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Spektrale Verteilung der Intensität der Schwarzkörperstrahlung bei unterschiedlichen Temperaturen des schwarzen Strahlers.Farbtemperatur nach dem planckschen Strahlungsgesetz
Ein Schwarzer Körper (auch: Schwarzer Strahler, planckscher Strahler, idealer schwarzer Körper) ist eine idealisierte thermische Strahlungsquelle. Die Idealisierung besteht darin, dass solch ein Körper alle auftreffende elektromagnetische Strahlung jeglicher Wellenlänge vollständig absorbiert, während reale Körper immer einen Teil davon zurückwerfen. Gleichzeitig sendet er als Wärmestrahlung eine elektromagnetische Strahlung aus, die nach Intensität und spektraler Verteilung unabhängig von der weiteren Beschaffenheit des Körpers und seiner Oberfläche ist und nur von seiner Temperatur abhängt.
Die Wärmestrahlung des schwarzen Körpers ist in jedem Wellenlängenbereich stärker als die eines jeden realen Körpers gleicher Fläche und gleicher Temperatur. Sie wird Schwarzkörperstrahlung genannt, oder aufgrund der Realisierung des schwarzen Körpers durch einen Hohlraum auch Hohlraumstrahlung. In einem warmen Hohlraum mit Wänden aus beliebigem nichttransparentem Material, die auf einer konstanten Temperatur gehalten werden, geben die Wände Wärmestrahlung gegeneinander ab und es stellt sich ein Strahlungsgleichgewicht ein. Bringt man in der Hohlraumwand eine Öffnung an, die klein genug ist, um das thermische Gleichgewicht nicht merklich zu stören, so absorbiert das Loch nahezu ideal die einfallende Strahlung, und durch die Öffnung tritt nur thermische Strahlung aus. In der Literatur des späten 19. und des frühen 20. Jahrhunderts ist dafür auch die Bezeichnung schwarze Strahlung zu finden.
Der schwarze Körper dient als Grundlage für theoretische Betrachtungen sowie als Referenz für praktische Untersuchungen elektromagnetischer Strahlung. Der Begriff „Schwarzer Körper“ wurde 1860 von Gustav Robert Kirchhoff geprägt.
Intensität und Frequenzverteilung der von einem Schwarzen Körper ausgesandten elektromagnetischen Strahlung werden durch das von Max Planck aufgestellte Plancksche Strahlungsgesetz beschrieben. Mit steigender Temperatur verschiebt sich das Maximum der Frequenzverteilung entsprechend dem Wienschen Verschiebungsgesetz zu höheren Frequenzen, also zu kürzeren Wellenlängen. Das Stefan-Boltzmann-Gesetz beschreibt, dass die gesamte ausgestrahlte Energie proportional zur vierten Potenz der absoluten Temperatur des Schwarzen Körpers ist. Das Maximum der Strahlungskurve bestimmt die Farbtemperatur der Strahlungsquelle.
Literatur
Max Planck: Ueber das Gesetz der Energieverteilung im Normalspectrum. In: Annalen der Physik. 309, Nr. 3, 1901, ISSN0003-3804, S. 553–563, doi:10.1002/andp.19013090310 (kostenfreies PDF auf der Verlagsseite verfügbar).
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Wikibooks: Formelsammlung plancksches Strahlungsgesetz – Lern- und Lehrmaterialien
Commons: Schwarzer Körper – Weitere Bilder oder Audiodateien zum Thema
