Warum sind Glühbirnen schwarze Strahler?

Wenn die Definition eines schwarzen Körpers lautet:

„Ein schwarzer Körper ist ein Objekt, das die gesamte empfangene Strahlung absorbiert (d. h. er reflektiert kein Licht und lässt kein Licht hindurch und auf der anderen Seite heraus). Die Energie, die der schwarze Körper absorbiert, erwärmt sich es hoch, und dann wird es seine eigene Strahlung aussenden."

Warum sind Glühbirnen dann schwarze Körper? Erzeugen sie nicht selbst Wärme, anstatt Strahlung zu absorbieren und dann Strahlung abzugeben?

Ein "schwarzer Körper" ist ein ausgefallener Name für ein erhitztes Objekt. Eine Glühbirne ist ein erhitztes Objekt und daher ein schwarzer Körper. Und so ist eine heiße Holzkohle. Oder eine kalte Holzkohle, weil sie noch auf Raumtemperatur erhitzt wird. Ein idealer schwarzer Körper reflektiert kein Licht. Der Glühfaden in einer Glühbirne reflektiert Licht. Glühbirnen sind also nicht 100% schwarze Körper. Aber im Ernst, wie viel reflektiert das Filament im Vergleich zu dem, was es ausstrahlt? Praktisch nichts. Glühlampen (einschließlich Halogen) sind also nahezu perfekte schwarze Körper. Und deshalb ist ihr Licht so viel angenehmer.
@Bob Bee: Danke Bob! Ich schätze es. Ich bin neu in diesem Forum und lerne erst seine drakonischen Regeln ;) So oft habe ich einfach Angst zu fragen oder zu antworten, weil die Leute mich einfach komplett runterziehen würden. Zum Beispiel konnte niemand die allererste Frage beantworten, die ich stellte, zögerte jedoch nicht, sie abzulehnen.
Danke schön! Bedeutet das also, dass LEDs und CFLs keine schwarzen Körper sind?
Richtig, LED- und CFL-Lampen sind keine schwarzen Körper. Im Alltag gibt es nur wenige schwarze Lichtquellen. Dies sind ungefähr schwarze Körper: Glüh- und Halogenlampen, heißes Metall oder Holzkohle, Sonne und Sterne. Und dies sind KEINE schwarzen Körper: LED-, CFL-, HID- (Quecksilber- oder Natrium-) Glühbirnen, Mond oder Feuerwerk.

Antworten (2)

"Die Energie, die der schwarze Körper absorbiert, erwärmt ihn und gibt dann seine eigene Strahlung ab." --- Dieser Teil kann etwas irreführend sein. Es sollte lauten wie

Die Energie, die der Schwarze Körper aufnimmt, erwärmt ihn und wird als Teil seiner eigenen Strahlung emittiert.

Tatsächlich ist es ein schwarzer Körper, solange die gesamte Strahlung absorbiert, dh nicht reflektiert/durchgelassen wird. Ein schwarzer Körper muss nicht zuerst Wärme aufnehmen und dann mit der Abstrahlung beginnen. Eine Glühbirne kann grob als schwarzer Körper betrachtet werden; Wenn Sie es Strahlungen mit einer Temperatur aussetzen, die weit über seiner eigenen typischen Temperatur liegt, würde es sich auf (möglicherweise mehr als) diese Temperatur erwärmen.

Ich denke, Ihre Verwirrung entsteht, weil die von Ihnen zitierte Definition leicht missverstanden werden kann, wenn Sie sie nicht genau betrachten.

Versuchen wir es in zwei Teile aufzuteilen:

  1. Ein schwarzer Körper ist ein Körper, der die gesamte empfangene Strahlung absorbiert (oder äquivalent nichts davon reflektiert).

  2. Ein schwarzer Körper ist ein Körper, der durch die absorbierte Energie erwärmt wird und entsprechend Wärmestrahlung abgibt (tatsächlich schwarze Körperstrahlung, wenn er sich im thermischen Gleichgewicht mit der Umgebung befindet).

Wenn Sie genau hinsehen, sagt es nicht, dass ein solcher Körper nur durch die Strahlung erwärmt wird , die er absorbiert. Es sagt Energie .

Im konkreten Fall erhält eine eingeschaltete Glühbirne nur einen winzigen Bruchteil der Energie, die sie aufheizt, in Form von Strahlung aus der äußeren Umgebung. Der Rest (fast alles) wird durch elektrischen Strom geliefert, der von einem Draht getragen wird: Die Elektronen treffen auf die Wolframatome und lassen sie heftig vibrieren, und Sie wissen, dass Wärme nur kinetische Energie ist.

