Oberflächenstrahlung

Oberflächenstrahlung ist die thermische Strahlung, die von einer Körper- oder Oberflächenfläche aufgrund ihrer Temperatur emittiert wird. Bei normalen Umwelt- und Materialtemperaturen liegt der Großteil der Strahlung im infraroten Bereich. Die Strahlung folgt grundsätzlich dem Planckschen Strahlungsgesetz, das die spektrale Ausstrahlung Bλ(T) einer idealen schwarzen Fläche beschreibt.

Die gesamte von einer Oberfläche abgegebene Strahlungsleistung pro Fläche wird durch das Stefan-Boltzmann-Gesetz beschrieben: M = ε σ T^4, wobei ε die Emissivität der Oberfläche ist (0 ≤ ε ≤ 1), σ die Stefan-Boltzmann-Konstante und T die Oberflächentemperatur. Für reale Oberflächen liegt M häufig unter dem Wert eines idealen Schwarzen, da ε < 1. Emissivität hängt von Wellenlänge, Richtung, Material und Oberflächenbeschaffenheit ab. Kirchhoffsches Gesetz besagt, dass bei thermischer Gleichgewicht die Emissivität ελ θϕ = Absorptivität αλ θϕ, also die Fähigkeit einer Fläche, Strahlung zu emittieren, gleich ihrer Fähigkeit ist, Strahlung zu absorbieren.

In der Praxis erfolgt Oberflächenstrahlung über einen breiten Wellenlängenbereich; der Spitzenwert der Emission verschiebt sich mit der Temperatur (Wiensche Verschiebung). Für typische Oberflächentemperaturen liegt der Peak um wenige Mikrometern. Anwendungen finden sich in der Infrarot-Thermografie, Fernerkundung, Klimaforschung, der Thermalkontrolle von Raumfahrzeugen und der Auslegung von Solarmodulen.

Oberflächenstrahlung ist somit zentral für das Verständnis des energetischen Budgets von Oberflächen und deren Wechselwirkungen mit der Umgebung.