Infrarot-Wärme-Paradoxon
Physik
Grundidee
Infrarotlampen oder -strahler werden als angenehm warm empfunden. Lampen mit blauen Licht bei gleicher elektrischer Leistung jedoch nicht. Dennoch hat blaues Licht pro Photon mehr Energieinhalt. Wie kann das sein?
Erklärung des Problems
Ein einzelnes Quant oder Photon Infrarotlicht (ν = 1 THz bis bis 400 THz) hat nach der Formel E=hν weniger Energieinhalt als ein einzelnes Photon sichtbaren blauen Lichtes (ν = 600 bis 700 THz). Gleichzeitig wird Infrarotstrahlung auch Wärmestrahlung genannt. Für wärmeliebende Tiere in Terrarien werden dazu passend Infrarotstrahler verkauft, die spürbar angenehme und für das Auge unsichtbare Wärme abstrahlen. Kleinerer solcher Lampen haben typischerweise elektrische Leistungen von 50 bis 100 Watt. Eine Lampe, zum Beisiel eine Glühbirne, mit Tageslicht wird bei gleicher elektrischer Leistung von 50 bis 100 Watt nicht als Wärmelampe bezeichnet. Wenn Sie doch denselben Energiestrom in Form von Strahlung abgibt, müsste sie dann nicht auch dasselbe Wärmegefühl auf der Haut erzeugen? Um dieses echte oder scheinbare Paradoxon aufzuklären, sollen zunächst einige Grundannahmen überprüft werden.
Elektrische Leistung gleich Strahlungsleistung?
Ist es richtig, dass bei einer elektrischen Leistung von je 100 Watt eine Infrarotlampe denselben Energiestrom in Form von Photonen ausstrahlt wie eine Tageslichtlampe?
a) Auftreffende Photonen vom Körper absorbiert?
Ist es richtig, dass zunächst alle von einer Strahlungsquelle auf die Haut auftreffenden Photonen dort absorbiert werden, zum Beispiel von Molekülen oder Atomen? Falls ja, in welcher Form: Molekülschwingungen? Elektronische Übergänge?
b) Sichtbares Licht wird schneller wieder abgestrahlt?
Kann es sein, dass sichtbares Licht zunächst vollständig von der Haut absorbiert wird aber vergleichsweise schnell wieder abgestrahlt wird? Welchen Anteil haben Molekülschwingungen, welchen Anteil haben elektronische Übergänge? In welcher Form wird das sichtbare Licht wieder abgestrahlt?
c) Wird Infrarotlicht noch stark zeitverzögert wieder abgestrahlt?
Kann es sein, dass Photonen des Infrarotlichtes zu mehr ungeregelter Teilchenbewegung innerhalb des angestrahlten Körpers führen? Diese ungeregelte Teilchenbewegung ist dann als erhöhte Temperatur messbar.