Eine Serie an Fragen zu Wärmestrahlung

kelloggs · Anmeldungsdatum: 08.06.2014 Beiträge: 244

Hallo,

ich wollte den Mechanismus der Wärmestrahlung genauer hinterfragen

Hat Wäremestrahlung seine Wurzeln in der Quantenmechanik?
Wie verliert ein Körper bzw. ein Atom seine innere Energie / Wärme?
Wo ist die innere Energie gespeichert?
Ist Wärmestrahlung ein periodischer Vorgang? Wenn ja wie oft findet dieser in einem Atom statt?
Wenn man den Vorgang der Wärmestrahlung kennt kann man in diesen eingreifen und z.b. verhindern, dass ein Körper Wärmestrahlung abgibt?

Die innere Energie eines solchen Körpers soll sich natürlich nicht unendlich lang "aufstauen" sondern der Hintergedanke ist das diese Energie in Form einer Ionisierung des Körpers sich entlädt (Elektronen werden aus dem Körper ausgestoßen nachdem die erfordliche innere Energie gesammelt wurde - ich rede also nicht von herkömmlichen Solazellen wo die Elektronen direkt von der äußeren Strahlung aus ihren Orbitalen herausgeschlagen werden).

Wenn ich richtig informiert bin wird bei dieser Überlegung keine Energieerhaltung verletzt. Wärmestrahlung kann von kalten Körpern auf warme übertragen werden wenn man es halt schaffen würde das der warme Körper keine Wärmestrahlung abgibt.

Wurde in diese Richtung bereits geforscht? Gibt es dazu bereits abgeschlossene Berichte von 19xx von denen ich noch nichts weiß?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 21469

Lies dir doch mal diverse Artikel zum Planckschen Strahlungsgesetz durch

kelloggs · Anmeldungsdatum: 08.06.2014 Beiträge: 244

also dann: ich habe mir mit einer Antwort zeitgelassen damit ich soviel leichtverdauliche Information wie möglich herausfinden konnte.

Vielleicht war der Titel mit Wärmestrahlung nicht passend gewählt weil damit eine gewisses Strahlungsspektrum gemeint ist. Es geht mir im Prinzip um jegliche Art von Strahlung. Mich interessiert aber ein Grenzfall von Strahlung/EM-Wellen/Photonen und zwar wenn die Strahlung/die EM-Wellen/das Photon die geringste Energie haben.

Es gibt ja diese einfache Formel für die Energie eines Photons/eines einzelnen Strahlenpacketes:

mit h als das plancksches Wirkungsquantum, der kleinsten Energieeinheit die es gibt und f als Frequenz.

die geringste Energie, die ein Photon haben kann ist daher wenn es die Frequenz 1 Hz hat nicht wahr? Jeder Körper mit Temperatur strahlt ohne äußeren Einfluss Energie ab (https://de.wikipedia.org/wiki/Spontane_Emission). Wenn sich die Innere Energie eines Körpers um den Wert des plancksches Wirkungsquantums ändert dann wird dieses 1 Hz Photon ausgesendet.

Welche Interaktionen mit Materie sind mit Photonen dieses Energieniveaus noch möglich? Ein elastischer Stoß ist nicht möglich da keine Energie mehr abgegeben werden kann.

Was mich aber dann noch interessiert ist eine weitere Tatsache: das man Photonen "ineinander" verschachteln kann (gleichen quantenmechanischen Zustand einnehmen können). Der Energiewert eines 1 Hz Photons ist zwar unvorstellbar klein aber rein theoretisch könnte man ja ~10^35 dieser Photonen aufeinanderstappeln damit man eine "spürbare" Energie erhält.

Wie könnte man diese niedrig Energie Photonen stacken? Was die benötigte Menge angeht: seit Beginn des Universums müssten ja unzählbare viele dieser 1 Hz Photonen entstanden sein (wenn Photonen an mehr und mehr Teilchen streuen und dabei immer mehr und mehr Energie verlieren bis sie nur mehr den h Wert besitzen) sodass man im Prinzip überall diese Photonen finden muss. Kann man das gedanklich als Energiequelle betrachten?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 21469

Nochmal: Lies dir doch mal diverse Artikel zum Planckschen Strahlungsgesetz durch

kelloggs · Anmeldungsdatum: 08.06.2014 Beiträge: 244

dann versuch ich mal eine kurze Zusammenfassung zu machen: das Plancksche Strahlungsgesetz sagt aus wie groß die abgestrahlte Leistung pro Volumen für eine gewisse Frequenz/Wellenlänge bei gegebener Temperatur ist. Es wird auch ständig erwähnt, dass abgestrahlte und absorbierte Energie immer gleich groß ist. Das ist aber nur eine Aussage ohne physikalischen Hintergrund.

Warum strahlt ein Körper in erster Linie? Was für ein Mechanismus steckt dahinter?

kelloggs · Anmeldungsdatum: 08.06.2014 Beiträge: 244

ich habe eine neue Überlegung, die ich in den Raum stellen möchte:

Kann man sagen das nur "ladungsbehaftete" Teilchen (die gebräuchlichsten wären Protonen oder Elektronen) in der Lage sind elektromagnetische Strahlung auszusenden?

Wenn ja würde das bedeuten, dass Neutronen nicht in der Lage sind elektromagnetische Strahlung zu erzeugen? Sie können zwar von Photonen "getroffen" werden und deren Impuls erhalten aber sie wären nicht in der Lage diese erhaltene Energie wieder als Photon zu emittieren.

Wäre das nicht eine Erklärung warum ein freies Neutron nach kurzer Zeit zerfällt weil es nur Strahlung absorbiert und nicht mehr abgeben kann? Ein gebundenes Neutron hat hingegen sein Nachbar-Proton das wie ein Überdruckventil fungiert und dadurch stabil bleibt.

Diese Idee kam mir als ich den Thread "Photonenentstehung bei Wärmestrahlung" gelesen habe der hier am Ende dieses Threads im Bereich "Verwandte Themen - die Neuesten" verlinkt ist ( http://www.physikerboard.de/topic,45264,-photonenentstehung-bei-waermestrahlung.html ).

Was haltet ihr von dieser Vorstellung? Kann das in ein "quantenmechanisches" Bild hineinpassen?