Absorption und Reemission von Wärmestrahlung, gemessen mit der Thermosäule
Thermosäule anwenden
Grundlage:
Vorgänge beim Treibhauseffekt, siehe Abschnitt 2
Aufbau:
a: temperaturgeregeltes Bügeleisen,
b: Plexiglasplatte, ca. 2 mm dick,
c: Thermosäule,
d: Spannungsmessgerät,
e: y-t-Schreiber
Ablauf:
Das Bügeleisen wird eingeschaltet; nachdem seine Temperatur annähernd konstant ist, wird die Plexiglasplatte eingefügt. Die Thermospannung sinkt sofort und steigt anschließend wieder langsam gegen einen konstanten Wert. Nach Entfernen des Bügeleisens sinkt die Thermospannung langsam ab.
Dreht man die Plexiglasplatte während des Abkühlens um 180°, so stellt man fest, dass auch die vorher dem Bügeleisen zugewandte Seite Wärmestrahlung abgibt.
Der Versuch wird mit geänderter Temperatur des Bügeleisens wiederholt. Die Thermospannungen ändern sich entsprechend.
Ergebnis:
Die Plexiglasplatte absorbiert Infrarotstrahlung, die vom Bügeleisen eingestrahlt wird, erwärmt sich dadurch und gibt ihrerseits in alle Richtungen Infrarotstrahlung ab, auch zurück zum Bügeleisen. Bei einer bestimmten Temperatur ist die Bilanz zwischen aufgenommener und abgegebener Leistung ausgeglichen; diese Temperatur wächst bei verstärkter Einstrahlung und dadurch verstärkter Abstrahlung.
Bemerkung:
Der Versuch simuliert die von der Sonne beheizte Erdoberfläche durch das elektrisch beheizte Bügeleisen und die treibhauswirksame Atmosphäre durch die Plexiglasplatte. Er zeigt nur die Erwärmung und Abstrahlung der "Atmosphäre"; die sich daraus ergebende zusätzliche Heizung der "Erdoberfläche", also der eigentliche Treibhauseffekt, ist in diesem Experiment sicher nicht festzustellen
Anders als das temperaturgeregelte Bügeleisen kann die Erdoberfläche nicht ihre primäre Heizung, die Sonnenstrahlung, drosseln.
Im Gegensatz zum Treibhauseffekt der Atmosphäre leisten in diesem Experiment Konvektion und Wärmeleitung einen erheblichen Beitrag zum Wärmetransport, speziell die Plexiglasplatte wird dadurch gekühlt.