Wärmestrahlung

Die Sonne produziert die unterschiedlichsten Strahlungsarten die UV-Strahlung, das sichtbare Licht und die Infrarot-Strahlung. Die Infrarotstrahlung, auch Wärmestrahlung genannt, wird in drei Bereiche aufgeteilt. Wie beim Licht handelt es sich hier um elektromagnetische Wellen in einem bestimmten Spektralbereich. Der Transport der Wärme kann auf drei unterschiedliche Arten stattfinden: durch Wärmeleitung, durch Konvektion oder durch Wärmestrahlung. Bei der Wärmeleitung wird die Wärme durch Stöße zwischen verschiedenen Teilchen übertragen. Die Teilchen selbst verbleiben jedoch an ihrer Stelle. Bei der Konvektion (Wärmeströmung) wird die Wärme durch die Bewegung von Materie (Gas oder Flüssigkeit) transportiert. Die Wärme wandert  mit der Materie.

Die Wärmestrahlung ist die Wärme, welche durch Strahlung wie beispielsweise Licht oder Infrarotstrahlung übertragen wird. Dies ist auch über große Entfernungen und durch ein Vakuum wie das Weltall möglich. Die Wärmestrahlung ist eine richtungsbezogene und stofflose Strahlung. Sie ist eine Form der Wärmeübertragung einer Wärmequelle, welche ein Teil der gesamten elektromagnetischen Strahlung ist. Ähnlich einem Lichtkegel einer Lampe wird die Wärme mit Lichtgeschwindigkeit übertragen. Im Gesamtspektrum der Sonnenstrahlung liegt die Wärmestrahlung (Infrarot) direkt oberhalb des sichtbaren Lichtes. Durch diesen

Wellencharakter ergeben sich die gleichen Eigenschaften wie beim Licht mit der Reflektion, der Transmission und der Absorption. Mit der Wärmestrahlung werden die Moleküle in Gasen und somit auch in der Luft zu freien Bewegungen angeregt. Durch das aneinander stossen der Moleküle entsteht eine grössere Bewegungsenergie, die sich dementsprechend fortpflanzt. Das Medium, die Luft beginnt nun zu strömen und erzeugt eine Wärmeströmung die auch als Luftzirkulation bezeichnet werden kann. Trifft Wärmestrahlung auf einen Körper, so wird sie teilweise reflektiert, teilweise vom Körper aufgenommen (absorbiert) und geht teilweise durch den Körper hindurch (transitiert).

Wie viel Wärmestrahlung reflektiert, absorbiert oder hindurchgelassen wird, ist abhängig vom Stoff, aus dem der Körper besteht, von der Schichtdicke des Körpers und von der Oberflächenbeschaffenheit des Körpers.

Körper mit dunkler und rauer Oberfläche absorbieren viel und reflektieren wenig Wärmestrahlung. Deshalb wählt man z. B. als Oberflächen für Sonnenkollektoren raue, schwarze Flächen. Auch dunkle Kleidung absorbiert mehr Wärmestrahlung als helle Kleidung.

Körper mit heller und glatter Oberfläche absorbieren wenig und reflektieren viel Wärmestrahlung. Deshalb wählt man für Tank- und Kühlwagen helle und glatte Oberflächen. Bei intensiver Sonneneinstrahlung im Sommer ist es auch zweckmäßig, helle Kleidung zu tragen, weil sie einen erheblichen Teil der Wärmestrahlung reflektiert.

Auswirkungen der UV-B Strahlung auf den Organismus

Die Aufgabe der UV-B Strahlung liegt hauptsächlich in der Vitamin D3 Produktion. Das Vitamin D3 ist zuständig für den Kalkhaushalt in einem Körper. Durch die UV-B Strahlung wird das Vorvitamin mit dem Namen 7 Dehydrocholesterol (7-DHC) produziert.

Dieses gelangt im Körper in die Leber, wo es in das Calcidiol umgewandelt wird. Das Calcidiol macht sich nun auf den Weg zur Niere, wo es in das wirksame Vitamin D3, das Calcitriol umgewandelt wird. Das Vitamin D3 ist nun bereit, das Kalziumgleichgewicht im Körper zu regulieren.

Das Kalziumgleichgewicht wird über die endokrine Wirkung geregelt. Endokrin heisst, das Vitamin D3 wird direkt übers Blut verteilt.

