| AUTOR | DATUM ERSTELLT | VERSION | DOKUMENTNUMMER |
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| Dr. Gerard McGranaghan | 15. Mai 2015 | V1.1 | CC11 - 00065 |
Das Plancks-Gesetz beschreibt die elektromagnetische Strahlung eines schwarzen Körpers im thermischen Gleichgewicht bei einer bestimmten Temperatur. Es ist nach Max Planck benannt, der es in 1900 vorgeschlagen hat.
Einleitung
Das Plancks-Gesetz sagt uns, dass mit steigender Temperatur einer emittierenden Oberfläche immer mehr Energie als Infrarotenergie freigesetzt wird. Je höher die Objekttemperatur ist, desto mehr Infrarotenergie wird erzeugt. Die emittierten Frequenzen werden nicht nur intensiver (Leistung), sondern auch breiter und die Spitzenwellenlänge kürzer. Bei sehr hohen Temperaturen wird nicht nur infrarotes, sondern auch sichtbares Licht mit einer kürzeren Wellenlänge erzeugt. Dies wird zuerst als ein mattes rotes Leuchten, dann als Orange, Gelb und schließlich als Weiß beobachtet. Abbildung 1 zeigt typische Planck-Kurven für einen Temperaturbereich von 1050 ° C bis 50 ° C.
Die rote Kurve, die 1050 ° C entspricht, zeigt die stärkste Ausgabe. Es zeigt die höchste Ausgangsleistung und seine Spitze liegt bei etwa 2.5 Mikrometer. Daran schließt sich die Kurve bei 850 ° C an, bei der die Spitzenenergie weniger als die Hälfte der bei 1150 ° C erzeugten Energie beträgt. Mit abnehmender Temperatur sinken auch die Energieniveaus und die Wellenlänge der Spitzenenergie verschiebt sich zu den längeren Wellenlängen. Die niedrigsten Temperaturen aus den Kurven 250 ° C, 100 ° C und 50 ° C sind in der Grafik nicht zu sehen.
Wenn das Diagramm vergrößert wird, um die niedrigeren Temperaturkurven zu sehen, ist diese Verschiebung zu den längeren Wellenlängen offensichtlicher. Die Leistungsintensität nimmt jedoch erheblich ab.
Dies ist in Abbildung 2 dargestellt. Bei 250 ° C hat die blaue Kurve einen ungefähren Peak um 6 Mikrometer, wohingegen bei 100 ° C die Peakwellenlänge um 7.5 Mikrometer liegt. Es ist auch zu beachten, dass das Ausmaß der Wellenlänge gleichmäßiger verteilt ist und nicht den konzentrierten schmalen Peak zeigt, der bei höheren Temperaturen zu sehen ist.
Wenn wir den gleichen Graphen erneut vergrößern und uns nur auf die niedrigeren Temperaturen konzentrieren, wie in Abbildung 3 gezeigt, sehen wir, dass die Temperaturen von 50 ° C und 25 ° C Spitzenwellenlängen von etwa 9 bzw. 10 Mikrometer haben.
In der in Abbildung 4 gezeigten Endkurve ist die Peakwellenlänge gegen die Temperatur dargestellt. Dies ist nach dem Wiener Gesetz dargestellt. Der Anstieg der Peakwellenlänge mit sinkender Temperatur ist deutlich zu erkennen.
Zusammenfassung
Das Plancks-Gesetz beschreibt die elektromagnetische Strahlung eines schwarzen Körpers im thermischen Gleichgewicht bei einer bestimmten Temperatur. Das Gesetz sagt voraus, wenn es für verschiedene Heiztemperaturen (Emittertemperaturen) aufgetragen wird
- der Frequenzbereich, über den infrarote Heizenergie erzeugt wird
- die Emissionsleistung für eine gegebene Wellenlänge
Bei der Auswahl eines Infrarotstrahlers für eine bestimmte Heizaufgabe sind die Absorptionseigenschaften des Zielmaterials von großer Bedeutung. Idealerweise sollten die ausgesendeten Infrarotfrequenzen und die Absorptionsfrequenzen des Zielmaterials übereinstimmen, um eine möglichst effiziente Wärmeübertragung zu ermöglichen. Wie aus den vorherigen Grafiken hervorgeht, ist die übertragene Energiemenge bei längeren Wellenlängen aufgrund der niedrigeren Emittertemperaturen geringer, weshalb die Aufheizzeiten normalerweise länger dauern.
Je kürzer die Wellenlänge ist, desto höher ist die Emittertemperatur und die verfügbare Infrarotleistung steigt schnell an.
