Warum ist Luft im Wellenlängenbereich von 8 – 14 μm für Infrarotstrahlung durchlässig?

Question

Warum ist Luft im Wellenlängenbereich von 8 – 14 μm für Infrarotstrahlung durchlässig?

Antwort

Verwandte Fragen

Wie berechnet man die Abkühlung der Luft durch Wasserverdunstung?

Wie gut isoliert Luft Wärme?

Wie breitet sich eine Schockwelle mit einem Überdruck Po in freier Luft aus?

Welche Wellenlänge hat Ultraschall?

Warum ist rotes Licht auf Distanz schlechter sichtbar?

Wie nennt man die Konstante 1,292 kg/m^3?

Wie heißt die Konstante 287,14 J/(kg·K)?

Accepted Answer

Luft hat im Wellenlängenbereich von 8 – 14 μm keinen nennenswerten Einfluss auf die Infrarotstrahlung, weil in diesem Bereich die Hauptbestandteile der Luft (Sauerstoff und Stickstoff) keine signifikanten Absorptionsbanden aufweisen. Dieser Bereich wird oft als atmosphärisches Fenster bezeichnet, da die Infrarotstrahlung in diesem Spektrum weitgehend ungehindert durch die Atmosphäre hindurchtreten kann. Dies ist besonders wichtig für Anwendungen wie die Fernerkundung und die Infrarotastronomie, da es ermöglicht, Infrarotstrahlung von der Erdoberfläche oder aus dem Weltraum zu detektieren, ohne dass sie stark von der Atmosphäre absorbiert wird.

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Die Abkühlung der Luft durch die Verdunstung von Wasser wird als **adiabate Verdunstungskühlung** bezeichnet. Dabei entzieht das verdunstende Wasser der Luft Wärme (Verdunstungswär... [mehr]

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Die Abkühlung der Luft durch die Verdunstung von Wasser wird als **adiabate Verdunstungskühlung** bezeichnet. Dabei entzieht das verdunstende Wasser der Luft Wärme (Verdunstungswärme), wodurch die Lufttemperatur sinkt. Die Berechnung erfolgt in mehreren Schritten: **1. Bestimmung der Verdunstungsenthalpie (Verdampfungswärme):** Die Verdunstungsenthalpie von Wasser beträgt bei 20 °C etwa 2.450 kJ/kg. **2. Berechnung der aufgenommenen Wassermenge:** Die Menge an Wasser, die verdunstet, hängt davon ab, wie viel die Luft noch aufnehmen kann. Das ergibt sich aus der Differenz zwischen der aktuellen und der maximal möglichen Wasserdampfmenge (Sättigungsdampfdruck). **3. Energiegleichung:** Die zum Verdunsten benötigte Energie wird der Luft entzogen, was zu einer Temperaturabsenkung führt. Die Gleichung lautet: ΔT = (m_Wasser × h_v) / (m_Luft × c_p) - ΔT: Temperaturabsenkung der Luft (K) - m_Wasser: verdunstete Wassermenge (kg) - h_v: Verdunstungsenthalpie (kJ/kg) - m_Luft: Masse der Luft (kg) - c_p: spezifische Wärmekapazität der Luft (ca. 1,005 kJ/kg·K) **4. Beispielrechnung:** Angenommen, 1 kg Wasser verdunstet in 1000 kg Luft: ΔT = (1 kg × 2.450 kJ/kg) / (1000 kg × 1,005 kJ/kg·K) ΔT ≈ 2,44 K **5. Psychrometrische Berechnung:** In der Praxis wird oft das psychrometrische Diagramm verwendet. Die Abkühlung entspricht der Differenz zwischen der aktuellen Lufttemperatur (Trockentemperatur) und der Feuchtkugeltemperatur. Die Feuchtkugeltemperatur ist die tiefste Temperatur, die durch Verdunstungskühlung erreicht werden kann. **Zusammengefasst:** Die Abkühlung der Luft durch Verdunstung von Wasser berechnest du, indem du die aufgenommene Wassermenge, die Verdunstungsenthalpie und die Wärmekapazität der Luft berücksichtigst. Für genaue Werte werden oft psychrometrische Tabellen oder Diagramme verwendet.

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Luft ist ein sehr schlechter Wärmeleiter und isoliert daher relativ gut gegen Wärmeübertragung durch Leitung. Das liegt daran, dass die Moleküle in Luft weit auseinander liegen und... [mehr]

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Luft ist ein sehr schlechter Wärmeleiter und isoliert daher relativ gut gegen Wärmeübertragung durch Leitung. Das liegt daran, dass die Moleküle in Luft weit auseinander liegen und Wärmeenergie nur langsam von einem Molekül zum nächsten übertragen wird. Die Wärmeleitfähigkeit von trockener Luft bei Raumtemperatur beträgt etwa 0,024 W/(m·K). Zum Vergleich: Glaswolle, ein typisches Dämmmaterial, hat eine ähnliche Wärmeleitfähigkeit (ca. 0,035–0,045 W/(m·K)), während Metalle wie Kupfer Werte von über 400 W/(m·K) erreichen. Allerdings isoliert Luft nur dann gut, wenn sie in kleinen, unbewegten Schichten eingeschlossen ist. In größeren Hohlräumen kann sich die Luft bewegen (Konvektion), was die Isolationswirkung stark verringert. Deshalb sind viele Dämmstoffe so aufgebaut, dass sie viele kleine Lufteinschlüsse enthalten und so Konvektion verhindern. Zusammengefasst: Luft isoliert Wärme recht gut, solange sie nicht zirkulieren kann. Darum wird sie oft als Dämmstoff in Fenstern (Doppelverglasung) oder in Dämmmaterialien genutzt.

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Eine Schockwelle mit einem Anfangsüberdruck \( P_0 \) breitet sich in freier Luft kugelförmig (dreidimensional) von ihrem Entstehungsort aus. Die wichtigsten Eigenschaften dieser Ausbreitung... [mehr]

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Eine Schockwelle mit einem Anfangsüberdruck \( P_0 \) breitet sich in freier Luft kugelförmig (dreidimensional) von ihrem Entstehungsort aus. Die wichtigsten Eigenschaften dieser Ausbreitung sind: 1. **Kugelförmige Ausbreitung:** Die Schockwelle breitet sich symmetrisch in alle Richtungen aus, sofern keine Hindernisse oder Inhomogenitäten im Medium (Luft) vorhanden sind. 2. **Abnahme des Überdrucks:** Mit zunehmender Entfernung vom Ursprungsort nimmt der Überdruck der Schockwelle ab. Dies geschieht, weil die Energie der Welle sich auf eine immer größere Oberfläche verteilt. Für eine starke Schockwelle (z.B. Explosion) gilt näherungsweise: \[ \Delta P(r) \propto \frac{1}{r^3} \] wobei \( r \) der Abstand vom Explosionszentrum ist. Für schwächere Schockwellen (nah an der Schallgeschwindigkeit) kann die Abnahme auch mit \( 1/r^2 \) beschrieben werden. 3. **Geschwindigkeit der Schockfront:** Die Schockwelle bewegt sich mit einer Geschwindigkeit, die größer ist als die Schallgeschwindigkeit in Luft. Diese Geschwindigkeit hängt vom Überdruck ab: Je höher der Überdruck, desto schneller die Schockfront. Mit abnehmendem Überdruck nähert sich die Geschwindigkeit der Schallgeschwindigkeit an. 4. **Abklingen zur Druckwelle:** Mit zunehmender Entfernung und abnehmendem Überdruck wird die Schockwelle schwächer und geht schließlich in eine normale Schallwelle über. **Zusammengefasst:** Eine Schockwelle mit Überdruck \( P_0 \) breitet sich in freier Luft kugelförmig aus, wobei der Überdruck und die Geschwindigkeit der Welle mit zunehmender Entfernung abnehmen. Die Energie verteilt sich auf eine immer größere Fläche, und die Schockwelle schwächt sich ab, bis sie schließlich als normale Schallwelle weiterläuft. Weitere Informationen findest du z.B. bei [Wikipedia: Schockwelle](https://de.wikipedia.org/wiki/Schockwelle).

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Ultraschall bezeichnet Schallwellen mit Frequenzen oberhalb des menschlichen Hörbereichs, also über etwa 20.000 Hertz (20 kHz). Die Wellenlänge von Ultraschall hängt von der Freque... [mehr]

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Ultraschall bezeichnet Schallwellen mit Frequenzen oberhalb des menschlichen Hörbereichs, also über etwa 20.000 Hertz (20 kHz). Die Wellenlänge von Ultraschall hängt von der Frequenz und der Ausbreitungsgeschwindigkeit im jeweiligen Medium ab. Die Wellenlänge λ berechnet sich nach der Formel: λ = c / f - **c** = Schallgeschwindigkeit im Medium (z. B. ca. 343 m/s in Luft bei 20 °C, ca. 1.500 m/s in Wasser) - **f** = Frequenz der Ultraschallwelle **Beispielrechnung in Luft:** - Bei 20 kHz: λ = 343 m/s / 20.000 Hz ≈ 0,017 m = 17 mm - Bei 1 MHz (medizinischer Ultraschall): λ = 343 m/s / 1.000.000 Hz ≈ 0,00034 m = 0,34 mm **Beispielrechnung in Wasser:** - Bei 1 MHz: λ = 1.500 m/s / 1.000.000 Hz = 0,0015 m = 1,5 mm **Fazit:** Die Wellenlänge von Ultraschall liegt – je nach Frequenz und Medium – typischerweise im Bereich von Millimetern bis Bruchteilen eines Millimeters.

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Rotes Licht sieht man auf Distanz schlechter, weil das menschliche Auge für rotes Licht weniger empfindlich ist als für grünes oder gelbes Licht. Die Empfindlichkeit des Auges ist am h&... [mehr]

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Rotes Licht sieht man auf Distanz schlechter, weil das menschliche Auge für rotes Licht weniger empfindlich ist als für grünes oder gelbes Licht. Die Empfindlichkeit des Auges ist am höchsten im grün-gelben Bereich des sichtbaren Spektrums (etwa 555 nm Wellenlänge). Rotes Licht hat eine längere Wellenlänge (etwa 620–750 nm) und wird von den Fotorezeptoren im Auge (insbesondere den Zapfen) weniger effizient wahrgenommen. Außerdem wird rotes Licht in der Atmosphäre weniger gestreut als kurzwelliges (blaues) Licht, was zwar dazu führt, dass es weniger "verloren geht", aber auch, dass es weniger auffällig ist. In der Dämmerung oder Dunkelheit, wenn die Stäbchenzellen im Auge (die für das Sehen bei schwachem Licht zuständig sind) dominieren, ist die Empfindlichkeit für rotes Licht besonders gering – das nennt man auch den Purkinje-Effekt. Zusammengefasst: - Das Auge ist für rotes Licht weniger empfindlich. - In der Dunkelheit nimmt die Empfindlichkeit für rotes Licht noch weiter ab. - Rotes Licht erscheint daher auf größere Distanz weniger hell und auffällig als z.B. grünes oder gelbes Licht.

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Die Konstante 1,292 kg/m³ bezeichnet die **Dichte von trockener Luft** bei 0 °C und einem Luftdruck von 1013,25 hPa (Normalbedingungen). Sie wird oft als **Normdichte der Luft** oder **Standa... [mehr]

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Die Konstante 1,292 kg/m³ bezeichnet die **Dichte von trockener Luft** bei 0 °C und einem Luftdruck von 1013,25 hPa (Normalbedingungen). Sie wird oft als **Normdichte der Luft** oder **Standardluftdichte** bezeichnet.

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Die Konstante 287,14 J/(kg·K) wird als **spezifische Gaskonstante für trockene Luft** bezeichnet. Sie wird oft mit dem Symbol \( R_{\text{Luft}} \) oder \( R_d \) (für "dry air&q... [mehr]

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Die Konstante 287,14 J/(kg·K) wird als **spezifische Gaskonstante für trockene Luft** bezeichnet. Sie wird oft mit dem Symbol \( R_{\text{Luft}} \) oder \( R_d \) (für "dry air") abgekürzt. Sie ist ein Spezialfall der allgemeinen Gaskonstante \( R = 8{,}314\,\text{J}/(\text{mol}\cdot\text{K}) \), bezogen auf die molare Masse trockener Luft. Weitere Informationen findest du z.B. bei [Wikipedia: Gaskonstante](https://de.wikipedia.org/wiki/Gaskonstante).