Das Vitamin D3 wird jedoch auch über die autokrine Wirkung verteilt. Die autokrine Wirkung bedeutet, dass die Wirkung direkt und nicht übers Blut an die entsprechende Zelle gelangt. Das Vitamin D3 hat über die autokrine Wirkung zum Beispiel auch einen positiven Einfluss auf den Herzmuskel, den Blutdruck und die Infektionsabwehr.

Wie bereits erwähnt, zerstört die UV-A Strahlung das in der Haut synthetisierte Vorvitamin D3. Aus diesem Grund tritt an Tieren in der Natur nie eine Hypervitaminose auf.

Die Natur hat dafür gesorgt, dass wärmeliebende Tiere sich so viele Stunden an der Sonne aufhalten können, wie sie das möchten.

Wie bereits erwähnt, gelangt im Winter kaum UV-B Strahlung nach Mitteleuropa. Sicher erhalten wir Menschen in den Wintermonaten zu wenig UV-B Strahlung. Diese Tatsache darf jedoch nicht auf die Tiere adaptiert werden, da sich diese während des Tages nicht in Räumlichkeiten aufhalten, wie das

der Mensch tätigt. Die Sonne liefert die UV-B Strahlung erst ab etwa 300 nm.

Die kurzwellige und auch schädliche UV-B Strahlung unter 300 nm gelangt somit nicht auf die Erde. Obschon die optimale Produktion vom Vorvitamin D3 zwischen 297 und 298 nm passiert, wird genügend Vitamin D3 produziert.

Wie im Aktionsspektrum der Synthese vom Vorvitamin D3 erkenntliche ist, wird auf natürliche Weise nicht sehr viel Vorvitamin D3 produziert. Je mehr UV-B Strahlung durch die Sonne auf die Haut gelangt, umso weniger Vorvitamin D3 wird produziert. Auch hier hat sich die Natur optimiert und verhindert eine übermässige Vitamin D3 Produktion.

UV Verhältnis

Die Sonne gilt für unsere Beleuchtung als Referenz und somit sollte auch das Verhältnis der UV-A zur UV-B Strahlung von unserem Leuchtmittel in etwa demjenigen des Sonnenlichts entsprechen. Dieses Verhältnis ist dadurch von grosser Wichtigkeit, da wie bereits erwähnt die UV-A Strahlen das Vitamin D3 in der Haut zerstören. Ist das UV-A und UV-B in einem Missverhältnis, kann dies zu einem Vitaminmangel oder zu einer Hypervitaminose an Vitamin D3 führen.

Es gibt zwei Möglichkeiten dieses Verhältnis zu messen bzw. zu berechnen. Bei der ersten Methode dividiert man die gemessenen µW Werte vom UV-A Breitbandmessgerät mit denen des UV-B Messgeräts.

Die andere Methode ist die der Flächenberechnung unter dem Spektrum im UV-A und UV-B Bereich. Die Fläche des UV-A Bereichs wird mit der Fläche des UV-B Bereichs dividiert.

Bei beiden Methoden besteht die Problematik der Peaks innerhalb des Spektrums, welche unsere

Leuchtmittel aufweisen. Diese Peaks vergrössern einerseits die Fläche unter dem Spektrum und das eventuell in einem Bereich der weniger von Relevanz für die Vitaminproduktion oder -zerstörung ist. Die Breitbandmessgeräte sind auf einen bestimmten Wellenlängenbereich optimiert. Befindet sich im Spektrum des Leuchtmittels eines Peaks im Bereich des Optimums des Messgeräts, wird dadurch ein sehr hoher und somit falscher Wert gemessen.

Somit kann gesagt werden, dass die Messwerte der unterschiedlichsten Leuchtmittel der UV-A und UV-B Strahlung und deren Verhältnis relativ betrachtet werden muss.

Verhältnis UV-A zu UV-B im Tagesverlauf

Das Sonnenlicht besteht aus einem gleichmässigen Spektrum, was bei der Methode der Flächenberechnung einen verlässlichen Wert ergibt. Mit den Breitbandmessgeräten entsteht jedoch auch beim Sonnenlicht ein Messfehler, da der Bereich ausserhalb des optimierten Bereichs vernachlässigt wird.

Das Verhältnis der UV-A und UV-B Strahlung ist tageszeitabhängig. Morgens und abends ändert sich das Verhältnis geringfügig. ...