Hohlraumeffekt (Cavity Effect)

Der Hohlraumeffekt in der Infrarot-Thermografie beschreibt das Phänomen, dass die scheinbare Emissivität einer Oberfläche innerhalb eines Hohlraums – beispielsweise einer Bohrung, Nut oder Vertiefung – höher erscheint als die derselben Oberfläche, wenn sie flach oder freiliegend ist. Diese Erhöhung der scheinbaren Emissivität entsteht durch mehrfache Reflexionen der Infrarotstrahlung innerhalb des Hohlraums. Wenn Infrarotstrahlung innerhalb eines Hohlraums emittiert oder reflektiert wird, kann sie mehrmals an den Innenwänden des Hohlraums reflektiert werden, bevor sie austritt. Jede Reflexion innerhalb des Hohlraums erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass die Strahlung absorbiert und erneut emittiert wird, was die scheinbare Emissivität der Oberfläche effektiv steigert.

Die höhere scheinbare Emissivität, die in einem Hohlraum beobachtet wird, ist auf die kumulative Wirkung dieser mehrfachen Reflexionen zurückzuführen. Die kombinierten inneren Reflexionen erzeugen eine Umgebung, die einem nahezu perfekten Schwarzkörper ähnelt, mit einem Emissionsgrad, der sich dem Wert 0,998 annähert – unabhängig von der materialtypischen Emissivität. Dieses nahezu schwarzstrahlerähnliche Verhalten minimiert den Einfluss von Änderungen der Materialemissivität oder von Hintergrundstrahlung auf die Messung. Damit ein effektiver Emissionsgrad nahe eins erreicht wird, muss die Tiefe der Bohrung mindestens das Sechsfache ihres Durchmessers betragen.

Dieses Phänomen wird auch als Keileffekt bezeichnet. Durch Anwendung des Keil- oder Halbkeileffekts kann die Emissivität der zu messenden Oberfläche erhöht werden. Diese Methode ist nur anwendbar, wenn das Material von Natur aus einen Hohlraum bildet oder ein künstlicher Hohlraum – etwa durch Bohren oder Einfräsen – geschaffen wird.