Warum lässt Glas eig. Wärmestrahlungen nicht durch?

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6 Antworten

Die meiste Wärmestrahlung befindet sich in einer der "Absorptionsbanden" von Glas.

(Von "Banden" (Nebenform von "Bändern") spricht man, weil das im Spektrum so aussieht, im Vergleich zu den "Linien".)

In physikalischen Körpern befinden sich Elektronen, die "elastisch" an ihrem Platz gehalten werden. D. h., wenn man den Körper in ein elektrisches Feld bringt, werden die Elektronen ein wenig auf eine Seite gedrängt, "rutschen" aber wieder zurück, sobald man den Körper aus dem Feld herausnimmt oder das Feld abschaltet. Aber sie rutschen nicht nur einfach in ihre Ausgangslage zurück, sondern können auch um diese Ausgangslage herum schwingen. So, wie eine Schaukel, die man ein wenig anschiebt und dann wieder loslässt, nicht einfach zum tiefsten Punkt zurückläuft, sondern darüber hinaus schwingt.

Je nachdem, wie stark die "Rückstellkräfte" sind und wie viel Platz das Elektron hat, ist die Frequenz der "Eigenschwingung" höher oder niedriger. Je nachdem, wie stark die Rückstellkräfte und Schwingungslängen schwanken, gibt es einen mehr oder weniger breiten Bereich von "Eigenschwingungen".

Licht ist eine elektromagnetische Welle, enthält also ein wechselndes elektrisches Feld. Dieses elektrische Feld stößt die Elektronen regelmäßig an. Am meisten Energie kann der Körper der elektromagnetischen Welle entnehmen, wenn die Frequenz der Welle einer "Eigenfrequenz" der Elektronen im Körper entspricht. Im Prinzip können damit Elektronen aus dem Körper entfernt werden, aber weit eher wird die überschüssige Energie in Wärmeenergie umgewandelt. Wenn die Frequenz zu hoch oder zu niedrig ist, schwingt so ein Elektron nicht richtig mit, ähnlich wie eine Schaukel, die man ganz langsam anschiebt oder wo man dran "zittert".

Gläser sind sehr unregelmäßige Festkörper, wo sehr viele verschiedene "Oszillatoren" ("Schwinger") drin sind. Praktisch jede Frequenz findet da was, wo sie sich absorbieren lassen kann. Bei den Gläsern, die wir für unsere Fenster verwenden, ist diese "Absorption" (Aufnahme, Verschluckung) nicht allzu groß. (Aber immer noch deutlich, wie man am einfachsten an einem halb heruntergedrehten Autofenster sieht, oder wenn man versucht, längs durch eine Aquarienscheibe zu schauen.) In den Infrarot- und auch den Ultraviolett-Bereich hinein steigt die Absorption an, deshalb kommt von diesen Strahlungen noch weniger durch als vom sichtbaren Licht.

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Falsche Frage - Glas lässt jede Menge Wärmestrahlung durch. So grob im Bereich 350 nm bis 2500 nm ist Glas nahezu perfekt durchlässig. Das beinhaltet auch den grö0ten Teil des IR-Lichts, das von der Sonne kommt.

Nur bei sehr langwelliger IR-Strahlung ist Glas undurchsichtig. Das betrifft dann die von heißen Pfannen und von Körpern mit Raumtemperatur ausgehende Strahlung - letztere hat ihr Maximum bei etwa 9500 nm.

Schau Dir zum Thema IR mal das an:
https://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmestrahlung

Warum die langwellige Strahlung absorbiert wird, ist schwer zu erklären. Es gibt Möglichkeiten von Molekülschwingungen, deren Frequenz

Sieh' es mal umgekehrt: Dass ein Körper undurchlässig ist für elektromagnetische Strahlung vom fernen UV bis zum fernen IR, ist der Normalfall. Durchlässigkeit ist eher die Ausnahme.

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Kommentar von TomRichter
10.07.2017, 09:46

> Molekülschwingungen, deren Frequenz

Ich weiß nicht, wie der Rest des Satzes verschwinden konnte. Sollte heißen:

Molekülschwingungen, deren Frequenz derjenigen des absorbierten Lichtes entspricht.

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Das kommt - wie immer - darauf an.

Wenn wir von "normalem" Glas, also zB Fensterglas sprechen, dann lässt dieses IR-Strahlung von ca. 0,8 bis 1,4 µm durch (nahes Infrarot). Viele IR-Fernbedienungen senden in dieser Frequenz, weshalb sie auch häufig durch Glas funktionieren.

Längerwelliges Licht lässt Glas nur schlecht durch, da die Strahlung die chemischen Bindungen des Glases zum Schwingen bringt. Die Strahlungsernergie wird dabei absorbiert und das Glas erwärmt.

Beim Glas sind es die Si-O-Bindungen und OH-Bindungen, die auf die Strahlung reagieren und insbesondere die OH-Bindung hat eine sehr breite intensive Schwingungsbande.

In der IR-Spektroskopie kann man für manche Anwendungen Quarzglas nutzen, oder, wenn man den ganzen Wellenlängenbereich benötigt, Salzküvetten wie KCl oder NaCl.

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Es kommt darauf an , ob sich die Aromhülle eines Materials durch ein bestimmtes Photon verformen lässt, man sagt auch, ob die Elektronen von den Photonen angeregt werden. Bei Glas ist es so, dass im sichtbaren Bereich die Photonen die Atomhülle nicht beeinflussen können, sie gehen bei senkrechtem Einfall einfach durch, bei UV Licht werden die Photonen absorbiert und bei großen Teilen von Infrarotstrahlung auch. Warum ist es aber dann hinter einem Glas warm? Warum gibt es Infrarotstrahlung ab? Die absorbieren Photonen geben ihre Energie an das Glas ab, hier werden dann neue, eben Infrarotphotonen erzeugt, welche die Energie mitnehmen. Ob also ein Körper Infrarotstrahlung abgibt oder nicht, hängt also nicht von der Art der einfallenden Strahlung ab, sondern davon, wieviel Energie er dabei absorbiert.

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Weil die Photonen zu wenig energiereich sind. Glas ist je nach Material erst für Photonen höherer Energie durchlässig.

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Kommentar von TomRichter
09.07.2017, 17:51

Gemäß dieser Antwort müsste Glas auch UV-durchlässig sein. Ist es aber nicht.

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