Dies erklärt, warum der Glühfaden (NICHT die ganze Glühbirne) eine gute Annäherung an einen schwarzen Körper ist. Es ist jedoch nicht perfekt, wie andere Benutzer erwähnt haben, da es kein perfekter Absorber ist (perfekte Absorber gibt es in der Natur nicht, soweit wir wissen).

Beachten Sie , dass der Glühfaden einer Glühbirne keine gute Annäherung an einen schwarzen Körper mehr darstellt, wenn Sie ihn ausschalten .

Eine andere (noch bessere) gute Annäherung an einen schwarzen Körper ist die Oberfläche der Sonne (oder eines Sterns). Es gibt sicherlich nicht so viel EM-Energie ab, weil es durch die Strahlung erwärmt wird, die von anderen Quellen absorbiert wird (die dennoch vorhanden sind). Vielmehr wird es durch die Hunderttausende Kilometer tiefer liegende Fusion erhitzt.

Eine einfache Aussage über das thermische Gleichgewicht wäre gut. Ein schwarzer Körper ist etwas, das die gesamte auf ihn einfallende Strahlung absorbiert und sich bei einer bestimmten Temperatur im thermischen Gleichgewicht befindet. Die Sonne ist kein großer Schwarzer Körper, weil unterschiedliche Wellenlängen aus Schichten mit unterschiedlichen Temperaturen entstehen.
Ich wage es nicht zuzustimmen. Tatsächlich erfordert die eigentliche Definition des schwarzen Körpers kein thermisches Gleichgewicht für den schwarzen Körper selbst. Das thermische Gleichgewicht ist jedoch wichtig bei der Definition der Schwarzkörperstrahlung , und Sie haben gut daran getan, meinen Beitrag dazu zu adressieren (tatsächlich habe ich ihn bearbeitet, um Ihre Vorschläge zu berücksichtigen). Tatsächlich ist die Definition der Strahlung eines schwarzen Körpers nur die Wärmestrahlung eines schwarzen Körpers, der sich in t befindet. Gleichgewicht mit seiner Umgebung. Siehe meinen anderen Kommentar unten, um Ihren anderen Einwand anzusprechen.
„Die Sonne ist kein großer Schwarzer Körper, weil unterschiedliche Wellenlängen aus Schichten mit unterschiedlichen Temperaturen entstehen.“ Wenn Sie sich auf die verschiedenen Schichten der Sonne beziehen, beachten Sie, dass, wenn die Sonne als gute Annäherung an einen schwarzen Körper dargestellt wird, im Allgemeinen gemeint ist, dass ihre Photosphäre eine gute Annäherung an einen schwarzen Körper ist (beachten Sie, dass ich ' the Oberfläche der Sonne"). Was es auch ist, wenn man Sonnenflecken auseinander lässt.
Beachten Sie schließlich, dass selbst ein perfekter Strahler im Allgemeinen nicht auf einer einzigen Frequenz für eine bestimmte Temperatur emittiert. Vielmehr hat es eine typische Frequenzverteilung für eine bestimmte Temperatur (die Anzahl der Frequenzen entspricht den für das System verfügbaren Schwingungsmodi, sodass Sie ein System, das aus einer großen Anzahl gekoppelter Teilchen besteht, als kontinuierlich betrachten können).
Nein, die Photosphäre ist kein schwarzer Körper, sonst könnten wir nur ihre Temperatur und ihren Emissionsbereich erfahren. Schauen Sie sich irgendein Sonnenspektrum an, um zu sehen, dass es trivialerweise keine Planck-Funktion ist.
Sicher, ist es nicht. Es ist nur eine Annäherung davon, wie ich oben sagte. Beachten Sie, dass Astronomen die Durchschnittstemperatur von Sternen aus ihrem Spektrum ableiten.
Wie ich sehe, sind Sie Astrophysiker, also möchte ich Sie in diesen Angelegenheiten nicht herausfordern. Beachten Sie nur, dass die Sonne 'als gute Annäherung an einen schwarzen Körper' keine seltsame Überzeugung von mir ist: Vielmehr wird darüber nicht nur auf Wikipedia-Seiten über Sonne, schwarzer Körper usw. berichtet (Seiten, die stark von Experten begutachtet werden). sondern auch in Physikbüchern.
Kommt darauf an, was man unter gut versteht. Hier ist ein Vergleich d32ogoqmya1dw8.cloudfront.net/images/introgeo/models/… Astronomen schließen die effektive Temperatur – nicht dasselbe.
Warum sind Glühbirnen schwarze Strahler?
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