Obwohl die Welt voller leuchtender Körper ist, weiß man lange Zeit nur wenig über die physikalischen Gesetzmäßigkeiten der Erzeugung von Licht.
Warum leuchtet ein Stück Draht bei einer bestimmten Temperatur rot, bei einer anderen weiß?
Gustav Robert Kirchhoff zeigt 1860, dass ein Körper nur Licht von einer Farbe aussendet, die er auch absorbieren kann. Ein Körper, der alles Licht absorbiert, also schwarz ist, sendet Licht in allen Farben aus, wenn er aufgeheizt wird. Der Schwarze Körper ist eine ideale Lichtquelle, denn das Farbspektrum hängt nur von seiner Temperatur ab.
Ein perfekter Schwarzer Körper kommt jedoch in der Natur nicht vor. Er lässt sich aber experimentell durch einen Hohlraum im Strahlungsgleichgewicht annähernd realisieren. Ein solches Modell des Schwarzen Körpers konnte erstmals in den 1890er-Jahren in der Berliner Physikalisch-Technischen Reichsanstalt (PTR) in brauchbarer Qualität gebaut und für Messungen verwendet werden.
Am „Schwarzen Körper“ im lichttechnischen Labor der PTR führten Otto
Lummer, Ernst Pringsheim, Ferdinand Kurlbaum und Heinrich Rubens Messungen zur sogenannten Schwarzkörperstrahlung durch. Diese führten zunächst zum Wien’schen Strahlungsgesetz. Allerdings zeigten weiterführende Messungen Differenzen zwischen der Theorie und den experimentellen Daten.
Erst durch Max Plancks neues, am 19.10.1900 vorgestelltes Strahlungsgesetz
konnte die Schwarzkörperstrahlung korrekt für alle Temperaturen
und über alle Wellenlängen theoretisch beschrieben werden.
Ungewollt löst er dadurch eine Revolution in der Physik aus.
Der Schwarze Körper aus dem Versuchslabor der Physikalisch-
Technischen Reichsanstalt (PTR), |
Der Schwarze Körper ist ein auf hohe Temperaturen erhitzter Hohlzylinder. Die Schwarzkörperstrahlung tritt durch ein kleines Loch an seiner Stirnseite aus. Sie kann mit Hilfe verschiedener Instrumente wie Bolometern und Spektrometern genau vermessen werden. Ein Schwarzer Körper absorbiert vollständig alle auf ihn auftreffende elektromagnetische Strahlung unabhängig von ihrer Wellenlänge und erscheint daher schwarz. Befindet sich ein solcher Körper im Wärmegleichgewicht, gibt er Strahlung wie Licht oder Wärmestrahlung ab, deren Intensitätsverteilung nur von der Temperatur, nicht aber vom Material des Körpers abhängt. Die Forscher der PTR interessieren sich auch aus ganz praktischen Gründen für den Schwarzen Körper: Der Anteil der Wärmestrahlung an der von ihm ausgesendeten Strahlungsmenge ist maximal. Daher ist er die am wenigsten effiziente Lichtquelle. Die Effizienz von Glühbirnen kann an diesem Standard gemessen werden. |