Du lebst in einem erhitzten Universum

Wärmestrahlung klingt wie eine geekige Bezeichnung, die Sie bei einem Physiktest sehen würden. Eigentlich ist es ein Prozess, den jeder erlebt, wenn ein Objekt Wärme abgibt. Es wird in der Technik auch als "Wärmeübertragung" und in der Physik als "Schwarzkörperstrahlung" bezeichnet.

Alles im Universum strahlt Wärme aus. Manche Dinge strahlen viel mehr Wärme aus als andere. Wenn ein Objekt oder ein Prozess über dem absoluten Nullpunkt liegt, gibt es Wärme ab. Angesichts der Tatsache, dass der Raum selbst nur 2 oder 3 Grad Kelvin betragen kann (was verdammt kalt ist!), Erscheint es seltsam, ihn "Wärmestrahlung" zu nennen, aber es ist ein tatsächlicher physikalischer Prozess. 

Wärme messen

Wärmestrahlung kann mit sehr empfindlichen Instrumenten gemessen werden - im Wesentlichen mit High-Tech-Thermometern. Die spezifische Wellenlänge der Strahlung hängt vollständig von der genauen Temperatur des Objekts ab. In den meisten Fällen können Sie die emittierte Strahlung nicht sehen (was wir als "optisches Licht" bezeichnen). Beispielsweise kann ein sehr heißes und energiereiches Objekt im Röntgen- oder Ultraviolettbereich sehr stark strahlen, im sichtbaren (optischen) Licht jedoch möglicherweise nicht so hell erscheinen. Ein extrem energiereiches Objekt kann Gammastrahlen aussenden, die wir definitiv nicht sehen können, gefolgt von sichtbarem oder Röntgenlicht.  

Das häufigste Beispiel für Wärmeübertragung auf dem Gebiet der Astronomie, was Sterne tun, insbesondere unsere Sonne. Sie leuchten und geben unglaubliche Mengen an Wärme ab. Die Oberflächentemperatur unseres Zentralsterns (etwa 6.000 Grad Celsius) ist verantwortlich für die Erzeugung des weißen "sichtbaren" Lichts, das die Erde erreicht. (Die Sonne erscheint aufgrund atmosphärischer Effekte gelb.) Andere Objekte senden ebenfalls Licht und Strahlung aus, darunter Objekte des Sonnensystems (meist Infrarot), Galaxien, die Regionen um Schwarze Löcher und Nebel (interstellare Gas- und Staubwolken).. 

Andere typische Beispiele für Wärmestrahlung in unserem täglichen Leben sind die Heizspulen auf einem Herd, wenn sie erhitzt werden, die erhitzte Oberfläche eines Bügeleisens, der Motor eines Autos und sogar die Infrarotemission des menschlichen Körpers.

Wie es funktioniert

Wenn Materie erwärmt wird, wird den geladenen Teilchen, die die Struktur dieser Materie bilden, kinetische Energie verliehen. Die durchschnittliche kinetische Energie der Partikel ist als die thermische Energie des Systems bekannt. Diese übertragene Wärmeenergie bewirkt, dass die Partikel schwingen und sich beschleunigen, wodurch elektromagnetische Strahlung (die manchmal als Licht bezeichnet wird) erzeugt wird..

In einigen Bereichen wird der Begriff "Wärmeübertragung" verwendet, wenn die Erzeugung von elektromagnetischer Energie (d. H. Strahlung / Licht) durch den Erwärmungsprozess beschrieben wird. Dabei geht es lediglich darum, das Konzept der Wärmestrahlung aus einer etwas anderen Perspektive zu betrachten und die Begriffe wirklich austauschbar zu machen.

Wärmestrahlung und Schwarzkörpersysteme

Schwarzkörperobjekte sind solche, die die spezifischen Eigenschaften von perfekt aufweisen absorbierend jede Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung (was bedeutet, dass sie kein Licht einer Wellenlänge reflektieren würden, daher der Begriff schwarzer Körper) und sie werden auch perfekt emittieren Licht, wenn sie erhitzt werden.

Die spezifische Spitzenwellenlänge des emittierten Lichts wird nach dem Wiener Gesetz bestimmt, das besagt, dass die Wellenlänge des emittierten Lichts umgekehrt proportional zur Temperatur des Objekts ist.

In speziellen Fällen von Schwarzkörperobjekten ist die Wärmestrahlung die einzige "Lichtquelle" des Objekts.

Objekte wie unsere Sonne weisen solche Eigenschaften auf, obwohl sie keine perfekten Schwarzkörper-Emitter sind. Das heiße Plasma in der Nähe der Sonnenoberfläche erzeugt die Wärmestrahlung, die es schließlich als Wärme und Licht zur Erde bringt. 

In der Astronomie hilft die Schwarzkörperstrahlung den Astronomen, die internen Prozesse eines Objekts sowie seine Interaktion mit der lokalen Umgebung zu verstehen. Eines der interessantesten Beispiele ist das, das durch den kosmischen Mikrowellenhintergrund hervorgerufen wird. Dies ist ein Überbleibsel der Energien, die während des Urknalls vor etwa 13,7 Milliarden Jahren aufgewendet wurden. Es markiert den Punkt, an dem sich das junge Universum so weit abgekühlt hatte, dass Protonen und Elektronen in der frühen "Ursuppe" sich zu neutralen Wasserstoffatomen verbinden konnten. Diese Strahlung aus diesem frühen Material ist für uns als "Glühen" im Mikrowellenbereich des Spektrums sichtbar.

Herausgegeben und erweitert von Carolyn Collins Petersen