Körper absorbieren bzw. emittieren Temperaturstrahlung in unterschiedlicher Weise. Genauere Untersuchungen zeigen: Körper, die Temperaturstrahlung besonders gut absorbieren, strahlen auch besonders stark Temperaturstrahlung ab. Das sind vor allem Körper mit matten, dunklen Oberflächen.
Will man nun die Temperaturstrahlung verschiedener Körper miteinander vergleichen, so braucht man einen Vergleichskörper, ein Normal. Besonders gut ist dafür ein Körper geeignet, der die Eigenschaft hat, Temperaturstrahlung aller Wellenlängen vollständig zu absorbieren. Dieser Körper würde dann keine Strahlung reflektieren und demzufolge vollkommen schwarz erscheinen. In der Physik wird ein solcher Körper als schwarzer Körper oder als Hohlraumstrahler bezeichnet. Sein Absorptionsgrad ist a = 1.
Da ein solcher Körper im Vergleich zu allen anderen Körpern Temperaturstrahlung am besten absorbiert, wird er im Strahlungsgleichgewicht auch für alle Wellenlängen die größte Strahlungsintensität aufweisen. Deshalb wird dieser Vergleichskörper auch als schwarzer Strahler bezeichnet. Ebenso wie der Absorptionsgrad hat der Emissionsgrad den Wert e = 1. Allgemein gilt:
Ein schwarzer Körper oder schwarzer Strahler ist ein Vergleichskörper zur Beschreibung und Messung der Temperaturstrahlung von Körpern. Von einem solchen idealisierten Körper wird Temperaturstrahlung vollständig emittiert bzw. absorbiert.
Viele Sterne
können näherungsweise als schwarze Körper betrachtet werden.
Ihr Inneres ist mit einem Hohlraum vergleichbar, in dem die Strahlung
fast vollständig "gefangen" ist und nur nach vielfacher
Reflexion, Streuung und Absorption allmählich zur Oberfläche
gelangt.
Modelliert werden kann ein solcher schwarzer Körper durch einen innen
mit Ruß oder matter schwarzer Farbe ausgekleideten Hohlkörper
mit einer kleinen Öffnung, der gegen die Umgebung wärmeisoliert
ist (Bild 1).
Das kirchhoffsche
Strahlungsgesetz
Bei seinen Untersuchungen zur Temperaturstrahlung verschiedener Körper
entdeckte 1859 der deutsche Physiker GUSTAV
ROBERT KIRCHHOFF (1824-1887) das folgende, nach ihm benannte Strahlungsgesetz:
Die von einem beliebigen Körper ausgehende Strahlungsleistung kann berechnet werden mit der Gleichung:
Das kirchhoffsche
Strahlungsgesetz bringt den engen Zusammenhang zwischen dem Emissionsvermögen
und dem Absorptionsvermögen
eines Körpers zum Ausdruck. Je größer der Absorptionsgrad
a und damit das Absorptionsvermögen eines
Körpers für Temperaturstrahlung ist, umso größer
ist auch die von ihm ausgehende Strahlungsleistung.
Das kirchhoffsche Strahlungsgesetz
lässt sich aus folgenden Überlegungen herleiten:
In einem abgeschlossenen Bereich befinden sich zwei Körper - ein schwarzer
Körper und ein weiterer Körper mit dem Absorptionsgrad a
im Strahlungsgleichgewicht (Bild 3). Der schwarze Körper strahlt mit
der Leistung 
.
Diese trifft auf den anderen Körper, wobei ein Teil der Strahlung
an dessen Oberfläche reflektiert
wird. Der andere Teil 
wird
absorbiert und aufgrund des Strahlungsgleichgewichts als 
wieder
emittiert. Damit folgt:
