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Theorie Infrarotstrahlung - Planksches Strahlungsgesetz

Infrarotes Bild eines Schwarzkörperstrahler

Theorie Infrarotstrahlung - Wiensches Strahlungsgesetz
 

Infrarotstrahlung Schwarzkörperstrahler

    Die Infrarotstrahlung ist die elektromagnetische Strahlung, deren Wellenlänge zwischen 700 Nanometer und 1 Millimeter beträgt. Sie befindet sich an der roten Grenze des sichtbaren Lichtspektrums und den kürzesten Mikrowellen. Alle Körper, deren Temperatur über Absolutnull liegt, senden Infrarotstrahlung aus.

    Bei einer bestimmten Temperatur mit einer bestimmten Wellenlänge wird ein Höchstmaß an Energie abgestrahlt, die kein Körper übersteigen kann. Erreicht eine Fläche dieses Höchstmaß, nennt man sie Schwarzkörper.

    Herkömmliche Gegenstände sind keine Schwarzkörper. Sie absorbieren die Einfallleistung nicht zu 100%, sondern wählen die absorbierten Wellenlängen aus. Folglich können Sie keine Einfallleistung aussenden. Das Verhältnis zwischen der abgestrahlten Energie und der einfallenden Energie wird Emissionsvermögen genannt. Dieses Verhältnis hängt oft von der Wellenlänge ab.

    Rein theoretisch hat ein Schwarzkörperstrahler ein Emissionsvermögen von 1.0 bei jeder Temperatur und jeder Wellenlänge.

    Ein Schwarzkörperstrahler kann verglichen werden mit einem idealen Heizkörper, der die ganze, auf seine Fläche einfallende Leistung absorbiert, unabhängig von der Richtung und der Wellenlänge. Er sendet diese elektromagnetische Strahlung mit 100%iger Wirkung gemäß dem Planckschen Strahlungsgesetz aus (siehe nebenstehende Planck-Kurve). Die Emissionskurven hängen ausschließlich von der Temperatur des Schwarzkörperstrahlers ab.

Planksches Strahlungsgesetz:

    Das Wiensche Strahlungsgesetz gibt eine Wellenlänge vor (in Mikrometer), die der maximalen spektralen Leuchtdichte eines schwarzen Körpers bei einer bestimmten Temperatur T entspricht (in Kelvin):

Wiensches Strahlungsgesetz:

    Die Wellenlänge des Infrarotstrahlungsmaximums nimmt mit zunehmender Temperatur des Schwarzkörper ab.

    Die von einem Schwarzkörper gesendete Gesamtstrahlungsmenge (in Watt) wird vom Stefan-Boltzman-Gesetz vorgegeben. Die Strahlungsleistung hängt ebenfalls nicht nur von der Temperatur T des Schwarzkörpers ab (in Kelvin):


    In der Praxis ist eine Infrarotbezugsquelle so entwickelt, dass man das bestmögliche Emissionsvermögen (>0,9) erzielt, ganz gleich, um welche Wellenlänge es sich handelt. Diese Quelle wird gemeinhin Schwarzkörper genannt.

    Alle Thermographie-Infrarotsensoren (Pyrometer, Thermokameras...) verwandeln die eingegangene thermische Strahlung in ein elektrisches Signal, um eine Temperaturmessung vorzunehmen. Diese Sensoren müssen mit einer Schwarzkörper-Infrarotbezugsquelle kalibriert werden, damit eine genaue Temperaturmessung gewährleistet ist.

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