Wärmestrahlung untersuchen

Der dritte Wärmetransportweg kommt ohne Materie aus. Wärmestrahlung ist elektromagnetische Strahlung (Infrarot), die jeder warme Körper aussendet und die sich wie Licht ausbreitet: geradlinig, reflektierbar, absorbierbar. Drei Zielsetzungen untersuchen sie: Nachweis (spürbar neben der Heizquelle, ohne Leitung und Strömung), Absorption (schwarz gegen blank, der Farbeffekt) und Reflexion (Umlenken mit Metallflächen).

Strahlung ist der Wärmeweg der großen Distanzen. Die Sonne heizt die Erde durch 150 Millionen Kilometer Vakuum, und das geht nur so. Absorptions- und Reflexionsverhalten erklären dunkle Sommer-Autos, weiße Häuser im Süden, Rettungsdecken, Thermoskannen-Verspiegelung und die Erdklima-Bilanz. Kaum ein Wärmethema reicht weiter in den Alltag.

William Herschel entdeckte 1800 die Infrarotstrahlung mit einem Thermometer hinter dem roten Ende des Sonnenspektrums; Kirchhoff verband 1859 Absorption und Emission, Stefan und Boltzmann fanden das Strahlungsgesetz. Heute bilanziert die Klimaphysik den Planeten exakt über diese Strahlungsregeln.

Positioniere das schwarze Empfänger-Plättchen um die Ecke (keine Sichtlinie zum Strahler) und lenke die Strahlung mit der Metallplatte darauf. Vergleiche: ohne Spiegel, mit Metallspiegel, mit schwarz lackierter Platte gleicher Form, und prüfe die Winkelabhängigkeit.

Wenn Wärmestrahlung Strahlung ist, muss sie dem Reflexionsgesetz gehorchen. Eine passend gestellte Metallfläche sollte sie um die Ecke auf den Empfänger werfen: messbare Erwärmung ohne Sichtlinie zur Quelle. Die schwarze Kontrollplatte trennt die Erklärungen. Sie steht genauso da, absorbiert aber, statt zu reflektieren. Bleibt der Empfänger dann kalt, ist die Umlenkung echte Spiegelung und kein Nebeneffekt der Platte an sich.

Abschirmwand (Pappe) verhindert jede direkte Sicht Quelle-Empfänger; die Umlenkplatte wird auf etwa 45 Grad justiert.

Grundriss: Strahler, Abschirmwand, dahinter der Empfänger; die Umlenkplatte an der Ecke mit Einfalls- und Ausfallsrichtung.

Aufbau: Heizstrahler (500 W) auf Stativ; zwei baugleiche Alu-Plättchen (eines mattschwarz lackiert, eines blank) mit rückseitig angeklebten Digitalfühlern, symmetrisch im gleichen Abstand; polierte Metallplatte (oder Rettungsdecke auf Pappe) als Umlenkspiegel.

(a) Ohne Umlenkplatte: 3 min messen (Referenz). (b) Metallplatte im 45-Grad-Winkel: 3 min. (c) Schwarze Platte gleicher Stellung: 3 min. (d) Metallplatte deutlich verdreht: Wirkung?

Die Umlenkung funktioniert und ist echte Reflexion: Nur die richtig gestellte Metallplatte heizt den Empfänger hinter der Wand (+4,5 K). Ohne Platte kommt nichts an, die schwarze Doppelgängerin liefert fast nichts (sie wird selbst heiß: Absorption statt Spiegelung), und der verdrehte Spiegel verliert das Ziel. Die Winkelabhängigkeit ist dieselbe wie beim Lichtspiegel: Das Reflexionsgesetz gilt auch im Infraroten.

Damit ist die Rettungsdecke erklärt: Ihre Metallschicht wirft die Körper-Wärmestrahlung auf den Körper zurück (goldene/silberne Seite je nach Einsatz), eine tragbare Version unserer Umlenkplatte. Ebenso funktionieren Reflektoren hinter Heizkörpern, verspiegelte Thermoskannen-Innenwände und Feuerwehr-Hitzeschutzanzüge. Wärme lässt sich spiegeln, bündeln und aussperren wie Licht, weil sie Licht ist, nur langwelliger.

Wärmestrahlung folgt dem Reflexionsgesetz: Metallflächen lenken sie winkeltreu um die Ecke (+4,5 K ohne Sichtlinie), schwarze Flächen schlucken, statt zu spiegeln. Die Licht-Analogie der Wärmestrahlung ist vollständig, die Grundlage von Rettungsdecke bis Thermoskanne.

Der Um-die-Ecke-Aufbau muss dicht sein: