Infrarotstrahlung im Weltraum

Hallo,

ich hab da mal eine vermutlich ziemlich banale Frage. Am Besten stelle ich sie in Form eines Beispiels:

Zwei gleiche Körper (A und B), gleicher Größe und Beschaffenheit orbitieren sehr nah beieinander (mit 10 cm Abstand) im Schatten im Weltraum.
Zur Zeit der Aussetzung der Körper hat eines (A) eine Temperatur von 200°. Körper B ist bei ca 0 Kelvin.
Nun die Frage: Hat Körper B einen Temperatureinfluß auf Körper A bzw wird sich Körper A schneller abkühlen wenn neben dem ein fast absolut kaltes Körper B fliegt?
Oder ist die Dauer der Abkühlzeit unabhängig davon ob im Vakuum ein anderer Körper mit niedrigerer Temperatur direkt daneben ist?
Und wird Körper B eine Temperatursteigerung erfahren?

Ja, Körper B wird einen Temperaturanstieg erfahren. Allein schon durch (Hintergrund) Strahlung, aber auch durch den wärmeren Körper nebenan.

Da Körper B bei 0°K steckt strahlt er im Infraroten praktisch nicht. Aber er kann aus allen Richtungen Strahlung aufnehmen.
Aus den meisten Richtungen kommt zu diesem Zeitpunkt ja nicht besonders viel Strahlung. Aber ein größerer Körper gleich nebenan, der einen wesentlichen Teil seines 'Gesichtsfeldes' ausfüllt, strahlt im infraroten Wärme zum Körper B ab (also ungerichtet in rede Richtung. Aber Körper B liegt ja zum Teil im Weg der Strahlung).

BTW:
Das ist ein auch in der Praxis wichtiger Effekt. Er muss u.a. beim Thermalmanagement bei Satelliten berücksichtigt werden.

Danke dir soweit.
Der Körper B wird sich erwärmen. Aber die eigentliche Frage ist ob Körper A schneller abkühlt wenn sich ein kalter Körper B neben dem befindet als wenn beide Körper gleiche Temperatur hätten. (natürlich irgendwo im Schatten der Erde, also außerhalb äußerer Einflüße).

Das Beispiel soll zeigen ob die Infrarotstrahlung kalter Körper Einfluß auf die Infrarotstrahlung warmer Körper hat (gleicher Beschaffenheit und Größe).

Alsooo, wenn du 2 Warme körper neben einander hast kühlen die natürlich schneller ab als ein kalter und ein warmer Körper.

Interessanter ist da noch die Frage ob ein 200k Körper neben einem 0K Körper schnelle auskühlt als wenn der 200K Körper allein im All schweben würde.
Und hier ist die Antwort auch erst einmal ja: der 0K Körper würde die Hintergrundstrahlung des Alls abschirmen und so den Energiefluss zum 200K Körper hin senken.
Auf etwas längere Sicht würde sich der 0K Körper aber erwärmen und dann selbst Infrarotstrahlung abgeben. Außerdem gibt es auch Reflektionen von einfallenden Infrarotstrahlen auf den Ursprungskörper.

War jetzt eine ausreichende Antwort dabei?

Wenn alle anderen Eigenschaften des Körpers B gleich sind (Spektrales Absorbtions- bzw. Reflexionsverhalten, Form, Abstand und Lage zu Körper A), dann wird Körper A umso langsamer auskühlen, je wärmer B ist, einfach aufgrund der energiereicheren Wärmestrahlung von B, die A erreicht.  Wenn man jedoch zwei verschiedene Körper B betrachtet, z.B. einen etwas kälteren, nicht reflektierenden Körper B1 (schwarzer Körper) und einen etwas wärmeren Körper B2, der stark reflektiert, deshalb selbst wenig Wärmestrahlung abgibt und womöglich auch noch so geformt ist, dass er die Strahlung von A zur Seite, also ins All hinaus spiegelt oder streut, und weniger auf A zurück, dann kann der kältere B1 die Abkühlung von A stärker verzögern als der wärmere B2.

Wenn man die Situationen „A alleine“ gegen „A mit B“ vergleicht, dann wird A mit B praktisch immer langsamer auskühlen als ohne. Der theoretische Fall, wo das nicht so wäre, könnte nur dann eintreten, wenn B eine Temperatur unterhalb der kosmischen Hintergrundstrahlung von 2.7K hätte und ausserdem praktisch nicht reflektieren würde. Aber gerade dann würde B sich in der Nähe von A so schnell erwärmen, dass er wärmer würde als der Hintergrund und von da an A „warmhalten“.

Edit: Die zweite Überlegung ist nicht ganz richtig. „Kein Körper“ ist ja equivalent zu „ein schwarzer Strahler mit 2.7K“, und nach der Überlegung im ersten Absatz könnte man einen wärmeren aber reflektierenden Körper konstruieren, der A weniger warm hält.

/errsu

Das Beispiel soll zeigen ob die Infrarotstrahlung kalter Körper Einfluß auf die Infrarotstrahlung warmer Körper hat (gleicher Beschaffenheit und Größe).

Hallo,

eine spannende Frage (die hier übrigens, soweit ich das verstehe, immer noch nicht wirklich beantwortet ist). Ich kann es weder physikalisch noch mathematisch beantworten, aber ich kann mal meine Gedanken dazu geben:

Dass ein kalter Körper einen warmen Körper im Vakuum ohne direkten Kontakt kühlt, würde ja gewissermaßen eine Art negative Infrarotstrahlung voraussetzen. Die gibt es aber meinem Verständnis nach nicht. Klar, wenn ich zb einen tiefgefrorenen Kühlakku nehme und meine Hand in die Nähe (ohne Kontakt!) bringe, spüre ich die Kälte. Aber das dürfte sich damit erklären, dass die mit dem Kühlakku in Kontakt stehende Luft von ihm heruntergekühlt wurde und diese dann wieder mit meiner Hand in Berührung kommt und die Kälte überträgt. Würde ich dasselbe im Vakuum machen, dürfte ich die Kälte erst in dem Moment spüren, wenn ich den Kühlakku auch berühre... und sobald 1 mm Platz zwischen Hand und Akku ist, sollte die Kälte nicht mehr zu spüren sein. Also keine Übertragung durch "Kältestrahlung".

Man kann dieses Beispiel ja mal ins Extreme treiben. Die Infrarotstrahlung eines sehr heißen Körpers, zb eines intensiv brennenden Lagerfeuers, kann auch auf recht große Distanz eine sehr unangenehme Hitze auf der Haut erzeugen. Wenn man nun anstelle des Lagerfeuers einen sehr kalten Körper setzt (zb eine offene Schale mit flüssigem Helium, wird nach meinem Verständnis auf Entfernung kein Gefrierbrand auf der Haut erzeugt. Lediglich die den kalten Körper berührende Luft wird durch den Kontakt stark heruntergekühlt.

Ein hier schon angesprochener Punkt stimmt gewiss: Von dem 0k kalten Körper geht weniger Infrarotstrahlung aus als die Hintergrundstrahlung stark ist. Der kalte Körper schattet also die Hintergrundstrahlung ab und somit würde der Energiefluss hin zum warmen Körper gesenkt werden und damit wohl auch dessen Auskühlen schneller von statten gehen... so wie es Sensei beschrieben hat.

Jedenfalls ist das meine Meinung zu dem Thema. Kann aber auch alles falsch sein 

Gruß
Excalibur

Alles klar und einleuchtend. Die Hintergrundstrahlung habe ich aus Unwissenheit gar nicht berücksichtigt.
Die Frage wäre dann ob ein Körper mit 2.7K in der Nähe eines 200K Körpers zur schnelleren Abkühlung sorgen könnte.
Und die Antwort ist, dass der kalte Körper im Weltraum keinen Einfluß hat. Im Gegensatz zu Bedingungen in einer Atmosphäre. Dort würde durch Konvektion die Luft die Kälte transportieren.

