Rotglut
Wer die Ursache für die Entstehung von Rotglut bei Temperaturerhöhung verstehen will,
muss einiges über die elektromagnetische Strahlung wissen
Die elektromagnetische Strahlung lässt sich nicht - wie die vorher beschriebenen Vorgänge - mit Hilfe von Bildern, die wir aus dem Alltag kennen (Kugeln) erklären, denn sie besteht aus „Wellen“.
Daran muss man sich erst einmal gewöhnen!
Man kennt Wellen im Wasser. Man hat vielleicht als Kind einmal probiert, ein Seil das auf einer Seite befestigtes war, so zu schwingen, dass eine oder mehrer Wellen entstehen. Notfalls kann man sich noch vorstellen, dass Schallwellen durch die Luft transportiert werden.
Aber die Sonnenstrahlen gelangen in „Wellen“ durch den luftleeren Raum zu uns.
1. Wie Strahlung entsteht
Elektrisch geladene Elementarteilchen (Elektronen, Protonen) können Wärme in Strahlung umwandeln
Sie tauschen ständig Wärme mit der Umgebung aus. Wenn sie dabei in Schwingungen geraten, können sie ihre Schwingungsenergie in Form von Strahlung abgeben.
2. Strahlung als „Welle“
Die abgegebene Strahlung wird durch die Wellenlänge charakterisiert:
Es gibt harmlose langwellige Strahlung. Deren Wellenlängen können wir mit den uns vertrauten Maßen (km, m, mm) angeben.
Die Wellenlängen der harten gefährlichen Strahlung sind viel kleiner. Um sie zu beschreiben, brauchen wir ungewohnte Längenmaße:
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Teile und Vielfache
vom Meter
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Symbol
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Bezeichnung
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Zehnerpotenz
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billionstel Meter
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pm
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Pikometer
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10-12 m
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milliardstel Meter
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nm
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Nanometer
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10-9 m
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millionstel Meter
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µm
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Mikrometer
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10-6 m
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tausendstel Meter
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mm
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Millimeter
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10-3 m
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Meter
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m
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Meter
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100 m
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tausend Meter
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km
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Kilometer
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103 m
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3. Die Arten der Strahlung und ihre Wellenlängen der Temperatur eines Körpers
und seiner abgegebenen Strahlung.können durch Energiezufuhr in Schwingungen geraten.
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Gammastrahlung
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0,01 bis 10 pm
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Gammastrahlung entsteht bei radioaktiven Vorgängen,
zum Beispiel bei der künstlichen und natürlichen Spaltung von Atomkernen.
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Röntgenstrahlung
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10 nm bis 10µm
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Röntgenstrahlung entsteht im Bereich der inneren Elektronen von großen Atomen. Sie werden in der medizinischen Diagnostik genutzt. Sie können Krebs erzeugen, aber auch heilen.
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Ultraviolette Strahlung
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10 µm bis 400 nm
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Ultraviolette Strahlung (UV-Strahlung) entsteht im bereich der Elektronen. Wir empfangen sie von der sonne. Sie kann Sonnenbrand erzeugen.
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Sichtbares Licht
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400 bis 750 nm
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Sichtbares Licht entsteht im Bereich der Valenzelektronen:
Unser Auge kann es wahrnehmen.
(siehe unten)
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Infrarote Strahlung
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750 nm bis 1 mm
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Infrarote strahlung (IR.strahlung) entsteht, wenn Atome und Moleküle schwingen. Wir können wir nicht sehen, aber auf der Haut als Wärme spüren.
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Mikrowellen
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1 mm bis 30 cm
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Mikrowellen entstehen durch Schwingungen von Elektronen in Metallen. Wir nutzen sie im Mikrowellenhard, bei der Überwachung von Flug- Schiffs- und Autoverkehr durch Radarmessungen, ferner im Satellitenfernsehen.
