Infrarotstrahlung – welche Oberflächen am besten abstrahlen und absorbieren
NaturwissenschaftenEnergieAlter 13–14
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Zum Starten anmeldenVersuch A: Ein mit heißem Wasser gefüllter Leslie-Würfel hat Seiten in Schwarz matt, Weiß matt, Silber matt und Silber glänzend. Drehen Sie jede Seite zu einem Infrarotdetektor in festem Abstand, nullen Sie den Detektor, notieren Sie die Anzeigen in einer Tabelle und vergleichen Sie sie im Balkendiagramm, während das Wasser langsam abkühlt. Versuch B: Eine mattschwarze und eine silbern glänzende Platte stehen gleich weit von einem Heizstrahler entfernt, jede mit einer Reißzwecke, die hinten mit Wachs befestigt ist; messen Sie, wann jede Reißzwecke fällt, und verfolgen Sie das Temperaturdiagramm beider Platten. Eine Checkliste zum fairen Test, eine automatische Schlussfolgerung und ein Hinweis erklären, warum weiße Farbe Infrarot fast so gut abstrahlt wie schwarze.
Lektion: Wärmestrahlung: Emission und Absorption von Infrarot durch verschiedene Oberflächen (Leslie-Würfel)
Was sie zeigt
Alle Körper senden Infrarotstrahlung aus, und heißere Körper senden mehr aus. Wie viel eine Oberfläche bei einer bestimmten Temperatur abstrahlt, hängt von ihrem Emissionsgrad ab: Mattschwarze Oberflächen sind fast perfekte Strahler, glänzendes Metall strahlt dagegen sehr wenig ab, weil es Infrarot reflektiert. Ein guter Absorber ist auch ein guter Strahler. In diesem Modell ist die Detektoranzeige proportional zu ε(T⁴ − T_Raum⁴) und nimmt mit dem Abstand ab. Weiße Farbe sieht ganz anders aus als schwarze, verhält sich aber bei den Wellenlängen, die warmes Wasser abstrahlt (etwa 10 µm), fast wie eine schwarze Oberfläche.
So funktioniert es
Wählen Sie in A. Emission – Leslie-Würfel eine Seite (Schwarz matt, Weiß matt, Silber matt, Silber glänzend), klicken Sie auf Detektor nullen, warten Sie auf eine stabile Anzeige und klicken Sie auf Ergebnis notieren. 4 Seiten automatisch messen erledigt das für Sie. Mit Heißes Wasser nachfüllen gleichen Sie das Abkühlen aus. Klicken Sie in B. Absorption – Reißzwecken und Wachs auf Heizstrahler einschalten und beobachten Sie, welche Reißzwecke zuerst fällt; ändern Sie Heizstrahler und Abstand Platte–Heizstrahler und klicken Sie auf Neuer Durchgang.
Einstellbare Parameter
- Versuch A. Emission – Leslie-Würfel, B. Absorption – Reißzwecken und Wachs
- Seite zum Detektor Schwarz matt, Weiß matt, Silber matt, Silber glänzend
- Temperatur des heißen Wassers 40–90 °C
- Abstand des Detektors 5–30 cm
- Raumtemperatur 15–30 °C
- Leistung des Heizstrahlers 500–2000 W
- Abstand Platte–Heizstrahler 4–15 cm
Fragen zum Erkunden
- Warum müssen Detektorabstand und Wassertemperatur gleich bleiben, wenn Sie die Seiten vergleichen?
- Warum strahlt die mattweiße Seite fast so viel Infrarot ab wie die mattschwarze Seite?
- Warum fällt die Reißzwecke an der mattschwarzen Platte vor der an der silbern glänzenden Platte?
