Ist das sichtbare Lichtspektrum von "rotglühendem Glas" zumindest nahe an der Schwarzkörperstrahlung?

Kurz gesagt, für sichtbar transparente Materialien wie Glas können Sie dann hindurchsehen, selbst wenn sie rotglühend glühen. Die meisten Gläser haben eine starke Absorption im IR, also gibt es viel Absorption und Reemission. Aber sobald ein sichtbares Photon emittiert wird, besteht nur eine sehr geringe Wahrscheinlichkeit, dass es absorbiert wird.

Wird die sichtbare Emission immer noch die charakteristische Schwarzkörperform haben, die der tatsächlichen Temperatur des Materials entspricht? Für mich sieht es sicherlich so aus, aber wie kann man die Physik hinter der Schwarzkörperstrahlung von transparenten Körpern verstehen ?

In dieser wirklich netten Antwort erklärt @RobJeffries den Unterschied zwischen den Ideen der Wärmestrahlung und der Schwarzkörperstrahlung im Zusammenhang mit einer Quelle, die sich möglicherweise im thermischen Gleichgewicht befindet, die Strahlung jedoch möglicherweise nicht. Es lohnt sich, es ein oder zwei Augenblicke lang zu lesen, bevor Sie hier fortfahren.

Hier sind einige Bilder aus Wikipedia, um die Frage zu formulieren. Das erste von Blackbody zeigt den vertrauten Hohlraum im Strahlungsgleichgewicht mit einem kleinen Loch, um diese Strahlung abzutasten.

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Wenn Sie eine Glasbläserei , ein Studio oder eine Vorführung besuchen, werden Sie wahrscheinlich so etwas sehen, das ungefähr ähnlich ist (mit Ausnahme der Flammen).

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Das Glas wird über eine Kombination aus Absorption des Infrarotlichts und Kontakt mit den heißen Gasen durch die zu erwärmende Öffnung in den Ofen eingeführt.

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Wenn es wieder herausgezogen wird, leuchtet das Glas je nach Temperatur normalerweise rot, orange oder sogar gelb.

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...damit es weicher wird und sich besser formen lässt.

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Nehmen Sie für die Zwecke dieser Frage an, dass das Glas eine einheitliche Temperatur erreicht hat, entfernt wurde und die Strahlung von dem Glas gemessen wurde. Ich glaube, dass die meisten blasenfreundlichen Gläser, die in diesem Zusammenhang verwendet werden, zumindest einen großen Teil des Infrarots absorbieren.

Wenn ich das Original betrachte, erscheint mir das Glas optisch transparent, selbst wenn es heiß ist ( es ist wirklich ein schöner Effekt !)

Frage: Wird sich der sichtbare Teil der Strahlung immer noch einem Schwarzkörper-Spektrum annähern, obwohl das sichtbare Licht nicht mehrere Absorptionen und Re-Emissionen erfährt?

Hinweis: Wenn es sehr heiß ist, ist es sehr hell und daher ist es schwierig zu überprüfen, ob das Glas noch transparent ist, und ich werde nicht anfangen, jemanden zu irritieren, der heißes Glas hält, indem ich Laser auf ihn schieße!

Kommt auf die Farbe des Glases an. Es ist das gleiche Problem wie die selektive Absorption/Strahlung verschiedener Infrarotbänder durch Wasserdampf in der Atmosphäre. Will man das modellieren, braucht man einen Strahlungstransportcode, der alle möglichen Streuwege durch die Atmosphäre analysiert.
Der wichtigste Unterschied ist der Emissionsgrad, der die abgestrahlte Leistung bestimmt
Ich würde wetten, dass, da Glas (im sichtbaren Teil des Spektrums) mehr oder weniger gleichmäßig transparent aussieht, das Spektrum seiner Wärmestrahlung (im gleichen Bereich) in der Form dem Schwarzkörperspektrum folgen sollte, aber nicht in der Gesamtintensität. ziemlich gut. Dies entspricht dem Kirchhoffschen Gesetz.
@LLlAMnYP Glaubst du, du könntest das zu einer Antwort erweitern und zeigen, wie das mit dem Kirchhoffschen Gesetz mit Mathematik übereinstimmen würde? Danke!
Nun, hier ist eine Antwort. +1, wirklich, das ist eine sehr gut geschriebene Frage; Keine Ahnung, warum es nicht mehr positiv bewertet wird.
@LLlAMnYP Diese Frage verfolgt mich, seit ich ein kleines Kind war und mir eine Glasbläser-Demo ansah. Schwarzer Körper mit einer sichtbaren "Kerbe" von Transparenz - was bedeutet das? Danke für deine Hilfe!

Antworten (2)

Bearbeiten: Bitte beachten Sie den wichtigen Vorbehalt Nr. 2 unten.