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Radiowellen
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12 cm bis 1m
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Bekannt als UKW-, Kurz-, Mittel- und Langwellen zur Nachtrichtenübertragung.
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Seite erklärt den Zusammenhang
zwischen
Was wir über Strahlung wissen
Wir kennen die Sonnenstrahlen und wissen,
dass das (fast) weiße Sonnenlicht durch Tröpfchen in der Luft oder geeignete Spiegel
in die „Regenbogenfarben“ zerlegt werden kann.
Wir wissen auch,
dass wir von der Sonne die angenehme „Infrarot- Strahlung“ (Wärmestrahlung) empfangen,
und wir kennen wir die Ultraviolett- Strahlung,
die den Sonnenbrand erzeugt.
Ferner liest man gelegentlich etwas über die Röntgenstrahlung,
vor der man sich mit Bleischürzen schützen muss,
oder über die gefährliche Höhenstrahlung,
die uns hier auf der Erdoberfläche zum Glück nicht erreicht.
Bei derjenigen Strahlung, die zum Übermitteln von Nachrichten gehört,
wird der Begriff "Strahlung" im Alltag meistens nicht verwendet,
man spricht imZusammenhang mit Radiosendungen von Lang-, Mittel, Kurz- und Ultrakurzwellenbereichen. denn die energie der Strahlung wird oft durch Wellenlängen angegeben..
Wie Strahlung entstehen kann
Alle elektrisch geladene Teilchen (Elektronen, Protonen)
- also nicht nur Atomrümpfe -
Wenn sie danach in den Grundzustand zurückkehren,
geben sie ihre Schwingungsenergie in Form von elektromagnetischer Strahlung ab.
Je nach Art des geladenen teilchens
(Proton im Kern, Elektron iauf einer bestimmten schale in der Hülle)
ist die energie, die für die Schwingung aufgenommen wird, ,
und entsprechen die energie der abgegebenen Strahlung
größer oder kleiner
Es gibt verschiedene Methoden, um die energie der Strahlung zu messen.
Wir betrachten im folgenden die Strahlung als Welle:
Je eneriereicher die Strahlung, desto kleiner die Wellenlänge.
Alle Körper senden auch bei Zimmertemperatur energiearme strahlung aus;
Strahlung aus
aber wir bemerken wir nicht,
denn wir haben kein dafür geeignetes Organ.
Bei höherer Temperatur kann die Strahlung sichtbar sein.
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10-15 m
(fm)
10-12 m
(pm)
10-9 m
( nm)
10-6 m
(ym)
1 mm
1m
10 km
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Gammastrahlung
(<10 pm)
Röntgenstrahlung
10 pm - 1 nm
UV-Strahlung
200 - 380 nm
sichtbare Strahlung
(380 - 780 nm)
IR_Strahlung
780 nm - 1 mm
Mikrowellen
(10 cm - 1m)
Rundfunkwellen
- UKW (<10m)
- kurz (<180m)
- MW (<650m)
- LW (<10
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10-15 m
(fm)
10-12 m
(pm)
10-9 m
( nm)
10-6 m
(ym)
1 mm
1m
10 km
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Gammastrahlung
(<10 pm)
Röntgenstrahlung
10 pm - 1 nm
UV-Strahlung
200 - 380 nm
sichtbare Strahlung
(380 - 780 nm)
IR_Strahlung
780 nm - 1 mm
Mikrowellen
(10 cm - 1m)
Rundfunkwellen
- UKW (<10m)
- kurz (<180m)
- MW (<650m)
- LW (<
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km)
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Die Wellenlänge ist ein Maß für die Energie der Strahlung:
Kurze Wellen: energiereiche Strahlung
lange Wellen: energiearme Strahlung
Das gesamte elektromagnetische Spektrum reicht von der gefährlichen Gammastrahlung, die im Bereich der Atomkerne entsteht,
bis hin zu den harmlosen Rundfunkwellen.
Die sichtbare Strahlung
ist nur ein kleiner Ausschnitt daraus.
