Strahlungsgesetz

Strahlungsgesetz ist in der Physik ein Sammelbegriff für Grundgesetze, die den Austausch und die Ausbreitung von elektromagnetischer Strahlung regeln. In der Praxis bezieht sich der Begriff oft auf zentrale Gesetze der thermischen Strahlung sowie auf grundlegende Beziehungen im Radiative-Transfer-Theorie-Komplex. Sie bilden die theoretische Grundlage für das Verständnis von schwarzer Strahlung, Absorption, Emission und der Wechselwirkung von Licht mit Materie.

Plancksches Strahlungsgesetz: Die spektrale Strahlungsintensität eines idealen schwarzen Körpers B(λ, T) ist eine Funktion von Wellenlänge λ und Temperatur T und wird durch B(λ,T) = (2hc^2)/(λ^5) · 1/(exp(hc/(λk_B T)) − 1) beschrieben, wobei h das Plancksche Wirkungsquantum, c die Lichtgeschwindigkeit und k_B die Boltzmann-Konstante sind. Plancks Gesetz löste damit das Ultraviolettskatastrophen-Problem und legte den Grundstein für die Quantenphysik.

Stefan-Boltzmann-Gesetz: Die Gesamtstrahlung pro Fläche j eines Schwarzen Körpers ist j = σ T^4, wobei σ die Stefan-Boltzmann-Konstante ist. Dieses Gesetz fasst die gesamte emittierte Leistung in Abhängigkeit von der Temperatur zusammen.

Wien’sches Verschiebungsgesetz: Die Wellenlänge λ_max, bei der die Emission eines schwarzen Körpers am stärksten ist, erfüllt λ_max T = b, wobei b eine Konstante ist. Das Gesetz beschreibt den Temperaturabhängigkeit der spektralen Form der Strahlung.

Kirchhoffsches Strahlungsgesetz: In thermischem Gleichgewicht gilt, dass die Emissivität ε(λ) eines Körpers dem Absorptionsgrad α(λ) bei derselben Wellenlänge entspricht. Damit besteht eine enge Verbindung zwischen Emission und Absorption.

Zusammen bilden diese Gesetze das Fundament der klassischen und modernen Radiationsphysik; sie finden Anwendungen in Astrophysik, Klimawissenschaft, Thermografie, Spektroskopie und Energietechnik.