Temperatur elektromagnetischer Strahlung

HellRaiser · Anmeldungsdatum: 04.06.2011 Beiträge: 19

Hallo zusammen,

immer öfter höre ich etwas von Strahlungstemperatur, kosmische Hintergrundstrahlung, die eine T von ca. 3 K besitzt, und so weiter.
Eine recht simple frage, die sich mir nun stellt ist, wie kann man von solcher Strahlung die Temperatur berechnen, oder auf diese schließen?
Hat Strahlung einer bestimmten Intensität und einer bestimmten Wellenlänge immer eine Temperatur? (Der Mensch nimmt ja nur IR-Strahlung wahr)

Meine Idee:
Schwarze Körper sind mir ein Begriff. Könnte man also dann ausrechen, wenn man einen Schwarzen Körper mit grünem Licht, also mit 500 nm Wellenlänge bestrahlen würde, wie warm der werden würde?
Oder hat Strahlung an sich eine Temperatur?

Hagbard · Anmeldungsdatum: 07.02.2006 Beiträge: 320 Wohnort: Augsburg

Man geht wohl davon aus, dass die Strahlungsquelle(n), die die besagte Hintergrundstrahlung liefern im thermodynamischen Gleichgewicht sind. Wenn dem so ist haben sie - auf der Erde angekommen - näherungsweise eine spektrale Verteilung, wie es im Wiki Artikel: Schwarzer Körper beschrieben ist.

Näherungsweise nur deshalb, weil sich bestimmt über die weiten Entfernungen eine gewisse Dispersion des "Vakuums" bemerkbar macht. Insbesondere, wenn irgendwo Atmosphäre passiert wird.

Das auf der Erde ankommende Spektrum kann nun spektroskopisch gemessen werden und auf (eine mir nicht bekannte Weise) unter Einbeziehung der Dispersion auf ein Schwarzkörperspektrum umgerechnet werden. So kommt man dann auf die Temperatur.

Wer in Astrophysik vertieft ist kann dir das sicher besser erklären, aber vom Prinzip her sollte das so funktionieren.

Gruß

HellRaiser · Anmeldungsdatum: 04.06.2011 Beiträge: 19

Okay.
Wenn ich jetzt zum Beispiel eine x-Beliebige, gerade an der Erde vorbeilaufende Welle, der einfachheit halber im sichtbaren Bereich, nehmen würde, könnte ich dann nur auf die Temperatur der Strahlugsquelle schließen, und nicht auf die der Welle an sich? Hat diese eigentlich soetwas wie Temperatur?

Infrarotstrahlung spürt unser Körper, weil diese in der Lage ist, die Moleküle zum Rotieren und zum Schwingen zu bringen, so wie die H2O-Moleküle unserer Nudelsuppe in der Mikrowelle angeregt werden. Also wird der Kram warm.

Ist das dann auch der Grund, warum ich nicht spüre, wenn ich mit einer Taschenlampe auf meine Hand leuchte? Die Birne ist natürlich heiß, aber wenn man weit genug weg geht spürt man diese auch nicht mehr. Denn sichtbare Strahlung müsste ja dann, weil höher Energetisch, heißer als IR-Strahlung sein!

Verstehe ich das richtig, dass die el.magn. Strahlung nur durch Wechselwirkung mit Materie Temperatur erzeugt? (Sonst würde ich unter dem Röntgengerät im Krankenhaus zerschmelzen, der QM sei dank, da ja nur Infrarotstrahlung mich "aufheizt". Mal abgesehen von den Ionisierenden Eigenschaften von Röntgenstrahlung...)

Hagbard · Anmeldungsdatum: 07.02.2006 Beiträge: 320 Wohnort: Augsburg

Man hat es ja nicht mit einzelnen Photonen bestimmter Wellenlänge zu tun, sondern gewissermaßen mit einer Verteilung. Die Art und Weise, wie die Intensität, die im Detektor ankommt, von der Frequenz abhängt, lässt Rückschlüsse über die Temperatur des Strahlers zu.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a2/Wiens_law.svg/330px-Wiens_law.svg.png

Es gibt Detektoren, die z. B. im Sichtbaren so empfindlich sind, dass sie einzelne Photonen detektieren können, aber wenn natürlich wirklich nur ein Photon gemessen wurde, dann ist freilig nicht klar, dass man tatsächlich ein Photon erwischt hat, welches die häufigste Wellenlänge der Verteilung widerspiegelt.

Eine Welle an sich hat keine Temperatur. Sie hat/transportiert Energie und kann diese auf Festkörper übertragen, wenn Wechselwirkung auftritt... sich also geladene Teilchen zu Schwingungen anregen lassen.

Ob Wechselwirkung auftritt hängt von den Größenordnungen (Zeitskalen/Längenskalen) ab, auf denen sich alles abspielt. Die Vorgänge, die in deiner Haut ausgelöst werden, wenn du IR Strahlung abbekommst sind sensibel im Mikrometerbereich. Irgendwelche Moleküle verändern sich, wenn du diese Strahlung abbekommst. Wenn du jedoch Gammastrahlung abkriegst, bei der die Wellenlänge 1000x kleiner ist, dann finden die gleichen chemischen Prozesse, die für dein Wärmeempfinden verantwortlich sind eben nicht statt. Das ändert aber nichts daran, dass die Gammastrahlung mit deinem Körper wechselgewirkt hat und dir Zellen zerschossen hat.