Techniklexikon

Schwarzer Körper

Farbtemperatur Atom- und MolekülphysikThermodynamik und statistische Physik, schwarzer Strahler, Schwarzkörperstrahler, Körper, der dadurch ausgezeichnet ist, dass er die gesamte auftreffende Energie der elektromagnetischen Strahlung unabhängig von der Einfallsrichtung und Polarisation absorbiert. Seine Eigenschaften sind materialunabhängig und lediglich durch die Temperatur definiert, sein Absorptionsvermögen a_n ist für alle Frequenzen n konstant eins, d.h. a_n = 1.

Im Gegensatz zum schwarzen Körper besitzt der weisse bzw. spiegelnde Körper ein Absorptionsvermögen a_n = 0, d.h. er kann keine Strahlung absorbieren. Für einen schwarzen Körper ist die Emission K gleich der Strahlungsdichte J und steht über  mit der Energiedichte u in Beziehung. Die Emission eines nicht schwarzen Körpers mit einem Absorptionwert  hingegen wird durch die Beziehung  gegeben.

Die Energiedichte u ist eine Funktion der Frequenz n und der absoluten Temperatur T und nach dem Wienschen Gesetz allgemein gegegen durch

Die Funktion f ist hierin noch nicht explizit bestimmt. Erst Max Planck gelang durch Einführung der Energiequanten-Hypothese die allgemeingültige explizite Herleitung in Gestalt der Planckschen Strahlungsformel.

Die experimentelle Anordnung, die dem Konzept des Schwarzkörperstrahlers am nächsten kommt, ist ein Hohlraum mit einer kleinen Austrittsöffnung (Hohlraumstrahler), dessen Wände auf konstanter Temperatur gehalten werden. Die Strahlung kann durch ein kleines Loch in einer der Wände austreten. Diese Anordnung ist in Abb. 1 dargestellt. Abb. 2 zeigt die spektrale Intensitätsverteilung eines schwarzen Strahlers nach der Planckschen Strahlungsformel.

schwarzer Körper 1: Modell des Schwarzkörperstrahlers als Hohlraumstrahler.

schwarzer Körper 2: Spektrale Intensitätsverteilung des Schwarzkörperstrahlers nach der Planckschen Strahlungsformel bei verschiedenen Temperaturen.