Die russische Wikipedia-Seite zum Kirchhoffschen Gesetz der Wärmestrahlung ist einfacher und kürzer als die englische Version, enthält jedoch die Antwort auf die Frage, die in der englischen Version fehlt. Übersetzung folgt:

Körper, deren Absorptionsvermögen frequenzunabhängig ist, werden als „graue Körper“ bezeichnet. Ihr Emissionsspektrum hat die gleiche Form wie ein Schwarzkörperspektrum.

Das Kirchhoffsche Gesetz besagt:

R ( ω , T ) A ( ω , T ) = F ( ω , T )

Wo A ist das (temperatur- und frequenzabhängige) Absorptionsvermögen des Objekts, F ist das Schwarzkörperspektrum und R ist das Emissionsspektrum des Objekts.

Eine hochwertige Glasprobe verursacht keine wahrnehmbaren Farbveränderungen (naja, das tut es, und Sie können dies von einem Prisma aus sehen, aber das ist jetzt nebensächlich), daher kann man mit Sicherheit sagen, dass dies im sichtbaren Teil von Das Spektrum A ist konstant. In diesem Fall ist das Emissionsspektrum von heißem Glas

R ( ω , T ) = A ( T ) F ( ω , T )

dh proportional zum Schwarzkörper-Spektrum (in sichtbaren Frequenzen, wir diskutieren gerade keine anderen) mit einem frequenzunabhängigen Koeffizienten.

Achtung: Raumtemperatur A Vielleicht ω -unabhängig. Hohe Temperatur A muss diese Eigenschaft nicht behalten, obwohl sie es bis zu einem gewissen Grad tun könnte.

Vorbehalt Nr. 2: Die menschliche Wahrnehmung ist eine schreckliche Methode, um das Absorptionsspektrum von Glas zu beurteilen. Ein Mensch ist sensibel für den Wert 1 − A ( ω ) und wie einheitlich es ist. Ein gutes Glas ist hochtransparent und absorbiert wahrscheinlich viel weniger als es reflektiert (4% IIRC). Aber ein Mensch wird nicht in der Lage sein, zwischen ihnen zu unterscheiden A ( 700 N M ) ≈ 0,01 Und A ( 400 N M ) ≈ 0,001 (Zahlen von der Spitze meines Kopfes genommen). Dadurch wird das Wärmestrahlungsspektrum vollständig verzerrt.

EDIT: Hier sind einige Daten zum komplexen Brechungsindex von Quarzglas. Siehe Seite 7 unten. Es scheint, dass die Absorption von Glas im sichtbaren Spektrum tatsächlich recht gleichmäßig ist. k ( 400 N M ) = .7 ⋅ 10 − 7 ; k ( 700 N M ) = 1.1 ⋅ 10 − 7 , was ein ganzes Stück gleichmäßiger ist, als ich ursprünglich erwartet hatte. Dadurch ist das Emissionsspektrum von Glas im Vergleich zu Schwarzkörper etwas rotverschoben, aber nicht drastisch.

Sehr schön! Zumindest bei einigen hochreinen Gläsern (z. B. SiO2-Glas) und kleinen Objektgrößen oder Wanddicken besteht daher eine gute Chance, dass das Spektrum einem Schwarzkörperspektrum nahe kommt. Vielen Dank für das Finden und Übersetzen!
@uhoh Ich wollte gerade kommentieren, dass "wahrscheinlich nein, weil Vorbehalt Nr. 2", aber siehe neueste Bearbeitung, hochwertiges Quarzglas ist in der Tat sehr gleichmäßig.
Glas ist eine erstaunlich vielfältige Materialgruppe. Es ist wirklich faszinierendes Zeug. Ein wirklich spezieller Fall ist Singlemode-Glasfaser. Bei etwa 1,5 μ sind es umwerfende 0,2 dB / km, und selbst im sichtbaren Bereich ist es mindestens 100-mal besser als "normales optisches Siliziumdioxid" wie das in Ihrem Link. Sie stellen es aus extrem reinem SiO2 her, das eigentlich aus "Siliziumrauch" - Flammenhydrolyse von Silan und Sauerstoff - gewonnen wird. So habe ich es zumindest in Erinnerung. Verrücktes Zeug!

Wenn Sie hindurchsehen können, dann ist es keine Schwarzkörperstrahlung.

Ein schwarzer Strahler muss auftreffendes Licht aller Wellenlängen absorbieren und sich im thermischen Gleichgewicht befinden. dh es muss bei allen Wellenlängen "optisch dick" sein.

Sie kann ein der Planck-Funktion ähnliches Spektrum haben, wenn das partielle Absorptionsvermögen von der Wellenlänge unabhängig ist. Das schlägt LLlAMnYP vor.

Ist das sichtbare Lichtspektrum von "rotglühendem Glas" zumindest nahe an der Schwarzkörperstrahlung?
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