Die Thermosäule als Messgerät für Infrarotstrahlung
Thermosäule
Grundlage:
Die Kontaktspannung zwischen zwei Metallen A und B hängt von der Temperatur der Kontaktstelle ab. Lötet man an ein Drahtstück des Metalls A zwei Stücke des Metalls B, so misst man zwischen den beiden freien Enden der Stücke B die Differenz Uth der Kontaktspannungen; diese "Thermospannung" ist ein Maß für die Temperaturdifferenz der beiden Lötstellen (siehe Abbildung 4a).
Zu einem Messfühler für auftreffende Strahlungsleistung wird die Anordnung dadurch, dass man die eine Lötstelle schwärzt und bestrahlt, wahrend man die andere auf Umgebungstemperatur hält, denn die sich einstellende Temperaturdifferenz wächst mit der eingestrahlten Leistung.
Um bequem messbare Spannungen zu erhalten, schaltet man viele solcher Lötstellenpaare, von denen jeweils eine bestrahlt wird, zu einer sogenannten Thermosäule in Reihe, so dass sich die einzelnen Kontaktspannungen addieren (siehe Abbildung 4b).
Abbildung 4: Aufbau einer Thermosäule
Mit der Thermosäule lässt sich auch eine negative Thermospannung erzeugen, wenn durch einen vorgehaltenen relativ kalten Gegenstand die geschwärzten Lötstellen zunächst weniger Strahlung empfangen, als sie abgeben, und sich ein stationärer Zustand erst bei tieferer als der Umgebungstemperatur einstellt. Es entsteht dabei leicht die Fehlvorstellung einer "Kältestrahlung".
a: Verschiedene Strahlungsquellen: Hand, Bügeleisen, Kerze, Glühlampe, Kompaktleuchtstoffröhre (Energiesparlampe), Becher mit Eiswasser
b: Thermosäule (z. B. Leybold 557 36)
c: empfindliches Spannungsmessgerät, evtl. zusätzlich Messverstärker
Ablauf:
Die Gegenstände werden nacheinander in gleichem Abstand vor bzw. über die Thermosäule gehalten; man beobachtet die Anzeige des Spannungsmessgerätes.
Ergebnis:
Die Thermosäule zeigt objektiv und mit hoher Empfindlichkeit die Wärmestrahlung an, die sie von wärmeren Körpern empfängt bzw. an kühlere abgibt. Auch unter einem wärmeren Gegenstand zeigt die Thermosäule eine Erwärmung an; dabei scheidet erwärmte Luft als Transportmittel aus, da sie nach oben strömt. Wärmestrahlung kann sich dagegen in alle Richtungen ausbreiten.