Strahlung Flashcards
Welches ist das grundlegendste der Strahlungsgesetze? Wie leiten sich die anderen daraus ab?
Planksche Gesetz: es beschreibt die Verteilung der elektromagnetischen Energie des thermischen Strahlungsfeldes eines schwarzen Körpers in Abhängigkeit von der Wellenlänge der Strahlung.
Stefan-Boltzmann-Gesetz erhält man durch Integration des gesamten λ-Bereichs des Plankschen Gesetz, die ausgestrahlte Gesamtenergie ist ausschließlich von der Temperatur der strahlenden Oberfläche abhängig, die Temperatur geht mit der 4. Potenz ein.
Wiensches Verschiebungsgesetz erhält man durch Differenzieren nach der Wellenlänge und Nullsetzen der ersten Ableitung (Extremwertbildung), stellt das Maximum der Kurve bei gegebener Temperatur dar. λmax wird bei steigender Temperatur immer kleiner; „je wärmer, desto kurzwelliger“
Formel: Intensität der Strahlung
Strahlungsfluss
E=σ*T^4=5,67 * 10^-8 W/m^2K^4 * T^4
-> EA (Kugel) = E * 4pi*r^2
Formel: Wellenlänge aus Temperatur (Wienersches Gesetz)
lamda = 2898umK/T
Formel: Extinktion
Selektive Schwächung des Strahlungsflusses, setzt sich zusammen aus Absorption, Reflexion und Streuung
I(λ(x))= I(λ(x0)) * exp(-τλ*Δx)
τλ = Extinktionskoeffizient
I(λ(x)) = Strahlungsstrom bei weg x
I(λ(x0)) = Strahlungsstrom bevor in Materie eintritt
Warum erscheint ein wolkenloser Himmel tagsüber blau?
Wellenlängenabhängigkeit der Streuung: Rayleigh-Streuung liegt immer dann vor, wenn Strahlung an Teilchen gestreut wird, die viel kleiner sind als die Wellenlänge der Strahlung. Dies ist bei den Gasmolekülen der Atmosphäre der Fall.
In der Atmosphäre wird Licht deshalb umso stärker gestreut, je kleiner seine Wellenlänge ist. Blaues Licht wird daher stärker gestreut als rotes. Bei hohem Sonnenstand ist der Weg des Sonnenlichts durch die Atmosphäre recht kurz, es wird dabei hauptsächlich Blau gestreut, so dass uns der Himmel am Tag blau erscheint.
Warum ist der Himmel auf den Gipfeln der höchsten Berge dunkelblau – violett? Warum Weltraum schwarz?
Je höher man in die Atmosphäre kommt, desto sauberer wird die Luft; die blaubetonte Streustrahlung überwiegt, je höher, desto geringer die Anzahl der streuenden Moleküle (dunkler)
Warum sind Wolken oft weiß?
Theorie von Mie: an Aerosolen (Größe entspricht etwa den λ des Lichts) erfolgt nur noch eine leicht blaubetonte Streuung (prop. λ-1,3); Nebel und Wolkentröpfchen (Größe überschreitet die λ des Lichts) zeigen keine λ-Abhängigkeit; das an ihnen gestreute Licht ist weiß
Wie erklären sich Morgen- und Abendrot?
Lichtstrahlen legen einen besonders langen Weg zurück bei Sonnenaufgang und Sonnenuntergang; da ständig blaues Licht herausgestreut wird, überwiegt das rote Licht allmählich
Was versteht man unter dem natürlichen Treibhauseffekt der Erde? Durch welche Gase wird er verursacht? Nennen Sie die zwei wichtigsten Gase in der richtigen Reihenfolge!
Langwellige terrestrische Wärmestrahlung der Erdoberfläche wird von atmosphärischen Spurengasen, den natürlichen Treibhausgasen, und Wolken zum großen Teil absorbiert. Spurengase und Wolken emittieren diese Energie in alle Richtungen also sowohl in den Weltraum als auch in Richtung Erdoberfläche zurück, diese wird dadurch zusätzlich aufgeheizt und wiederum langwellige Strahlung an die Atmosphäre emittiert, die diese wieder Richtung Erdoberfläche abstrahlt usw. Der nach unten, Richtung Erdoberfläche, gerichtete Teil dieser Strahlung macht den Treibhauseffekt aus. Er erwärmt die unteren Luftschichten und den Erdboden.
Dadurch erwärmt sich die untere Atmosphäre stärker als ohne Treibhausgase – es ergibt sich ein Temperaturunterschied von +33 °C bzw. eine Erwärmung von -18 °C auf eine mittlere globale Temperatur von +15 °C und ermöglicht damit überhaupt erst Leben auf der Erde.
Treibhausgase in Reihenfolge ihrer Konzentration: H2O, CO2, CH4, N2O, O3, FCKWs
Was ist das atmosphärische Fenster, wo befindet es sich und wie kann es geschlossen werden?
Der Wellenlängenbereich zwischen 8-14 μm wird als atmosphärisches Fenster bezeichnet, weil hier die Infrarotstrahlung ohne wesentliche Absorption durch Atmosphäre ungehindert in den Weltraum abgestrahlt werden kann. Wolken(=Wassertröpfchen) absorbieren auch in diesem Bereich –sie schließen das atm. Fenster.
Warum ist die jährliche Globalstrahlung in der Sahara größer als in Äquatorialafrika?
Globalstrahlung = direkte +diffuse Strahlung -> der Einstrahlungswinkel in Äquatorialafrika ist zwar größer als in der Sahara, allerdings gibt es hier sehr oft hochreichende Bewölkung -> mehr diffuse als direkte Strahlung, insgesamt geringere Beträge in der Globalstrahlung. Die Sahara ist meist Wolkenfrei und hier ist der Anteil an direkter Strahlung höher -> Globalstrahlung höher!
Wo ist die Oberflächenalbedo auf der Erde im Januar am höchsten?
Arktis und Antarktis, Schneebedeckte Flächen weisen die höchsten Albedo Werte auf >75%.
Wo von hängt der Strahlungsfluss ab, der am Boden ankommt?
- geographischen Lage (Raum und Zeit)
- Wolken (Tröpfchen und Eis)
- Gesamtgehalt an Wasserdampf in der Luftsäule
- Aerosole und Staub
- Oberflächenalbedo
- Solar Konstante
- Ozon
- Gase in der Atmosphäre
