Photonenabsorption und Temperatur

Rotbarbe · Gast

Meine Frage:
Hallo,

ich habe folgende Frage und zwar ich muss im Zuge meiner Fachbereichsarbeit zum Treibhauseffekt natürlich einiges an Physik nachlernen und bin derzeit bei folgendem Problem: auf Wikipedia habe ich folgendes Satz gelesen:
"Die Gegenstände im Treibhaus absorbieren die Photonen und erwärmen sich dadurch auf etwa 30 °C oder 303 K."
Ich habe leider keine Ahnung wie der genaue Mechanismus funktioniert bzw. wo ich nachlesen(rechnen) kann wie die Temperatur mit der Absorbtion von Photonen in Beziehung seht.
Vielleicht hat jemand vom Expertenrat einen Tipp (Literatur, Links) wo dieser Effekt genau erklärt ist.

Meine Ideen:
ich glaube das geht in Richtung statistische Physik habe aber leider nichts Konkretes dazu finden können.(Stefan-Boltzmann-Gesetz?)

Vielen Dank für Hilfe im Voraus!

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 21442

Körper geben Wärme über drei verschiedene Mechanismen ab:

1) Strahlung: die Gesamtwärmestrahlung eines idealisierten schwarzen Körpers der Temperatur T folgt aus dem Planckschen Strahlungsgesetz mittels Integration über alle Frequenzen. Man erhält das Stefan-Boltzmann-Gesetz für abgestrahlte Leistung P, Temperatur T, Oberfläche A und Stefan-Boltzmann-Konstante sigma

Im Falle eines Gleichgewichtszustandes musst du die gegebene absorbierte Strahlungsleistung aus der Sonnenstrahlung gleich der gesuchten emittierten Strahlungsleistung des betrachteten Körpers setzen und so dessen Temperatur berechnen.

2) Wärmeleitung: die Wärme wird von einem Körper durch Diffusion an die (ruhende) Umgebung, z.B. die Atmosphäre abgegeben. Dabei findet kein Materialtransport aus dem Körper in die Umgebung sowie innerhalb der Umgebung statt. Dazu benötigst du die Wärmeleitungs- oder Diffusionsgleichung; dieser Fall (2) ist mathematisch wesentlich komplizierter.

3) Konvektion: die Wärme wird durch eine Strömung verbunden mit Materialtransport abstransportiert. Im Falle eines Festkörpers findet dabei die der Materialtransport nur innerhalb der Umgebung statt, nicht jedoch aus dem Körper in die Umgebung. Dazu benötigst du die noch kompliziertere Konvektions-Diffusions-Gleichung.

Im Falle des Treibhauses spielt insbs. (2), bei Wind auch (3) die wesentliche Rolle. Bzgl. (1) findet praktisch nur Absorption, jedoch kaum Emission statt, da das Glas des Treibhauses für die im Inneren erzeugte Infrarotstrahlung praktisch undurchsichtig ist.

Im Falle des Treibhauseffektes der Erde kann nur (1) eine Rolle spielen, da kein umgebendes Medium existiert (Vakuum). Du kannst also auf die Betrachtung von (2) und (3) verzichten. Allerdings ist (1) recht kompliziert, da sowohl die direkte Reflexion der Strahlung durch Atmosphäre, Absorption durch Atmosphäre und Erdoberfläche sowie Emission von der Erdeoberfläche gefolgt von Absorption, Reflexion oder Transmission durch die Atmosphäre betrachtet werden muss. Alle diese Effekte sind wellenlängenabhängig.

Evtl. helfen folgende Artikel als Einstieg:

http://www.weltderphysik.de/gebiet/planeten/atmosphaere/klimaforschung/treibhauseffekt/

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Treibhauseffekt

Rotbarbe · Gast

Hallo,

vielen Dank für die tolle professionelle Hilfe!