spektrale Verteilung der Strahlung schwarzer Körper

Hot Hot Heat · Gast

Meine Frage:
Hallo!

Ein schwarzer Körper schluckt ja alle auf ihn treffenden EM-Wellen, unabhängig von deren Frequenz. Aussenden wird er ja aber ein charakteristisches Frequenz-Bild bzw. für die Frequenzen spezifische Strahlungsdichte. Aber warum? In den mehreren Lehrbüchern findet man nur die Aussage, dass das eben so ist. Beziehungsweise wird manchmal gesagt, dass sich in dem Körper stehende Wellen ausbilden, aber die fallen auch vom Himmel.

Meine Ideen:
Wenn Wellen auf den Körper (mithin Materie) treffen, wird vermutlich irgendwas zum Schwingen angeregt. Schwingende Materie sendet vermutlich wieder Energie in Form von EM-Wellen aus. Joa, und damit endet mein Gedankengang.

Hot Hot Heat · Anmeldungsdatum: 05.05.2011 Beiträge: 4

Noch eine Zusatzfrage. In einem Lehrbuch steht:
«Die Strahlung ist nur eine Funktion der Temperatur des Hohlraums.«

Wie kann ein Hohlraum eine Temperatur haben?

DrStupid · Anmeldungsdatum: 07.10.2009 Beiträge: 5044

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18083

Es geht darum, dass ein schwarzer Körper eine Strahlung emittiert, die eben unabhängig von bestimmten Umgebungsbedingungen und Oberflächeneigenschaften (Beleuchtungsstärke, Reflexion, Farbe) ist. Ein mit Ruß geschwärzter Körper (der sämtliche auftreffende Strahlung absorbiert) ist ein gutes Beispiel, ebenso ein Hohlraum bzw. eigtl. nur die winzige Öffnung des Hohlraums, in dem jegliche einfallende Strahlung absorbiert wird.

Das charakteristische Strahlungsspektrum wurde zuerst von Max Planck theoretisch begründet, dazu solltest du eigtl. auf der Wikipedia-Seite etwas finden. Die Argumentation der im Inneren stehenden Wellen ist eine recht elementare Herleitung, die allerdings ein paar künstliche Bedingungen voraussetzt (z.B. ist nicht klar, wieso dies unabhängig von der Form des Hohlraumes sein sollte und wie dies funktioniert, wenn eben kein Hohlraum sondern z.B. eine schwarze Vollkugel vorliegen).

Die (stehenden) Wellen entstehen, weil sich im Inneren ein Gleichgewicht aus von den Wänden absorbierter und emittierter Stahlung ausbildet. Die Emission resultiert letztlich aus Strahlungsübergängen der Atome / Mokelüle in der Wandung. Insbs. Einstein ist es zu verdanken, eine bessere Interpretation gefunden zu haben, derzufolge zwei Beiträge zur Emission existieren, nämlich zum einen die spontane Emission, zum zweiten die induzierte Emission.

Hot Hot Heat · Anmeldungsdatum: 05.05.2011 Beiträge: 4

Ah okay, danke für den letzten Beitrag. Stehende Wellen entstehen ja durch durch phasengleiche gegenläufige Wellen. Also werden die Wände als aus Oszillatoren (elementare Dipole?) bestehend begriffen?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18083

Ja, man stellt sich vor, dass da Dipole in den Wänden sitzen und dass sich aufgrund der üblichen Randbedingungen für EM Wellen Knoten an den Wänden befinden.

Das sind alles künstliche Annahmen, die Plancksche Strahlung gilt unter wesentlich allgemeineren Bedingungen, aber das ist der einfachste Startpunkt.

Planck hat auch nicht die Quantisierung der Strahlung zur Herleitung verwendet, sondern "nur" die Quantisierung der Abstrahlung durch die Dipole, d.h. er hat immer noch vermutet, dass die Verteilung der Energie auf die einzelnen Moden der Strahlung kontinuierlich sein könnte und nur die Abstrahlung quantisiert ist. Erst mittels Einsteins Interpretation des photoelektrischen Effektes wurde m.W.n. die Quantiserung der Strahlung selbst eingeführt.