Klimaerwärmung, Treibhauseffekt

 

Kurzbeschreibung

In diesem Experiment untersuchen wir die Transmission verscheidener Lichtspektren durch Gase.
Als Modell für die Sonne verwenden wir eine Halogenlampe, für die Atmosphäre einen Plexiglaszylinder mit Hohlraum und für die Erde einen Keramikstrahler. Der Plexiglaszylinder ist an den Öffnungen mit einer dünnen Zellophanfolie verschlossen, die nur wenig an der Absorption beteiligt ist. Das Innere des Zylinders kann mit verschiedenen Gasen gefüllt werden.
Die Transmission durch die Atmosphäre messen wir mit einem Bolometer und stellen die Ergebnisse über Cassy grafisch dar.

Zuerst bestrahlen wir den mit Umgebungsluft gefüllten Zylinder mit der Halogenlampe, unserem Modell für die Sonne.
Die vom Bolometer gemessene Spannung dient uns als Referenz. Bei Luft im Zylinder stellt sich nach kurzer Zeit ein Gleichgewicht ein, die Luft im Inneren gibt genauso viel Energie ab, wie sie aufnimmt, sodass die Temperatur konstant bleibt.
Anschließend füllen wir den Zylinder nacheinander mit CO₂, eventuell auch mit Methan oder Atemluft, und beobachten die Strahlungsleistung an der Thermosäule. Dabei zeigt sich, dass die gemessene Spannung je nach Gas abnimmt.
Wenn wir Atemluft verwenden, muss der Zylinder so lange mit Pressluft durchströmt werden, bis alle Wassertröpfchen entfernt sind.

Im zweiten Teil des Experiments verwenden wir einen Keramikstrahler, der die Erde modellhaft repräsentiert. Dieser emittiert Infrarotstrahlung im Wellenlängenbereich von 3 μm bis 10 μm, was der terrestrischen Abstrahlung entspricht. Wir wiederholen die Messungen wie im ersten Teil. Dabei beobachten wir, dass die Spannungen an der Thermosäule nun deutlich stärker sinken.

Vor Beginn des zweiten Teils muss der Keramikstrahler etwa 6 Minuten vorgeheizt werden. Die Halogenlampe wird so eingestellt, dass die Abstrahlungstemperatur ungefähr der des Strahlers entspricht. Beim Befüllen mit Gas sind beide Hähne zu öffnen und nach dem Befüllen wieder zu schließen. Dabei ist Vorsicht geboten, um die Membran nicht durch zu hohen Druck zu beschädigen.

Die Thermosäule nach Moll misst die Strahlungsleistung der einfallenden Infrarotstrahlung im Bereich von 0,15 μm bis 15 μm. Ein polierter Metalltrichter lenkt die Strahlung auf eine geschwärzte Scheibe im Zentrum. Diese ist mit den Thermoelementen verbunden, die in Reihe geschaltet sind. Die Strahlung erhitzt die Scheibe bis zum Gleichgewicht, wodurch ein Temperaturgefälle entsteht. Nach dem Seebeck-Effekt wird eine Thermospannung erzeugt, die proportional zur eingestrahlten Leistung ist. Dabei entspricht eine Strahlungsleistung von 1 mW einer Spannung von 0,16 mV. Mit Hilfe eines Dreisatzes lassen sich aus den gemessenen Spannungen die jeweiligen Strahlungsleistungen berechnen.

Betriebsanleitungen: Lampen, Elektrogeräte, Druckgase

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