Schwarzer Körper

Ein schwarzer Körper ist eine hypothetische, idealisierte thermische Strahlungsquelle. Die Annahme beruht darauf, dass es bei einem derartigen Körper zur vollständigen Absorption, d. h. Aufnahme, der gesamten auftreffenden elektromagnetischen Strahlung kommt. Die elektromagnetische Strahlung, bei der es sich z. B. um Wärmestrahlung handelt, wird hierbei unabhängig von der Wellenlänge und Intensität der Strahlung absorbiert. Gleichzeitig ist ein schwarzer Körper auch ein idealer Strahler. Somit ist die Emission, d. h. die Abgabe, von Wärmestrahlung unabhängig von der Beschaffenheit des Körpers und dessen Oberfläche. Aus diesem Grund hat sowohl der Absorptionsgrad als auch der Emissionsgrad eines schwarzen Körpers den Wert 1.

Die absorbierte und emittierte Wärmestrahlung eines schwarzen Körpers ist lediglich von der Temperatur des Körpers abhängig. Diesen Zusammenhang beschreibt das Stefan-Boltzmann-Gesetz. Der Zusammenhang von Intensität und Frequenzverteilung der von einem schwarzen Körper ausgesendeten Strahlung wird als Plancksches Strahlungsgesetz bezeichnet. Dabei verschiebt sich mit zunehmender Temperatur das Maximum der Wellenlänge der Strahlung zu immer niedrigeren Werten, was als Wiensches Verschiebungsgesetz bezeichnet wird.

In der Realität lassen sich die Eigenschaften eines schwarzen Körpers nicht verwirklichen, da es kein Material gibt das elektromagnetische Strahlung vollständig absorbiert und Wärmestrahlung unabhängig von der Beschaffenheit der Oberfläche aussendet. Die Eigenschaften des schwarzen Körpers können allerdings mittels eines Hohlraums angenähert werden, der eine kleine Öffnung zum Einfallen und Austreten der Strahlung besitzt. Dabei kommt es im Inneren des Hohlraums zur wiederholten Reflexion und teilweisen Absorption der Strahlung, so dass diese im thermischen Gleichgewicht mit den Wänden des Hohlraums steht. Beim Austreten der Strahlung aus dem Hohlraum ist die Strahlung charakteristisch für die Temperatur der Wände. Aus diesem Grund wird die Strahlung eines schwarzen Körpers oftmals auch als Hohlraumstrahlung bezeichnet.

Im Gegensatz zu einem schwarzen Körper gibt es auch Körper, bei denen es zur vollständigen Reflexion der auftreffenden Strahlung kommt. Dieser idealisierte Körper absorbiert keine Strahlung und wird als Weißer Körper bezeichnet. Ein Weißer Körper besitzt einen Emissionsgrad von 0.

Absorbiert ein Körper die auftreffende Strahlung nur teilweise, so liegt sein Emissionsgrad zwischen 0 und 1. Ein derartiger Körper entspricht am ehestem den in der Realität vorkommenden Materialien. Sofern das Absorptionsverhalten und das Emissionsverhalten dieses Körpers unabhängig von der Wellenlänge und der Richtung der einfallenden Strahlung sind, wird ein derartiger Körper als Grauer Körper bezeichnet. Der Zusammenhang zwischen Absorption und Emission der Strahlung eines realen Körpers im thermischen Gleichgewicht wird als Kirchhoffsches Strahlungsgesetz bezeichnet.

Synonym(e):

Schwarzer Strahler, Planckscher Strahler

Englische Übersetzung(en):

black body