Wenn aus Wärme Farbe wird

Farbtemperatur: Den Zusammenhang von Hitze und abgestrahltem Licht haben Physiker erst vor hundert Jahren verstanden

Eisen glüht rot, wenn es heiß ist, Gas brennt mit blauer Flamme, Kerzen mit gelber. Lange haben Physiker daran gearbeitet, um hinter die wissenschaftliche Wirklichkeit dieser Phänomene zu kommen. Erst vor hundert Jahren wurde der deutsche Physiker Max Planck endgültig fündig. Aus den von Planck hergeleiteten physikalischen Gesetzen folgt übrigens auch, dass manchmal als warm bezeichnete Farben wie beispielsweise Rot eigentlich kälter sind als kalte Farben.

Ob Metall, Holz, Kunststoff oder auch die Haut eines Menschen: Jeder physikalische Körper sendet elektromagnetische Strahlung aus, wenn seine Temperatur oberhalb des absoluten Nullpunkts bei minus 273,15 Grad Celsius liegt. Das folgt aus den Grundlagen des Wärmebegriffs: Wärme bedeutet, dass die Atome oder Moleküle, aus denen ein Körper besteht, in Bewegung sind. Und mit den Atomen oder Molekülen sind auch Ladungsträger in Bewegung, was zur Folge hat, dass elektromagnetische Strahlung frei wird.

Im physikalischen Idealfall hängt das Spektrum dieser sogenannten thermischen Strahlung ausschließlich von der Temperatur des Körpers ab. Welche Intensität diese Strahlung besitzt und wie deren Wellenlänge verteilt ist, das beschreibt das von Max Planck 1900 entwickelte und hergeleitete Plancksche Strahlungsgesetz. Mithilfe des Gesetzes lassen sich die wesentlichen Fragen der thermischen Strahlung beantworten.

Da wäre zunächst das Phänomen des glühenden Eisens: Wer einmal einem Schmied bei der Arbeit zugesehen hat, kennt den Effekt, dass das Metall irgendwann sichtbar zu glühen beginnt, wenn es eine bestimmte Temperatur erreicht hat. Die Erklärung liefert das Plancksche Gesetz: Je höher die Temperatur des Eisens ist, desto kürzer ist die Wellenlänge der ausgesandten thermischen Strahlung, folgt aus der Formel.

Bei Temperaturen von der Zimmertemperatur bis zu 400 Grad Celsius liegt das Maximum der Wellenlänge noch im infraroten Bereich, was bedeutet, dass die Strahlung für das menschliche Auge unsichtbar ist. Die menschliche Haut kann sie jedoch durchaus wahrnehmen, beispielsweise als wohlige Strahlungswärme vor einem Ofen oder einem Heizkörper. Steigt die Temperatur jedoch auf Temperaturen von über 500 Grad Celsius an, verschiebt sich das Maximum der Wellenlänge in den sichtbaren Bereich – mit der Folge, dass die Strahlung als sichtbares Licht wahrgenommen werden kann: Das Eisen beginnt, sichtbar zu glühen.  [>>]