Liebe/-r Experte/-in,
warum empfinden wir infrarote Strahlung als „Wärme“-Strahlung? Qualitativ unterscheidet sich das IR ja nicht von z.B. UV-, optischer oder Radiostrahlung. Lebensmittel erhitzen wir mit Mikrowellen. War sind *das* nicht die eigentlichen "Wärme"strahlen?
Und entsprechend: Warum emittieren vergleichsweise warme Körper UV-Strahlung? (Wärmebildkameras!)
Danke und schöne Grüße
Helmut
Hallo Helmut,
zum einen ist Wärmestrahlung keine Strahlung bestimmter Frequenz, sondern ein ganzes Spektrum von Strahlungen. Dieses Spektrum ist für schwarze Körper durch das Plancksche Strahlungsgesetz gegeben (man kann das durch Entropiemaximierung finden, ist also eine statistische Größe). Man sieht, dass bei einer bestimmten Temperatur ein bestimmtes Maximum im Spektrum vorliegt lambdamax=C/T (Wiensches Gesetz). Bei höherer Temperatur wird also zunehmend kürzerwelliges Licht ausgesendet. Eisen glüht erst rot, aber bei weiterem Erwärmen weiß. Bei Raumtemperatur liegt dieses Maximum aber im „warmen“ IR. Wärmere Körper emittieren dann zusätzlich mehr in anderen Bereichen, zum Beispiel im UV. Es erhöht sich auch die Gesamtleistung an emittierter Energie (Stefan-Boltzmann-Gesetz).
Der Grund warum Mikrowellen Infrarot benutzen (und wir dieses Licht als warm empfinden) ist aber ein anderer. Wasser hat bei diesen Frequenzen typische Absorptionslinien. Das heisst, Wasser kann diese Strahlung besonders gut in thermische Bewegung umwandeln. Da wir und unser Essen zu großen Teilen aus Wasser bestehen, empfinden wir IR als warm.
Ich hoffe ich konnte deine Frage damit beantworten. Ein interessanter wikipedia Artikel zu dem Thema Wärmestrahlung ist gegeben durch
http://de.wikipedia.org/wiki/Schwarzk%C3%B6rperstrah…
Schönen Tag noch,
Arvid
Hallo Helmut,
der Grund warum wir Infrarot-Strahlung als warm wahrnehmen liegt darin begründet, dass das Strahlungsspektrum eines Körpers je nach Tempertur ein anderes Maximum hat (Stichworte: Schwarzkörperstrahlung und Plancksches Strahlungsgesetz). Hier eine Grafik, die diesen Zusammenhang veranschaulicht http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Blac…
Bis etwa 600 °C (873 K) liegt das Maximum des Strahlungsspektrums außerhalb dessen was wir mit den Augen wahrnehmen können, danach verschiebt es sich in den sichtbaren Bereich, bis es bei über 1100 °C wiederaus wandert. Diesen Effekt kennt man von glühendem Metall und daher wissen Schmiede auch von der Farbe her, welche Temperatur ihr Werkstück hat. Das Problem ist, dass die meisten Proteine bei Temperaturen über 60 °C anfangen zu denaturieren und das ist irreversiebel, d.h. ein einmal gegartes Steak bleibt gar und geht bei abkühlen nicht wieder in den vorrigen Zustand zurück. Bei uns Menschen heißt das, wir sollten tunlichst nichts anfassen, was heißer als 60 °C ist, sonst verbrennen wir uns und tragen schwere Verletzungen davon. Entsprechend nehmen wir die Strahlung als warm war, da sie eine Aussage über die Temperatur der Gegenstände erlaubt. Hier noch ein schönes Beispiel dazu, der Schmelzpunkt von Aluminium liegt bei ca. 660°C, entsprechend erscheint es auch geschmolzen noch nicht rot, sondern silbrig aluminiumfarben, s. hier http://www.bollyn.com/public/Aluminum_molten.JPG .
Der Grund das wir Mikrowellen zum Erhitzen von Lebensmitteln verwenden ist ein anderer. Als Wärme bezeichenen wir die ungerichtete mittlere Bewegung von Molekülen und Atomen. Dies können Zitterbewegungen sein aber auch Rotationen um Molekülachsen. Mikrowellenstrahlung (2,4 GHz Haushaltsmikrowelle) hat nun gerade eine Frequenz, die sehr Dicht an der Anregungsfrequenz von Wassermolekülen liegt, d.h. kommt Strahlung dieser Frequenz wird sie von den Molekülen absorbiert und regt diese zum Schwingen an und das Material erwärmt sich (http://de.wikipedia.org/wiki/Mikrowellenofen ). Aus diesem Grund und weil Mikrowellen wegen ihrer Wellenlänge von etwas mehr als 12 cm tief ins Material eindringen, sind sie sehr gut zum erhitzen von Nahrung geeignet. Dein Bratgut wärm also gleichmäßiger durch, während Infrarotstrahlung wegen der kleineren Wellenlänge fast vollständig an der Oberfläche absorbiert wird.
