Kirchhoffsches Gesetz der Wärmestrahlung

Im Bereich der Infrarotstrahlung besagt das Kirchhoffsche Gesetz, dass ein Material im thermischen Gleichgewicht bei einer bestimmten Wellenlänge eine Emissivität hat, die seiner Absorptionsfähigkeit entspricht.

Die Emissivität gibt an, wie effektiv ein Material im Vergleich zu einem perfekten schwarzen Körper bei gleicher Temperatur Infrarotstrahlung abgibt, während die Absorptionsfähigkeit misst, wie effektiv ein Material einfallende Infrarotstrahlung absorbiert. Ein Material mit hoher Absorptionsfähigkeit kann den größten Teil der auf es einfallenden Strahlung absorbieren, während ein Material mit geringer Absorptionsfähigkeit mehr Strahlung reflektiert oder durchlässt. Ein schwarzer Körper hat eine Emissivität von 1, was bedeutet, dass er bei einer bestimmten Temperatur und Wellenlänge die maximal mögliche Strahlung emittiert, während Materialien in der realen Welt Emissivitäten von weniger als 1 aufweisen.

Das Kirchhoffsche Gesetz gilt für Materialien im thermischen Gleichgewicht, d. h. deren Temperatur konstant bleibt, ohne dass sie Wärme aufnehmen oder abgeben. Unter diesen Bedingungen entspricht die vom Material absorbierte Energie der von ihm abgegebenen Energie. Dieses Gleichgewicht ist von entscheidender Bedeutung, da die Gleichheit von Emissionsgrad und Absorptionsgrad im Allgemeinen nur dann gilt, wenn sich das Material im thermodynamischen Gleichgewicht befindet.

Eine weitere Auswirkung des Kirchhoffschen Gesetzes ist, dass der Emissionsgrad nicht größer als eins sein kann, da auch der Absorptionsgrad durch den Energieerhaltungssatz begrenzt ist. Folglich kann ein Material nicht mehr Wärmeenergie abstrahlen als ein Schwarzkörper im Gleichgewicht.