Infrarotemission

Infrarotemission bezeichnet die Abgabe von elektromagnetischer Strahlung im Infrarotbereich durch Materie infolge ihrer Temperatur. Alle Objekte über dem absoluten Nullpunkt senden Infrarotstrahlung aus, wobei die Verteilung der Strahlung durch das Plancksche Strahlungsgesetz beschrieben wird. Reale Materialien weichen durch ihre Oberflächenbeschaffenheit von einem idealen Strahler ab; die Emission hängt von der Temperatur und der Emissivität ε(λ) ab, die zwischen 0 und 1 liegt. Die maximale Emission verschiebt sich gemäß dem Wienschen Verschiebungsgesetz λ_max = b / T, wobei b ≈ 2,898×10^-3 m·K ist. Für einen Körper mit etwa 300 K liegt der Emissionspeak um 9–10 μm. Kirchhoffsches Gesetz besagt, dass Emissionseigenschaften eines Körpers dem absorptiven Verhalten bei derselben Wellenlänge entsprechen (ε(λ) = Absorptivität α(λ) im thermischen Gleichgewicht).

Die Infrarotemission wird mit spezialisierten Detektoren erfasst, zum Beispiel Bolometer, Thermopile oder Photodioden. Viele Instrumente verwenden gekühlte Sensoren, um thermische Rauscheffekte zu reduzieren. Anwendungsbereiche reichen von der Thermografie zur bildgebenden Ermittlung von Wärmeverteilungen über industrielle Prozessüberwachung und medizinische Diagnostik bis zur Infrarotastronomie und Fernerkundung.

Die atmosphärische Durchlässigkeit für IR-Strahlung wird stark durch Wasserdampf und Kohlendioxid beeinflusst; es existieren Transmissionfenster, in denen IR-Licht relativ gut durchkommt, insbesondere im nahen bis mittleren IR sowie im langwelligen IR-Bereich. Ökonomisch und klimatisch bedeutsam ist außerdem die Rolle der IR-Emission der Erde in der Klimadynamik: Die Erdoberfläche emittiert IR-Strahlung, die von Treibhausgasen absorbiert und wieder in den Raum abgegeben wird, was zur atmosphärischen Erwärmung beiträgt.