Wärmestrahlung: Was ist das eigentlich?

Ohne Wärmestrahlung gibt es kein behagliches Raumklima. Doch nur wenige von uns wissen, was genau man unter dieser Form von Wärme versteht. Der folgende Artikel setzt sich mit den physikalischen Grundlagen von Strahlungswärme auseinander und erklärt, warum wir sie in unseren Wohnräumen als so angenehm empfinden.

Infrarotbild zur Verdeutlichung der Wärmestrahlung

Wärmestrahlung – eine Form von elektromagnetischer Strahlung

Rein physikalisch betrachtet, handelt es sich bei Wärmestrahlung um elektromagnetische Wellen. Wir kennen dieses Naturphänomen im Alltag aus ganz verschiedenen Bereichen: Elektromagnetische Wellen besitzen unterschiedliche Wellenlängen und folglich unterschiedliche Frequenzen, die für ihre besonderen Eigenschaften verantwortlich sind. Im Bereich sehr hoher Frequenzen und geringer Wellenlänge haben wir es mit ionisierender Strahlung zu tun, auch als Radioaktivität bekannt. Am anderen Ende des Spektrums stehen die Radiowellen, sie besitzen große Wellenlängen und sehr geringe Frequenzen. Unser sichtbares Licht zählt ebenfalls zu den elektromagnetischen Wellen, es hat Wellenlängen von circa 400 nm – 700 nm. Unmittelbar daran schließt sich die Infrarot-Strahlung mit Wellenlängen von etwa 700 nm – 1 mm an. Im Unterschied zum sichtbaren Licht können wir Infrarot-Strahlung nicht sehen, sondern nur fühlen – und zwar in Form von Wärme. Werden elektromagnetische Wellen aus dem Infrarot-Bereich übertragen, so spricht man von Wärmestrahlung.

Die Quellen der Wärmestrahlung

Aus physikalischer Sicht ist Wärme eine Form von Energie, die auf den ungeordneten Bewegungen von Teilchen (Atomen und Molekülen) beruht. Vereinfacht ausgedrückt, erzeugen die bewegten Ladungen dieser Teilchen elektromagnetische Wellen, deren Wellenlänge vom Energieniveau der Teilchen abhängt. Die meisten Körper emittieren ein Strahlungsspektrum mit unterschiedlichen Wellenlängen. Bei der Sonne beispielsweise liegt das Maximum der emittierten Wellenlängen im Bereich des sichtbaren Lichts, doch auch kurzwellige UV-Strahlung und langwellige Infrarot-Strahlung werden abgegeben. Grundsätzlich wird Infrarot-Strahlung von allen Körpern mit einer ausreichend hohen Temperatur emittiert. Dazu zählen Öfen, Heizkörper, Glühlampen und in geringerem Ausmaß selbst der menschliche Körper.

Grundsätzlich gilt dabei: Die Intensität der Wärmestrahlung steigt mit zunehmender Temperatur eines Körpers. Dieser Zusammenhang wird in der Physik durch das Stefan-Boltzmann-Gesetz ausgedrückt. Für einen idealisierten Körper, der alle Wellenlängen aufnehmen und somit auch wieder abgeben kann (einen sogenannten „schwarzen Strahler“), ist diesem Gesetz zufolge die Strahlungsleistung proportional zur vierten Potenz der Temperatur. Das bedeutet in der Praxis, dass die Strahlungsleistung um den Faktor 16 zunimmt, wenn man die Temperatur verdoppelt.

Strahlungswärme: Behagliche Wärme ohne Zugluft

In unseren Wohnräumen ist Wärmestrahlung einer von drei Mechanismen, wie Wärme übertragen werden kann. Die anderen beiden Mechanismen nennt man Wärmeleitung und Konvektion. Wärmeleitung erfolgt etwa in einem Heizkörper, wenn die Wärmeenergie des Heizwassers auf das Gehäuse und weiter auf die umgebende Luft übertragen wird. Entsteht durch die aufsteigende warme Luft anschließend ein Luftstrom, so wird die Wärme durch Konvektion weiter transportiert und im Raum verteilt. Wärmestrahlung beruht im Unterschied zur Konvektion nicht auf der Bewegung von Teilchen. Aus diesem Grund entsteht bei Strahlungswärme kein Luftstrom, der die Schleimhäute austrocknen kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass wir – bei gleicher Lufttemperatur – ein größeres Wärmeempfinden haben, wenn Wärme durch Strahlung anstatt durch Konvektion übertragen wird. Wärmestrahlung wird in gewissem Ausmaß von jeder Heizung emittiert. Infrarotstrahler und Infrarotheizungen geben ihre Wärme zum Großteil in Form von Strahlung ab.

Philipp Hermann

Fazit von Philipp Hermann

Wärmestrahlung beruht aus physikalischer Sicht auf elektromagnetischen Wellen aus dem Infrarot-Bereich. In unserem Alltag erleben wir sie als besonders angenehme Art der Wärmeübertragung.

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