Leslie-Würfel: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 21. Februar 2022, 15:09 Uhr

Zwei Ansichten eines Leslie-Würfels mit einer Wärmebildkamera im Vergleich mit Schwarz-weiß-Bildern im sichtbaren Bereich

Ein Leslie-Würfel ist ein würfelförmiges Gerät, welches zur Messung der Wärmestrahlung von Oberflächen in Abhängigkeit von deren Beschaffenheit geeignet ist. Es ist nach dem Physiker John Leslie benannt.

Der Würfel besteht beispielsweise aus Messing und kann innen mit einer Flüssigkeit, beispielsweise Wasser gefüllt werden. Die homogene Temperatur der Flüssigkeit erwärmt die Außenflächen des Würfels gleichmäßig, so dass bei der berührenden Messung mit einem Thermometer alle Seiten die gleiche Oberflächentemperatur haben.

Die Oberfläche verschiedenen Seiten wird unterschiedlich behandelt, insbesondere:

metallisch poliert
matt-schwarz (Ruß)
weiß
aufgerauht

Mit Hilfe einer Wärmebildkamera oder einem Pyrometer kann die abgegebene Wärmestrahlung erfasst werden. Es zeigt sich, dass die Seite mit der polierten, metallischen oder einer weißen Oberfläche am wenigsten Strahlung emittiert, während eine rußgeschwärzte Seite am meisten Wärme emittiert. Aus dem Kirchhoffschen Strahlungsgesetz kann abgeleitet werden, dass die Oberflächen mit geringem Emissionsvermögen die von außen auftreffende Strahlung stark reflektieren, während Oberflächen mit hohem Emissionsvermögen auch ein hohes Absorptionsvermögen für Strahlung haben.

Zu beachten ist dabei, dass die Reflexionseigenschaften und das damit zusammenhängende Emissionsvermögen bei den meisten Körpern vom Spektrum abhängig sind, siehe Schwarzer Körper, Abschnitt Farbeindruck. Der Schwarze Körper, der jede Strahlung absorbiert und aus der daraus folgenden Erwärmung gespeist, eine Strahlung mit einer Verteilung nach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz emittiert, ist eine Idealisierung.

Dies zeigen auch die folgenden Beispiele für den visuellen Farbeindruck und das spektrale Absorptionsvermögen:

Schnee und Eis haben im Bereich des sichtbaren Lichts (400–750 nm) ein hohes Reflexionsvermögen, im nahen und fernen Infrarot erscheinen sie dagegen fast schwarz^[1].
Eine metallisch polierte Oberfläche kann durch eine aufgeklebte Klarsichtfolie im infraroten Bereich fast schwarz erscheinen^[2]

Literatur

Einzelnachweise

↑ Optische Eigenschaften von Eis und Schnee. (HTML) European space Agency (ESA), 2014, abgerufen am 21. Dezember 2021 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 149: attempt to index field 'data' (a nil value)).
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[1] Optische Eigenschaften von Eis und Schnee. (HTML) European space Agency (ESA), 2014, abgerufen am 21. Dezember 2021 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 149: attempt to index field 'data' (a nil value)).

