Oberflächenemissivität

Oberflächenemissivität, oft mit ε abgekürzt, ist ein Maß dafür, wie gut eine reale Oberfläche im Vergleich zu einem idealen Schwarzen Körper Strahlung emittiert. Sie ist das Verhältnis der von der Oberfläche abgegebenen Strahlungsleistung zur Strahlungsleistung eines Schwarzen Körpers bei derselben Temperatur. Die Emissivität kann als spektrale Emissivität ε(λ) oder als totale (hemisphärische) Emissivität ε beschrieben werden und liegt zwischen 0 und 1. Für ein ideales Schwarzes Material gilt ε = 1; reale Materialien haben typischerweise Werte darunter.

In der Praxis bestimmt die Emissivität maßgeblich die Wärmeabgabe durch Strahlung. Die von einer Oberfläche abgestrahlte Leistung hängt durch ε von der Temperatur ab; vereinfacht ausgedrückt steht j = ε σ T^4, wobei σ der Stefan-Boltzmann-Konstante ist. Real betrachtet kann ε zusätzlich von Wellenlänge, Richtung und Temperatur abhängen, sodass sie spektral und richtungsabhängig sein kann.

Wichtige Einflussfaktoren sind Material und Oberflächenzustand. Metalle weisen oft niedrige Emissivität auf, während Oxidbeschichtungen, Lacke, keramische Oberflächen oder grob gemaserte Flächen höhere ε-Werte haben. Rauheit, Beschichtungen, Feuchtigkeit und Temperatur verändern ε signifikant. Zudem kann die Emissivität mit dem Einfallswinkel der Strahlung variieren, und das Spektrum der Emission kann sich je nach Material unterscheiden.

Messungen erfolgen durch Radiometrie unter Referenzstandards wie Schwarzkörpern oder durch spektrale Messungen mit FTIR/Spektrometrie, Reflectometrie oder kalibrierter Thermografie. Typische Werte reichen von nahe null bis knapp unter eins, je nach Material und Zustand.

Anwendungen finden sich in der Thermografie, der Wärme- und Oberflächenanalyse, Gebäudethermografie, Solar- und Raumfahrttechnik sowie in der Klimaforschung, wo ε eine zentrale Rolle bei der Berechnung der Wärmestrahlung und Energiebilanz spielt.