Unser Auge nimmt Strahlung als farbiges Licht wahr,
wenn deren Wellenlänge zwischen 380 bis 780 nm liegt. (1 nm = 10-9 m)
und kann die verschiedenen Wellenlängen als Farben unterscheiden
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Bei jeder Temperatur senden alle Körper - auch die M metalle - einen Bereich dem Spektrum der Strahlung aus
Diese Bereich ist temperaturabhängig. Seine untere Grenze ist die extrem langweillige energiearme Strahlung, seine ober Grenze hängt von der Temperatur ab. Dazwischen liegt ein Maximum. Die ausgesendete Strahlung lässt sich durch Kurven darstellen.
und verschiebt sich bei steigender Tempertur auf der anderen Seite ist durch die Temperatur vorgegeben und verschiebt sich mit steigender Temperatur verschiebt sich das Spektrum in richtung auf die kurzwellige Strahlung. Dazwischen gibt es ein maximum. Die Kurve, die das beschreibt. ist bei höherer Temperatur breiter und flacher.
Alle Körper senden Strahlung aus.
Die sichtbare Strahlung
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Die verschiedenen Bereiche des sichtbaren Lichtes - angeordnet nach ihrer Wellenlänge -
kennen wir als Regenbogenfarben.
Jenseits von rot liegt die infrarote Strahlung (IR),
die wir als Wärmestrahlung auf der Haut spüren können.
Jenseits von violett liegt die ultraviolette Strahlung (IR),
die auf der Haut Brandblasen erzeugen kenn.
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Glühfarbe, die wir beobachten können:
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Bei Zimmertemperatur
und darüber
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liegt die Strahlung im infraroten Bereich. Wir können sie nicht sehen.
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ab 400 °C
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beginnt die Strahlung den sichtbaren Bereich zu erreichen.
Die dann ausgestrahlte Farbe (mehr grau als rot) ist allenfalls im Dunkeln zu erkennen,
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ab etwa 525 °C
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ist Rotglut zu erkennen und wird mit steigender Temperatur deutlicher.
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ab 700 °C
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ist sie dunkelrot
(Bei dieser Temperatur können Lote schon geschmolzen sein!)
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ab 800 °C
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Helle Rotglut
Einige Legierungen beginnen zu schmelzen.
Auf die Oberflächen der geschmolzenen Metalle spiegelt sich das Tageslicht und überdeckt die Glühfarbe.
Im Dunkeln ist die Glühfarbe zu erkennen.
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ab 1100 °C
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Gelbglut.
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Zusammenhang zwischen ausgesendeter Strahlung und Glühfarbe
Bei etwa 400°C erreicht ie den sichtbaren bereich, bei höherer Temperatur wird der sichtbare Bereich breiter und umfasst einen breitere Bereich aus dem sichtbaren Spektrum.
Woir sehen also nicht eine einzige spektralfarbe, sonderen immer eine Mischung aus denjenigen Spektralfarben, die bei der erreichten Temperatur aktiviert sind.
Je höher die Temperatur ist, umso höher sind Frequenz und Energie der Strahlung und umso kürzer ist die Wellenlänge. Bei einer definierten Temperatur strahlt der Körper allerdings nicht nur bei einer einzigen Frequenz bzw. Wellenlänge, sondern erreicht an diesem Punkt ein Intensitätsmaximum in einem bestimmten Wellenlängenbereich. Daneben findet man noch eine ganze Reihe benachbarter Wellenlängen, deren Intensität jedoch umso mehr abnimmt, je weiter sie vom Maximum entfernt sind. So strahlt z.B. unsere Sonne bei einer Oberflächentemperatur von rund 5600 K die meiste Energie im Bereich von Infrarot und sichtbarem Licht aus, ihr Spektrum reicht jedoch vom UV, ja sogar vom Röntgenlicht bis in den langwelligen Radiobereich.
