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1988 | Buch

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Wärmeübertragung durch Strahlung

Teil 1 Grundlagen und Materialeigenschaften

verfasst von: Robert Siegel, Prof. John R. Howell, Dr.-Ing. Joachim Lohrengel

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Buchreihe : Wärme- und Stoffübertragung

Enthalten in: Professional Book Archive

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Über dieses Buch

Der Wärmeübergang durch Strahlung hat in den letzten Jahren erheblich an Bedeutung gewonnen, vor allem durch die Raumfahrttechnik, Sonnenenergiegewinnung, Energiesparmaßnahmen usw. Dieser Band der Reihe enthält die theoretischen Grundlagen der Temperaturstrahlung, eine eingehende Behandlung des "idealen Strahlers" - des Schwarzen Körpers -, die klassische elektromagnetische Theorie, insoweit sie zur Berechnung der Strahlungseigenschaften von Leitern und Nichtleitern herangezogen werden kann, Materialeigenschaften - speziell der Oberfläche - und deren gezielte Beeinflussung werden beschrieben. An den deutschen Hochschulen wird dieses Gebiet jedoch kaum ausführlich behandelt. Das Buch soll daher sowohl den Studenten als die Vorlesung begleitendes Lehrbuch als auch dem planenden Ingenieur und Praktiker als Lehrbuch zum Selbststudium und als Nachschlagewerk dienen. Durchgerechnete Beispiele sollen helfen, die Theorie mit der Praxis zu verbinden.

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Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einführung

Zusammenfassung

Alle Stoffe emittieren kontinuierlich elektromagnetische Strahlung als Folge der nicht verschwindenden inneren Energie des Materials. Im Gleichgewichtszustand ist diese innere Energie proportional der Temperatur des Stoffes. Die emittierte Strahlungsenergie kann im Bereich der Radiowellen mit Wellenlängen bis zu mehreren hundert Metern bis hin zum Bereich der kosmischen Strahlung mit Wellenlängen von weniger als 10 ⁻¹⁴ m liegen. Hier soll nur Strahlung behandelt werden, die als Wärme oder Licht empfunden wird. In diesem Sinne ist die Strahlung von Glühlampen, erwärmten Festkörpern und heißen Gasen als Wärmeoder Temperaturstrahlung zu kennzeichnen, nicht dagegen die Röntgen-, Radio-und Lumineszenzstrahlung. Diese Temperaturstrahlung umfaßt einen mittleren Wellenlängenbereich, der im Abschn. 1.5 definiert wird.

Robert Siegel, John R. Howell, Joachim Lohrengel

2. Strahlung des Schwarzen Körpers

Zusammenfassung

Vor der Behandlung der Eigenschaften und des Verhaltens des idealen Strahlers, nämlich des „Schwarzen Körpers“, sollen einige Aspekte der Wechselwirkung einfallender Strahlungsenergie mit Materie betrachtet werden. Diese Wechselwirkung an der Oberfläche eines Körpers ist nicht allein das Ergebnis einer einzigen Oberflächeneigenschaft sondern hängt auch von den Eigenschaften des unter der Oberfläche befindlichen Materials ab.

Robert Siegel, John R. Howell, Joachim Lohrengel

3. Definition der Eigenschaften nichtschwarzer Oberflächen

Zusammenfassung

Im Kap. 2 wurde das Strahlungsverhalten eines Schwarzen Körpers ausführlich behandelt. Die idealen Eigenschaften eines Schwarzen Körpers dienen als Standard, gegen das sich das Verhalten von real strahlenden Körpern vergleichen läßt. Das Strahlungsverhalten eines realen Körpers hängt von vielen Faktoren ab, wie der Zusammensetzung, Oberflächenbehandlung, Temperatur, Wellenlänge der Strahlung, des Winkels, unter dem die Strahlung emittiert wird oder auf die Oberfläche auftrifft sowie von der spektralen Verteilung der einfallenden Strahlung auf die Oberfläche. Zur Beschreibung des Strahlungsverhaltens realer Materialien, bezogen auf das Strahlungsverhalten des Schwarzen Körpers, wurden verschiedene Emissions-, Absorptions- und Reflexionsgrößen, sowohl gemittelte als auch ungemittelte, verwendet.

Robert Siegel, John R. Howell, Joachim Lohrengel

4. Berechnung der Strahlungseigenschaften mittels der klassischen elektromagnetischen Theorie

Zusammenfassung

James Clerk Maxwell veröffentlichte im Jahre 1864 eine Arbeit, in der er, was später als die Krönung der klassischen Physik bezeichnet wurde, die Beziehungen zwischen elektrischen und magnetischen Feldern fand und die die Erkenntnis enthält, daß die elektromagnetischen Wellen sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Dabei wird nachgewiesen, daß das Licht selbst in Form einer elektromagnetischen Welle auftritt [4.1]. Obwohl die elektromagnetische Energiefortpflanzung inzwischen auch quantenmechanisch beschrieben wird, ist es möglich und oft notwendig, viele Eigenschaften des Lichtes und der Temperaturstrahlung durch die klassische Wellen-Näherung zu beschreiben.

Robert Siegel, John R. Howell, Joachim Lohrengel

5. Strahlungseigenschaften realer Materialien

Zusammenfassung

In diesem Kapitel werden die allgemeinen Strahlungseigenschaften realer Materialien untersucht. Diese Eigenschaften können von den idealisierten Ergebnissen des Kap. 4 für „optisch ebene“ Materialien, wie sie von der elektromagnetischen Theorie erfaßt werden, erheblich abweichen. Die analytischen Berechnungen lassen Richtungen und Grenzwerte erkennen und gestatten, ausgehend von einer einheitlichen Grundlage, verschiedene Strahlungsphänomene zu erklären. Die so gefundenen rechnerischen Ergebnisse sind jedoch im allgemeinen nicht anwendbar, da ein Konstrukteur es mit Oberflächen zu tun hat, die in unterschiedlichem Maße mit Verunreinigungen wie Oxiden, Farben usw. bedeckt sind und eine Oberflächenrauhigkeit aufweisen, die schwierig vollständig und exakt zu beschreiben ist.

Robert Siegel, John R. Howell, Joachim Lohrengel

Backmatter

Titel: Wärmeübertragung durch Strahlung
verfasst von: Robert Siegel
Prof. John R. Howell
Dr.-Ing. Joachim Lohrengel
Copyright-Jahr: 1988
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN: 978-3-642-83267-3
Print ISBN: 978-3-540-18496-6
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-83267-3