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Parallele Oberflächen

parplate

  figure1114
Abbildung: Strahlungsaustausch zwischen zwei parallelen Oberflächen.

Ein wichtiger Spezialfall ist der Strahlungsaustausch zwischen zwei parallelen, unendlich ausgedehnten Oberflächen. Diese Anordnung ist bei vielen Oberflächen erfüllt, bei denen der Abstand zwischen den Objekten viel kleiner ist, als die Ausdehnung ihrer Oberflächen.

In diesem Fall reduziert sich der Geometriefaktor auf tex2html_wrap_inline12476 ([Wolfe, Zissis, 89]) und aus (2.45) erhält man
 equation614
Das lä\3t sich anhand einer Skizze der Anordnung verifizieren (Abb. 2.10), wenn die beiden Oberflächen in kleine Oberflächenelemente der Fläche tex2html_wrap_inline12478 und tex2html_wrap_inline12480 zerlegt werden. Jedes dieser Flächenelemente strahlt exakt die spezifische Ausstrahlung tex2html_wrap_inline12482, bzw. tex2html_wrap_inline12484 in die gesamte Hemisphäre. Da beide Platten unendlich ausgedehnt sind, wird die obere Platte die gesamte spezifische Ausstrahlung jedes Flächenelementes tex2html_wrap_inline12478 empfangen, jedoch nur den Bruchteil tex2html_wrap_inline12488 davon absorbieren. Dies gilt auch umgekehrt für die von tex2html_wrap_inline12480 emittierte Strahlung. Die Strahlstärke I, die von tex2html_wrap_inline12478 senkrecht nach oben emittiert wird, trifft das direkt darüberliegende Flächenelement tex2html_wrap_inline12480 der oberen Platte. Strahlung, die tex2html_wrap_inline12498 unter anderen Winkeln emittiert, trifft andere Flächenelemente der oberen Platte. Wie aus Abbildung 2.10 ersichtlich ist, findet sich jedoch für das betrachtete Flächenelement tex2html_wrap_inline12478 zu jedem beliebigen Winkel tex2html_wrap_inline11962 gegen die Flächennormale ein anderes Oberflächenelement der unteren Platte, welches unter demselben Winkel Strahlung emittiert, die exakt tex2html_wrap_inline12480 trifft. Dies bedeutet, da\3 die gesamte Strahlung, die tex2html_wrap_inline12478 in die Hemisphäre emittiert, d. h. die spezifische Ausstrahlung tex2html_wrap_inline12482, von dem direkt gegenüberliegenden Flächenelement tex2html_wrap_inline12480 (dem Betrag nach) empfangen und zum Bruchteil tex2html_wrap_inline12488 absorbiert wird:
equation621
Gleichzeitig emittiert das Oberflächenstück tex2html_wrap_inline12480 selbst Strahlung in die gesamte untere Hemisphäre, wovon wiederum der Bruchteil tex2html_wrap_inline12516 dort absorbiert wird:
equation627
und erhält somit den Nettoflu\3
 equation631
mit tex2html_wrap_inline12518. Die spezifische Ausstrahlung ergibt sich damit zu:
 equation638

Zu beachten ist, da\3 die Emissivitäten beider Oberflächen als Produkt in den Strahlungsaustausch eingehen und nicht - wie oft fälschlicherweise vereinfacht angenommen - die Differenz tex2html_wrap_inline12520.

Die Oberfläche paralleler Platten empfängt die maximal mögliche Strahlstärke, da ein einzelnes Oberflächenelement den gesamten abgestrahlten Flu\3 des gegenüberliegenden Elementes erhält.

In der Herleitung von (2.49) wurde nur der totale Strahlungsflu\3 R(T) betrachtet. Die Argumentation gilt aber für jede beliebige Wellenlänge der Strahlung. Es wurde nur die Winkelabhängigkeit der Strahlungsemission berücksichtigt. Gleichung (2.49) ist daher auch für die spektrale spezifische Ausstrahlung gültig:
 equation645


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Horst Haussecker
Tue Jan 14 19:32:36 MET 1997