Frage zur Quantenphysik und Thermodynamik

[L.o.D]

Ich versuch mir grad klar zu machen was Wärme mit Wärmestrahlung zu tun hat...

Wärme bzw. Thermische Energie bedeutet ja, kinetische Energie, also je wärmer umso stärker die Teilchenbewegung.

Wärmestrahlung laut wiki: Wärmestrahlung ist eine elektromagnetische Strahlung, die jeder Körper abhängig von seiner Temperatur emittiert (aussendet).

----

Also elektromagnetische Strahlung -> Photonen
(Das Photon (von Griechisch φως phōs, Gen. φωτός phōtos „Licht“) ist die elementare Anregung (Quant) des quantisierten elektromagnetischen Feldes. In der Physik ist es eines der Studienobjekte der Quantenelektrodynamik, des ältesten Teils des Standardmodells der Teilchenphysik. Anschaulich gesprochen sind Photonen die „Bausteine“ elektromagnetischer Strahlung, so etwas wie „Lichtteilchen“. Allerdings darf dabei nicht vergessen werden, dass alle bewegten (Elementar-) Teilchen einschließlich der Photonen auch Welleneigenschaften besitzen, dies nennt man Welle-Teilchen-Dualismus. Photonen gehören zur Gruppe der Bosonen.)

-----

Was mir jetzt probleme bereitet ist der Zusammenhang, wann entstehen bei der Teilchenbewegung Photonen bzw. elektromagnetische Strahlung..?

Warum... weshalb... was.. passiert da?

 

[Naimless]

stell dir das mal so vor, dass alle teilchen sich hin und her bewegen (schwingen) und je wärmer es ist, desto mehr schwingen sie. Dabei reißen sie mehr und mehr Nachbarteilchen mit, wobei abhängig ist, wie schwer sie sind (Ist quasi wie bei einem guten Rock-Konzert )

 

[BobbyBest]

Also... Wie du schon gesagt hast ist Wärme bzw. thermische Energie kinetische Energie auf molekularer Ebene.
Diese Moleküle/Atome geben einen Teil der Energie nun teilweise mit der Zeit als Elektromagnetische Wellen ab. (Ich setzte mal voraus, dass du in etwa weißt wie Atome EM-Strahlung emittieren).
Je mehr Kinetische Energie die Teilchen haben, desto mehr Energie wird in Str.-Energie umgesetzt.

So kann man sich das vereinfacht vorstellen.

 

[Kugelsicher]

...wann entstehen bei der Teilchenbewegung Photonen bzw. elektromagnetische Strahlung..?

Die Entstehung der Strahlung aus Atomen rührt daher,
das Ladungsträger beim Schwingen EM emittieren.

Man kann auch sagen, wenn Atome zusammen stoßen, emittieren sie EM.

Hier gut zu sehen:
http://www.bph.hbt.ethz.ch/Filep/Waerme/Waerme_Grundl/Waermestrahlung.html

 

[MeisterCropper]

Alles etwas um den heissen Brei gerumgeredet ;p

Temperatur=Teilchenbewegung ist ja klar. Bei diesen Bewegungen kommt es natürlich vor dass sich zwei Moleküle stoßen. Bei diesen Stößen kann es passieren, dass die Gesamtenergie der zwei Moleküle nach dem Stoß geringer ist als vor dem Stoß. Die Energie wird dann dazu verwendet, um ein Elektron eines der beiden Stoßpartner in ein höheres Energieniveau zu schicken.
Das mit den Energieniveaus ist etwas tricky präzise zu beschreiben, ohne ins Detail zu gehen. Kurzfassung: Moleküle haben ne Menge Elektronen. Je weiter diese Elektronen vom Kern entfernt sind, desto Energievoller sind sie. Wenn nun durch den Stoß genug Energie zusammenkommt für einen Quantensprung, d.h. für den Wechsel eines Elektrons auf eine höhere Schale (=weiter weg vom Kern), dann wird es auf diese Schale springen.
Kurze Zeit nach diesem Vorgang haben sich die Stoßpartner aber schon wieder getrennt, und eines der Moleküle besitzt diesen "angeregten" Zustand mit dem Elektron auf einem höheren Energieniveau. Diese angeregten Zustände sind in der Regel instabil, d.h. das Elektron springt sehr schnell wieder in den Ursprungszustand zurück. Bei diesem weiteren Quantensprung wird natürlich die Stoßenergie wieder frei, und zwar in Form eines Photons. Das Photon hat dann genau die Energie/Wellenlänge, die durch die Differenz der zwei Energieniveaus vorgegeben wird.
Dieses Prinzip mit den Sprüngen der Energieniveaus kommt ziemlich oft vor in der Physik. Wichtig ist noch, dass die Wellenlänge der Strahlung natürlich stark Energieabhängig ist, denn sie hängt ja genau von den Energieniveaus ab, zwischen denen die Elektronen springen. Und diese Energieniveaus sind wiederum durch (schwierige!) Quantenmechanische Berechnungen vom Material abhängig. Deswegen kann man zum Beispiel am Spektrum von Sternen erkennen, aus welchen Materialien sie bestehen.

 

[raubwanze]

Deswegen kann man zum Beispiel am Spektrum von Sternen erkennen, aus welchen Materialien sie bestehen.

Aber nicht, weil die thermische Energie nur in bestimmten, materialabhängigen Wellenlängen abgestrahlt wird. (Das zumindest lässt deine Erklärung vermuten)
Grund dafür ist das genaue Gegenteil, nämlich die Absorption bestimmter Wellenlängen durch die chemische Zusammensetzung der strahlenden "Oberfläche" und der darüber liegenden Gasschichten.
Das thermische Spektrum ist kontinuierlich. Die Temperatur bestimmt die Intensitätsverteilung. Material und Zusammensetzung der therm. Strahlungsquelle spielen dabei grundsätzlich erstmal keine Rolle.
Erst was zwischen der Strahlungsquelle und dem Betrachter an Material liegt, absorbiert wiederum ganz bestimmte materialtypische Wellenlängen, indem ein stabiler oder metastabiler Zustand von Molekülschwingung, -rotation oder, im Falle von sichtbaren Licht, Elektronen in dem im Wege stehenden Molekül angeregt wird.
Im Falle der Sonnenoberfläche "filtert" sich die Strahlungsquelle selbst, da es sich hierbei um heißes, ausgedehntes Gas und keine feste Oberfläche handelt.
Die im Spektrum entstehenden Absorptionslinien geben dann Aufschluss über die Zusammensetzung dieser "Oberfläche" und allem darüber.

Gruß
Raubwanze

 

[L.o.D]

ah sehr gut, genau das wollt ich wissen.

Ich wusste irgendwie hat es mit dem Wechsel des Energieniveaus und Quantenmechanik zu tun.

Frage: Wir hatten das mal ganz kurz in der Vorlesung, aber ich mein das ist doch so elementar .. versteh nicht wieso das so kurz abgehakt wurde ^^

Kann man das irgendwo nochmal nachlesen? In welchem Wikiartikel steht das?