Leslie-Würfel

Zwei Ansichten eines Leslie-Würfels mit einer Wärmebildkamera im Vergleich mit Schwarz-weiß-Bildern im sichtbaren Bereich

Ein Leslie-Würfel ist ein würfelförmiges Gerät, welches zur Messung der Wärmestrahlung von Oberflächen in Abhängigkeit von deren Beschaffenheit geeignet ist. Es ist nach dem Physiker John Leslie benannt.

Der Würfel besteht beispielsweise aus Messing und kann innen mit einer Flüssigkeit, beispielsweise Wasser gefüllt werden. Die homogene Temperatur der Flüssigkeit erwärmt die Außenflächen des Würfels gleichmäßig, so dass bei der berührenden Messung mit einem Thermometer alle Seiten die gleiche Oberflächentemperatur haben.

Die Oberfläche der verschiedenen Seiten wird unterschiedlich behandelt, insbesondere:

• metallisch poliert
• matt-schwarz (Ruß)
• weiß
• aufgeraut

Mit Hilfe einer Wärmebildkamera oder einem Pyrometer kann die abgegebene Wärmestrahlung erfasst werden. Es zeigt sich, dass die Seite mit der polierten, metallischen oder einer weißen Oberfläche am wenigsten Strahlung emittiert, während eine rußgeschwärzte Seite am meisten Wärme emittiert. Aus dem Kirchhoffschen Strahlungsgesetz kann abgeleitet werden, dass die Oberflächen mit geringem Emissionsvermögen die von außen auftreffende Strahlung stark reflektieren, während Oberflächen mit hohem Emissionsvermögen auch ein hohes Absorptionsvermögen für Strahlung haben.

Zu beachten ist dabei, dass die Reflexionseigenschaften und das damit zusammenhängende Emissionsvermögen bei den meisten Körpern vom Spektrum abhängig sind, siehe Schwarzer Körper, Abschnitt Farbeindruck. Der Schwarze Körper, der jede Strahlung absorbiert und aus der daraus folgenden Erwärmung gespeist, eine Strahlung mit einer Verteilung nach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz emittiert, ist eine Idealisierung.

Dies zeigen auch die folgenden Beispiele für den visuellen Farbeindruck und das spektrale Absorptionsvermögen:

• Schnee und Eis haben im Bereich des sichtbaren Lichts (400–750 nm) ein hohes Reflexionsvermögen, im nahen und fernen Infrarot erscheinen sie dagegen fast schwarz.
• Eine metallisch polierte Oberfläche kann durch eine aufgeklebte Klarsichtfolie im infraroten Bereich fast schwarz erscheinen

Literatur

• Joachim Heintze, Peter Bock (Hrsg.): Lehrbuch zur Experimentalphysik Band 2: Kontinuumsmechanik und Thermodynamik. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg 2016, ISBN 978-3-662-45767-2, 7.1 Eigenschaften der Wärmestrahlung. 
• Stefan Roth, Achim Stahl: Mechanik und Wärmelehre. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg 2016, ISBN 978-3-662-45303-2, 21.4.3 Wärmestrahlung.