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-{{Belege}}
 [[Datei:LesliesCube.png|mini|Zwei Ansichten eines Leslie-Würfels mit einer [[Wärmebildkamera]] im Vergleich mit Schwarz-weiß-Bildern im sichtbaren Bereich]]
-Der nach dem Physiker [[John Leslie (Physiker)|John Leslie]] benannte Würfel wird zur Messung von Wärmeübertragung von Objekten verwendet.
+Ein '''Leslie-Würfel''' ist ein [[Würfel (Geometrie)|würfelförmiges Gerät]], welches zur Messung der Wärmestrahlung von Oberflächen in Abhängigkeit von deren Beschaffenheit geeignet ist. Es ist nach dem [[Physiker]] [[John Leslie (Physiker)|John Leslie]] benannt.
-Er besteht aus einem Messingwürfel mit je einer polierten und einer schwarz gestrichenen Seite, sowie zwei unbehandelten Seiten. Der Würfel ist mit Wasser gefüllt, welches erhitzt werden kann, wodurch die für die Messung der Abstrahlungsleistung wichtige Temperatur der Oberfläche geregelt werden kann.
-Siehe dazu auch das [[Stefan-Boltzmann-Gesetz]].
-In neuerer Zeit wird der Leslie-Würfel mit je einer schwarzen und weißen Seite sowie einer polierten und einer unbehandelten (rauen) Seite gehandelt.
+Der Würfel besteht beispielsweise aus [[Messing]] und kann innen mit einer Flüssigkeit, beispielsweise Wasser gefüllt werden. Die homogene Temperatur der Flüssigkeit erwärmt die Außenflächen des Würfels gleichmäßig, so dass bei der berührenden Messung mit einem Thermometer alle Seiten  die gleiche Oberflächentemperatur haben.
-Mit dem Leslie-Würfel kann gezeigt werden, dass raue Körper mehr Strahlungsenergie abgeben als glatte, wenn die Umgebungstemperatur geringer ist, als die des Körpers. Vor allem aber auch, dass die Farbe des Würfels bei der Wärmeemittierung keine Rolle spielt und dass verspiegelte Oberflächen am wenigsten Energie abgeben. Mittels des [[Kirchhoffsches Strahlungsgesetz|kirchhoffschen Strahlungsgesetz]] kann so auch ein Rückschluss auf die Fähigkeit Energie zu absorbieren getroffen werden.
+Die Oberfläche verschiedenen Seiten wird unterschiedlich behandelt, insbesondere:
+* metallisch poliert
+* matt-schwarz (Ruß)
+* weiß
+* aufgerauht
+Mit Hilfe einer [[Wärmebildkamera]] oder einem [[Pyrometer]] kann die abgegebene Wärmestrahlung erfasst werden. Es zeigt sich, dass die Seite mit der polierten, metallischen oder einer weißen Oberfläche am wenigsten Strahlung emittiert, während eine rußgeschwärzte Seite am meisten Wärme emittiert. Aus dem [[Kirchhoffsches Strahlungsgesetz|Kirchhoffschen Strahlungsgesetz]] kann abgeleitet werden, dass die Oberflächen mit geringem Emissionsvermögen die von außen auftreffende Strahlung stark reflektieren, während Oberflächen mit hohem Emissionsvermögen auch ein hohes Absorptionsvermögen für Strahlung haben.
+Zu beachten ist dabei, dass die Reflexionseigenschaften und das damit zusammenhängende Emissionsvermögen bei den meisten Körpern vom Spektrum abhängig sind, siehe [[Schwarzer Körper]], Abschnitt [[Schwarzer Körper#Farbeindruck|Farbeindruck]]. Der Schwarze Körper, der jede Strahlung absorbiert und aus der daraus folgenden Erwärmung gespeist, eine Strahlung mit einer Verteilung nach dem [[Stefan-Boltzmann-Gesetz]] emittiert, ist eine Idealisierung.
+Dies zeigen auch die folgenden Beispiele für den visuellen Farbeindruck und das spektrale Absorptionsvermögen:
+* Schnee und Eis haben im Bereich des sichtbaren Lichts (400–750&nbsp;nm) ein hohes Reflexionsvermögen, im nahen und fernen Infrarot erscheinen sie dagegen fast schwarz<ref>{{Internetquelle |url=https://www.esa.int/SPECIALS/Eduspace_Global_DE/SEM1L7WWVUG_0.html|titel=Optische Eigenschaften von Eis und Schnee|hrsg=European space Agency (ESA)|datum=2014|format=HTML|sprache=DE|zugriff=2021-12-21}}</ref>.
+* Eine metallisch polierte Oberfläche kann durch eine aufgeklebte Klarsichtfolie im infraroten Bereich fast schwarz erscheinen<ref>{{Literatur |Titel=Lehrbuch zur Experimentalphysik Band 2: Kontinuumsmechanik und Thermodynamik|Hrsg=Joachim Heintze, Peter Bock|Verlag=Springer-Verlag|Ort=Berlin, Heidelberg|Datum=2016|ISBN=978-3-662-45767-2|Kapitel=7.1 Eigenschaften der Wärmestrahlung|Sprache=de}}</ref>
+== Literatur ==
+* {{Literatur |Titel=Lehrbuch zur Experimentalphysik Band 2: Kontinuumsmechanik und Thermodynamik|Hrsg=Joachim Heintze, Peter Bock|Verlag=Springer-Verlag|Ort=Berlin, Heidelberg|Datum=2016|ISBN=978-3-662-45767-2|Kapitel=7.1 Eigenschaften der Wärmestrahlung|Sprache=de}}
+* {{Literatur |Titel=Mechanik und Wärmelehre|Autor=Stefan Roth, Achim Stahl|Verlag=Springer-Verlag|Ort=Berlin, Heidelberg|Datum=2016|ISBN=978-3-662-45303-2|Kapitel=21.4.3 Wärmestrahlung|Sprache=de}}
+== Einzelnachweise ==
+<references />
 [[Kategorie:Thermodynamik]]