Ich hoffe, die Antwort hilft dir weiter
MfG
AG
Lieber Helmut,
Du hast natürlich recht, bei allen Arten von Strahlung - vom langwelligen IR bis in zur extrem kurzwelligen ionisierenden Strahlung handelt es sich um elektromegnetische Wellen. Je nach Wellenlänge werden die von unserem Körper bzw. der Haut unterschiedlich wahrgenommen. Die Wärmerezeptoren der Haut reagieren eben bevorzugt bei langwelliger IR-Einstrahlung, während kurzwellige Strahlung nicht wahrgenommen wird.
Bei der Mikrowelle verhält es sich ähnlich. Die Wassermoleküle absorbieren bevorzugt Strahlung im Mikrowellenbereich und werden dadurch hoch angeregt, was sich als Temperaturerhöhung des Wassers äußert. Da faktisch alle Lebensmittel Wasser enthalten, könne diese auch - bis auf wenige Ausnahmen - in der Mikrowelle aufgewärmt merden.
Die Erzeugung von UV-Strahlung erfolgt in speziellen Geräte z. B. Quecksilberdampflampen. Dabei werden auch hohe Wärmemengen im langwelligen Bereich erzeugt.
Hoffe das hilft Dir weiter
Grüßle Albrecht
Infrarot wie UV-Strahlung ist elektromagnetische Strahlung. UV-Strahlung hat pro Photon (Quant) mehr Energie als Infrarotstrahlung.
Wärme ist das Zittern unserer Atome. Je stärker die zittern, desto höher ist die Temperatur.
UV-Strahlung hat so viel Energie, dass ein Photon eine Molekülbindung aufbrechen kann. Die reaktiven Molekülteile können alles Mögliche anstellen. Die Haut wird rot, und es kann, längerfristig, Krebs entstehen.
Infrarot hat nicht genügend Energie um Molekülbindungen aufzubrechen. Es reicht nur, die Atome zum Zittern zu bringen. Die Temperatur steigt.
Mikrowellen sind auch etwas ähnliches. Sie bringen gezielt die Wassermoleküle zum Zittern.
Jeder Körper sendet elektromagnetische Strahlung aus, von Radiowellen bis zum UV. Die Strahlung ist bei tiefen und hohen Frequenzen (Radio bzw. UV oder Röntgen) niedrig und hat dazwioschen ein Maximum. Die Lage des maximums hängt von der Temperatur ab. Bei 6000 °C ist das im Grünen => Sonne. Bei 40°C ist dies im Infraroten, beim Weltall ist die Wellenlänge bei den Mikrowellen, und die Temperatur ist -269 °C.
Viele Grüsse,
Othmar Marti
Hallo Helmut,
jeder Körper emittiert Wärmestrahlung - als elektromagnetische Welle. Die Wellenlänge geht (theoretisch) von 0 bis unendlich.
http://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmestrahlung
Die gesamte als Wärmestrahlung abgestrahlte Energie und die Wellenlänge, bei der die meiste Energie abgestrahlt werden, hängen von der Temperatur des Körpers ab.
Das Maximum der abgestrahlten Wellen liegt bei normalen Umgebungstemperaturen im Bereich, der infrarot genannt wird, bei höheren Temperaturen im sichtbaren Bereich (Rotglut) bis gelb (Sonne ca. 6000 K).
http://de.wikipedia.org/wiki/Plancksches_Strahlungsg…
Die Wärmebildkameras
http://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmebildkamera
sind besonders für infrarote Wellenlängen empfindlich (nicht für UV-Strahlung).
Die Wärmewirkung von Mikrowellenherden beruht darauf, dass Wassermoleküle im Gargut durch eine elektromagnetische Welle in Schwingungen versetzt werden:
http://de.wikipedia.org/wiki/Mikrowellenherd
Viele Grüße
Albert
Lieber Helmut,
das sind ja gleich eine ganze Menge Fragen. Ich will mal auf die wichtigsten eingehen:
Jede elektromagnetische Strahlung (Infrarot, Licht, UV, aber auch Radio, Mikrowellen oder Röntgenstrahlung) transprotiert Energie. Wenn die Strahlung durch einen Körper aufgehalten wird (absorbiert), bleibt die Energie in dem Körper und erwärmt diesen. Aus der Starahlung wird also „Wärme“.
Infrarotstrahlung kann ein wenig in unsere Haut eindringen, bevor sie aufgehalten (absorbiert) wird. Daher erzeugt sie die Wärme kurz unter unserer Hautoberfläche, wo wir sie besonders gut spüren können. Da wir die Infrarotstrahlung nicht sehen können, aber sehr gut spüren können, bezeichnen wir sie als Wärmestrahlung. Außerdem enthält das Sonnenlicht sowie die Strahlung von Heizkörpern, Wärmepilzen usw) einen sehr hohen Anteil an Infrarotstrahlung und nur einen sehr geringen Anteil Mikrowellenstrahlung oder anderer nicht sichtbarer Strahlung.
Warme Körper senden (fast) keine UV Strahlung ab. Nur Körper, die schon ziemlich heiß sind (wie zum Beispiel die Sonne oder der Lichtbogen beim Elektroschweißen) senden nennenswerte Anteile UV Strahlung ab.
Ich hoffe, ich konnte Dir helfen, viele Grüße, Christian.
