Validierung der Entropieberechnung von Strahlungsenergieströmen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Stephan Kabelac
• Fachliche Zuordnung: Technische Thermodynamik
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 157018400

Die Kenntnis der Entropie, die einen Strom beliebiger elektromagnetischer Strahlung begleitet, ist für die Einordnung der Strahlung als Energieform im thermodynamischen Kontext von grundlegender Bedeutung. Für die thermodynamische Analyse von Strahlungsenergiewandlern, von Verbrennungsräumen und von physikalischen Abläufen auf hohem Temperaturniveau ist die Berechnung dieser Strahlungsentropieströme Voraussetzung.Die Berechnungsgleichung zur Entropie von Strahlung im Gleichgewicht (Hohlraum - Strahlung) ist unumstritten und tief in den Grundlagen mehrerer physikalischer Forschungsfelder verankert. Der reale Strahlungsaustausch zwischen zwei Körpern unterschiedlicher Temperatur findet grundsätzlich unter Nichtgleichgewichtsbedingungen statt. Die Herleitung der Entropie für Nichtgleichgewichtsstrahlung beinhaltet unbewiesene Annahmen, es gibt Indizien für eine möglicherweise notwendige Korrektur dieser Gleichungen. Da in den Entropiebilanzen für Systeme mit Strahlungsströmen der Entropiestrom der emittierten Strahlung und die Entropieerzeugungsrate immer gemeinsam auftreten fällt eine fehlerhafte Entropieberechnung in aller Regel nicht auf. In diesem Vorhaben soll die Konsistenz der bisher bekannten Berechnungsgleichung für die Entropie von Nichtgleichgewichtsstrahlung experimentell überprüft werden. Durch das Messen der Wärmeströme, welche von zwei gleichen photovoltaischen Zellen unter gleichen Strahlungsbedingungen, aber unterschiedlichen Belastungszuständen abgeführt werden müssen, kann ein Kennfeld der Entropieerzeugungsrate dieser Strahlungsenergiewandler erstellt werden. Diese experimentell bestimmte Entropieerzeugungsrate wird mittels einer Entropiebilanz mit berechneten Werten verglichen und so die Konsistenz der Entropieberechnung überprüft.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen