachen für das elektrische Feld:

Ein elektrisches Feld ist ein Raum um einen elektrisch geladenen Körper, in dem auf andere elektrisch geladene Körper Kräfte ausgeübt werden. Durch Ladungsträgerunterschiede in der p- und n-Schicht entsteht eine Spannung.

von Franziska Dzial und Desirèe Langer