Elektrodynamik und Optik - Fachbereich Physik der Universität ...

Elektromagnetische Schwingungen und Wellen – Überleitung zur Optik 159
Dabei ist σ die Stefan-Boltzmann-Konstante, eine Naturkonstante:
σ = 5,6703⋅10 −8
W
m ⋅ K
2 4
(Josef Stefan (Entdeckung), slowenischer Mathematiker und Physiker, 1835-1893, und Ludwig Boltzmann
(theor. Begründung), österreichischer Physiker und Philosoph, 1844-1906)
Außerdem verschiebt sich das Maximum der spektralen Energiedichte mit
zunehmender Temperatur zu kleineren Wellenlängen λ. Diesen Sachverhalt
beschreibt das Wien’sche Verschiebungsgesetz:
λmax ⋅ T = const . ≈ 2880 µm⋅ K .
(Wilhelm Wien, Physik-Nobelpreis 1911, 1865-1928)
Frage: Beim Schmieden von Metallen können Sie Eisen auf Rotglut oder auf
Weißglut bringen. Bei welcher Farbe hat das Eisen eine höhere Temperatur?
Warum? (Rotglühendes Eisen hat nur den Rotanteil des sichtbaren Spektrums, ist also nach dem Wien’schen Verschiebungsgesetz kälter; weißes Eisen hat jedoch alle Anteile des sichtbaren Spektrums, also
auch die kurzwelligen blauen Anteile, und ist damit wesentlich heißer.)
Auf diesem Zusammenhang beruht eine wichtige Methode zur
Temperaturmessung, die beispielsweise in der Astronomie häufig benutzt wird:
Man bestimmt die Wellenlänge, bei der die Temperaturstrahlung eines Körpers
am intensivsten ist.
Beispiel: Die Sonne strahlt am stärksten bei λmax ≈ 550 nm (grün). Daraus
schließt man auf eine Temperatur von etwa 5000 K.
6.5 Röntgenstrahlung
Versuch: In einer evakuierten Glasröhre befinden sich eine Anode und eine
Glühkathode, die durch die Spannung UH geheizt wird. Zwischen Anode und
Kathode liegt eine Hochspannung von U ≈ 10 kV an, die die aus der Glühkathode
austretenden Elektronen stark beschleunigt. Die Anode bremst die schnellen
Elektronen beim Auftreffen in wenigen Atomabständen rapide ab, wobei ein
Großteil deren kin. Energie in Wärme übergeht, ein geringer Anteil jedoch als
Röntgenstrahlung (d.h. EM-Strahlung mit Wellenlängen im Sub-Nanometer-
Bereich) abgestrahlt wird. Mit einem Zählrohr lässt sich diese an der Anode
erzeugte Röntgenstrahlung nachweisen. Deshalb spricht man bei dieser
Anordnung auch von einer Röntgenröhre.
.
A1.3 Farbtemperatur
(Wien’sches
Verschiebungsgesetz)
(auch als Simulation)