Wärmestrahlung

Wie entsteht Wärmestrahlung?

Jeder Körper mit einer ausreichend hohen Temperatur erzeugt Wärmestrahlung. Das gilt für die Sonne, die wichtigste Quelle für Wärmestrahlung, genauso wie für Heizkörper und in einem geringen Maße auch für Menschen. Dabei gilt immer: Je höher die Temperatur des Ausgangskörpers, desto intensiver die Wärmestrahlung. Das Grundprinzip ist dabei immer dasselbe: Ein Körper sendet Infrarotstrahlung aus, die nicht sichtbar, aber in Form von Wärme wahrnehmbar ist.

Regeln der Wärmestrahlung

Egal von welcher Quelle die Wärmestrahlung ausgesendet wird: Trifft sie auf andere Körper, wird sie teilweise reflektiert, teilweise aufgenommen und teilweise durchgelassen. Wieviel Energie absorbiert, weitergeleitet oder abgewiesen wird, ist abhängig von der Materie, auf die sie trifft. Die wichtigsten Faktoren sind hierbei:

• Beschaffenheit der Oberfläche
• Dicke des Körpers
• Stoff, aus dem der Körper besteht

Eine der Eigenschaften von Wärmestrahlung ist beispielsweise, dass sie von rauen, dunklen Flächen stark absorbiert und sehr schwach reflektiert wird. Ist eine Oberfläche glatt und weiß, reflektiert sie hingegen viel Infrarotstrahlung und nimmt wenig auf.

Allerdings bedeutet das nicht, dass jede weiße Oberfläche Infrarotstrahlung größtenteils reflektiert. Die beiden anderen Faktoren – die Dicke des Körpers und der Stoff, aus dem er besteht – beeinflussen die Aufnahme der Wärme auch. Schnee beispielsweise nimmt viel Infrarotstrahlung von der Sonne auf und gibt sie nachts im gleichen Maße ab. Dieser Prozess folgt dem Gesetz: Je höher die Absorption, desto größer die Emission der Wärme.

Ebenfalls ausschlaggebend für die Wirkung der Wärmestrahlung ist der Winkel, in dem die Quelle zu dem physischen Körper steht, auf den die Infrarotstrahlung trifft: Beträgt der Winkel, in dem die Strahlung auf ein Objekt trifft, 90 Grad, wird dabei mehr Wärme übertragen als bei der Einstrahlung in einem flacheren Winkel. Zu beobachten ist dieser Effekt an den Temperaturunterschieden zwischen Sommer und Winter, die durch den Neigungswinkel der Erde entstehen.

Beispiele für die Nutzung von Wärmestrahlung

Sonnenkollektoren und Solarzellen nutzen die Energie, die aus der Wärmestrahlung der Sonne entsteht. Sie sind oft schwarz, damit sie die Energie besonders gut absorbieren können. Auch Heizkörper nutzen Wärmestrahlung, um die Temperatur in Räumen zu erhöhen.

Umgang mit unerwünschter Wärmestrahlung

Wer heiße Getränke möglichst lang warmhalten möchte, der nutzt eine Thermoskanne, die mit ihren isolierenden Schichten die Wärmestrahlung des Getränks reflektiert. Die Farbe Weiß wird oft für Hauswände oder Kühlwagen gewählt, weil sie bei der richtigen Oberflächenbeschaffenheit die Infrarotstrahlung der Sonne reflektiert. Auch beim Hausbau und der Renovierung alter Gebäude ist Wärmestrahlung ein Thema: Eine gute Isolierung hilft, Wärme im Gebäude zu halten, was langfristig den Energieverbrauch eines Hauses senkt.

Zu einem Problem wird die Wärmestrahlung, wenn die Wärme nicht entweichen kann. Dieses Phänomen spielt zum Beispiel bei der globalen Erwärmung eine Rolle: Treibhausgase in der Atmosphäre hindern die von der Erde reflektierte Sonnenwärmestrahlung daran, die Lufthülle der Erde zu durchdringen. Die Wärme kann dadurch nicht entweichen, die Atmosphäre heizt sich auf. Eigentlich handelt es sich dabei um einen natürlichen Prozess, der das Leben auf der Erde erst möglich macht. Aber indem der Mensch Treibhausgasemissionen verursacht, zum Beispiel durch den internationalen Flugverkehr, verstärkt er diesen Effekt. Je mehr Treibhausgase wie CO2 in die Atmosphäre gelangen, desto stärker steigt die Temperatur – die Folge ist eine globale Klimaerwärmung.