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Didaktik der Physik
Wärmestrahlung

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    Schwarzer Hohlraumstrahler

    (in Zusammenarbeit mit Technischen Universität Berlin / Prof. Michael Lehmann und Henrik Wähnert)

    In der Vorlesung Experimentalphysik III bei Prof. Lehmann konnten wir die Fähigkeiten einer Wärmebildkamera an einem Schwarzen Strahler testen (Flir E40, 160 x 120 px), der als Würfel aus schwarzem Karton geformt und mit einer Kreisöffnung versehen ist (Abbildung 1). Bei richtiger Versuchsdurchführung erscheint die Temperatur der Abstrahlung aus dem Hohlraumstrahler höher als die von der Außenseite des Hohlraumstrahlers, weil der Emissionsgrad des Strahlers gleich 1 ist und der von der Außenwand etwas geringer. Allerdings müssen für die Sichtbarmachung der Effekte kleine Temperatur-Messbereiche (Messbereich max-min) bei der Wärmebildkamera eingestellt werden. Dies führt dann zu einem stärker verrauschtem Wärmebild. Auf Abbildung 2 ist dies gut zu erkennen.

    Schwarzer Strahler

    Abb.1: Schwarzer Strahler aufgebaut aus schwarzem Karton


    Schwarzer Strahler richtige Messung

    Abb.2: Infrarotbild des Schwarzer Strahlers mit angeglichener Temperatur der Kartonoberfläche zur Raumluft.


    Anders bei Abbildung 3. Hier wurde der Würfel in eine etwas kühlere Umgebung gestellt. Nach ca. 60 min war das Luftvolumen ausgetauscht, doch die Wandungen des Kartons hatten die etwas kühlere Temperatur des Raumes noch nicht erreicht. Das führte zum umgekehrten Effekt, so dass der Außenkörper stärker strahlte, als der Innenbereich des schwarzen Strahlers.

    Schwarzer Strahler fehlerhafte Messung

    Abb.3: Infrarotbild des Schwarzer Strahlers mit nicht angeglichener Temperatur der Kartonoberfläche zur Raum- und Innenluft.


    Erhitzer Carbonstab mit Bohrung

    Eine weitere Möglichkeit einen schwarzen Hohlraumstrahler zu untersuchen, ist die Erhitzung eines Carbonstabes, der radial angebohrt wurde. Die Erhitzung des Stabes erfolgte mit Hilfe eines Brenners. In der Bohrung ist eine deutlich höhere Temperatur zu messen als auf der Außenhaut des Stabes.

    Schwarzer Strahler als Carbon-Zylinger mit radialer Bohrung

    Abb.4: Schwarzer Strahler als Carbon-Zylinder mit radialer Bohrung und nebenstehenden Brenner zur Erhitzung des Stabes.


    Schwarzer Strahler als Carbon-Zylinger mit radialer Bohrung

    Abb.5: Schwarzer Strahler als Carbon-Zylinder mit radialer Bohrung. Die beiden Cursor zeigen einmal auf und neben die Bohrung.


    Hinweise

    Bei allen Messungen ist zu beachten, das die Auflösung 0,1 K, aber die Messgenuaigkeit +/- 2 K beträgt. d.h. absolute Messungen sind unabhängig vom Emissionsgrad maximal mit diesem Fehler behaftet. Relative Messungen, die die Unterschiede zwischen zwei Messungen darstellen, sind mit dem selben Fehler behaftet und deshalb gut miteinander vergleichbar.

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    28.07.2017 13:14:03