Wärmestrahlung: Was ist das eigentlich?

Wärmestrahlung – eine Form von elektromagnetischer Strahlung

Rein physikalisch betrachtet, handelt es sich bei der 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.

Werden elektromagnetische Wellen aus dem Infrarot-Bereich übertragen, so spricht man von Wärmestrahlung

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.

Wärmestrahlung und Temperatur

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 im Alltag: 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 zum Beispiel dann, wenn wir einen metallischen Löffel mit der Spitze über eine Kerze halten. Die Energie wandert dann allmählich durch das Material und auch der Griff erwärmt sich. Führen strömende Medien wie die Luft oder das Wasser thermische Energie mit sich, so wird die Wärme durch Konvektion transportiert. Genaue Informationen zu den Formen der Wärmeübertragung geben wir im Beitrag Wärmetransport. 

Bei Strahlungswärme entsteht kein Luftstrom

Wärmestrahlung erfolgt im Unterschied zur Konvektion oder zur Wärmeleitung ganz ohne Materie. Aus diesem Grund erzeugt eine  Strahlungsheizung  keinen Luftstrom, der Staub oder andere Partikel im Haus verwirbelt.   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. Neben der Strahlungswärme gibt es noch weitere Arten. Welche das sind, erfahren Sie im Beitrag "Wärme - Definition und Grundlagen".