Damit kann ich jetzt erklären warum auf einer Parzelle, in einem Ungedämmten Häuschen, die vom Kaminofen weit entfernte Wand keine Kälte abstrahlt. Obwohl, wenn man direkt davor steht, es sich so anfühlt. Danke

Nicht so schnell.

In diesem Fall würde sich der 2.7k Körper durch die einfallenden Infrarotstrahlen sehr schnell erwärmen. Und durch diesen dann wärmer als 2.7k warmen Körper könnte sich der 200k Körper nicht mehr so schnell abkühlen wie ohne diesen.

hier wird gerade ein Mißverständnis diskutiert:

2,7 °K ist die Strahlungstemperatur, auf die die Strahlung des frühen Universums durch die Expansion abgekühlt ist.
Wäre das Universum ein gleichsam verdünntes Gas, ohne "Wärme" neu erzeugende Sterne, wäre dessen Temperatur nur 0,03 °K,
also die Bewegungstemperatur (wie man so die Lufttemperatur fühlt, nicht die vom Ofen) ist 10mal kleiner (zwischen den Galaxien).
Darauf kommt es beim Temperaturaustausch zuerst an.

Grüße Dip

Wenn man sich das ganze "Eine Stufe kleiner" vorstellt, wird es einfacher:



- In Blau oben ist ein Infrarotstrahler.
- Mit Rot-1 geht Energie in den Körper 1 über. Somit wird Körper 1 wärmer.
- Mit Rot-2 verliert Körper 1 wieder Energie über Infratorstrahlung. Somit wird er kälter.
- Die folgenden Zahlen sind dann analog dazu aufgebaut.

Wenn jetzt Körper 1 extrem Kalt ist und Körper 2 extrem heiß ist, dann geht am Anfang weniger Energie mit Rot-3 in Körper 2. Somit Kühlt Körper 2 schneller ab im Vergleich dazu, wie wenn Körper 1 gar nicht da wäre.

Jetzt könnte man denken, Körper 1 kühl den Körper 2. Das ist aber nicht so. Er erwärmt ihn langsamer.

Im 3D-Raum geht das ganze natürlich 3-Dimensional, hier nur 2-Dimensional, bzw. die Energie kommt nur 1-Dimensional von oben. Aber das Ergebnis ist das gleiche. Wenn Energie in form von Strahlung kommt, und wird diese abgeschirmt, dann erwärmt sich ein Körper langsamer.

bleiben wir beim klassischen Temperaturbegriff

die kälteste Temperatur im beobachteten Weltall hat der Bumerangnebel mit 1 °K https://de.wikipedia.org/wiki/Bumerangnebel
Schwarze Löcher sind Kältefallen und haben eine Temperatur von weniger ein millionstel °K -> Hawkingstrahlung nicht meßbar

Grüße Dip

Denkt an die Grundlagen der Thermodynamik:
Wärmeenergie kann auf 3 Arten übertragen werden:
- Diffusion (Teilschen schubsen sich gegenseitig an, warme Teilchen bewegen sich stärker als kalte Teilchen)
- Konvektion (Teilchen bewegen sich aufgrund von Temperaturunterschieden in eine Richtung)
- Strahlung (Jeder Körper über 0K gibt Wärmestrahlung ab.

Vakuum verhindert Diffusion und Konvektion, aber Strahlung geht.
Der kalte Körper sollte also wärmer werden.

Beispiele:
- Die Sonne erwärmt die Erde obwohl dazwischen 150 mio km Vakuum liegt.
- Eine Thermoskanne hat ein Vakuum zwischen Innen- und Außenwand um Wärmetransport zu verhindern. Außerdem ist sie von innen verspiegelt um Strahlung im Inneren zu halten.