Hallo liebe Experten,
mich würde mal brennend interessieren, wie heiß der Strahl eines Lasers so ist!
Ich habe mal gehört, dass die Temperatur derer eines Sternes ähnelt!
Ist das wirklich war? und wie wird die Temperatur in diesem Fall gemessen, oder wird sie geschätzt?
Ich wünsche einen schönen Abend und auch eine schöne Weihnachtszeit, Hermann
Hallo Hermann,
grob beantwortet ist es in einem Laserstrahl erst mal genau so warm wie in der Umgebung.
„Heiß wird es erst“ wenn das Licht absorpiert wird. Wenn Luft die Laserstrahlung absorpiert wird sie dadurch auch etwas aufgewärmt. Allerdings kann man diesen Effekt in den meisten Fällen vernachlässigen. Daher kannst du dir einen Laserstrahl eher als einen kalten Strahl vorstellen.
Eine hohe Temperatur entspricht einer schnellen Teilchenbewegung. Dort wo es keine sich schnell bewegenden Atome gibt gibt es auch keine hohe Temperatur (grob erklärt).
Wenn das Licht absorpiert wird, wird die Energie der
Photonen (meistens) in Bewegungsenergie der Atome umgewandelt: dann wärmt sich das Material auf.
Wie warm es dann konkret wird hängt davon ab wie
viel Energie absorpiert wird. Wenn du mit einem
Laserpointer auf deine Hand strahlst kannst du den
Temperaturunterschied vielleicht garnicht bemerken.
Bei der Kernfusion werden Laser mit sehr hohen Leistungen eingesetzt. Die Temperatur der bestrahlten
Teilchen ist dann etwa so wie in der Sonne oder noch größer:
Guten Morgen!
Dem Laserstrahl kann keine Temperatur zugeordnet werden. Temperatur ist ungeordnete Molekülbewegung und daher nur für Materie anwendbar. (Laser)licht besteht aber aus Photonen („Lichtteilchen“).
Der Laser kann aber bei Absorption einen Temperaturanstieg auf dem jeweiligen Werkstück verursachen. So wird z.B. beim Schneiden oder Gravieren eines Materials immer die Verdampfungstemperatur des jeweiligen Materials überschritten. Metalle werden z.B. mit Faserlasern graviert, d.h. mehrere 1000°C Temperaturanstieg werden in weniger als 100ns (= 0,1 Mikrosekunden) erzielt.
Temperatur wie in Sternen: Ja, auch machbar (für mein Labor aber leider etwas zu teuer 
)
http://www.heise.de/newsticker/meldung/Gelungene-Gen…
lg
Gernot
Hallo liebe Experten,
mich würde mal brennend interessieren, wie heiß der Strahl
eines Lasers so ist!
Ich habe mal gehört, dass die Temperatur derer eines Sternes
ähnelt!
Die Definition von Temperatur erfolgt über die ‚Schwingungsenergie‘ von Molekülen in Materie, sei es nun ein Gas, ein Fluid oder ein Festkörper. Der Laserstrahl selbst enthält keinerlei Materie sondern Photonen, welche meines Wissens qua Definition keine Temperatur haben.
Die Frage ist also korrekt formuliert: Wie weit kann Materie mit einem Laser erhitzt werden. Dort stellt sich vor allem das Problem, dass hochtemperierte Materie sehr flüchtig ist (aufgrund der großen kinetischen Energie der Moleküle). Wenn man ein Materiekügelchen von allen Seiten mit hochintensiver Laserstrahlung beschießt, landet man bei folgendem Projekt mit Temperaturangabe:
http://de.wikipedia.org/wiki/National_Ignition_Facility
Hallo Hermann,
also, ich bin nicht studiert in der Richtung, aber soweit ich das weiß, ist der Strahl an sich nicht heiß bzw. es ist nur Licht. Die Wärme entwickelt sich dadurch, dass der Laser auf etwas auftrifft und je nach dem welche Farbe der Laser selbst und das Zielobjekt haben wird eine bestimmte Menge Licht absorbiert und dementsprechend eine bestimmte Temperatur erzeugt.
Diese Temperatur ist zusätzlich abhängig von der optischen Ausgangsleistung des Lasers.
Nehmen wir mal an ein Grüner Laser mit 300mw optischer Ausgangsleistung, ist in der Lage unter den richtigen Bedingungen eine Zigarette zu entzünden oder Luftballons zum Platzen zu bringen oder auch Paketband durchzuschneiden. (siehe Youtube)
Das ist allerdings nicht zum nachmachen zu empfehlen.
Wobei ein durchsichtiger Luftballon sich vermutlich nicht beeindrucken lässt, aber ein roter oder gar schwarzer Ballon sofort zerplatzt.
Das Paketband und die Zigarette haben beide braune Farbe und somit auch gut die Möglichkeit Licht zu absorbieren und damit heiß zu werden.
Dagegen schneidet ein Laser z.B im Infrarotbereich mit einer Leistung von bis zu mehreren Kilowatt auch mit Leichtigkeit Metalle wie z.B. Karosserieteile. Mit der erhöhung der Leistung wird natürlich auch die Hitze erhöht die beim Auftreffen entsteht.
Wie misst man das ganze, es gibt zwei Möglichkeiten Hier ein kurzer Ausschnitt aus Wikipedia:
Die fotometrische Messung wird bei Nahinfrarot, sichtbarem Licht und Ultraviolett kleiner Leistung angewandt. Sie erfordert eine Fotodiode mit einem bekannten Zusammenhang zwischen Wellenlänge, Leistungsdichte und Fotostrom sowie meist einen Diffusor bzw. eine Ulbricht-Kugel.
Während der Zusammenhang Fotostrom /Leistung frequenz- und gerätespezifisch kalibriert werden muss, ist die Proportionalität zwischen Fotostrom und Leistung über viele Größenordnungen gegeben.
Und dann gibt es noch die Kalorimetrische Messung: nochmal ein kurzer Ausschnitt aus Wikipedia:
Die kalorimetrische Messung setzt einen Absorber voraus, der möglichst die gesamte Leistung in Wärmeenergie umwandelt. Die Wärmeenergie sorgt für Erwärmung eines Körpers oder einer Flüssigkeitsmenge mit einem von ihrer Wärmekapazität abhängigen Temperaturgradienten. Man bestimmt die Wärmemenge entweder durch eine definierte Messzeit und die Messung der Temperaturdifferenz vor und nach der Bestrahlungszeit oder man bestimmt den Temperaturgradienten selbst. Letzteres Verfahren ist schneller.
Ich hoffe ich konnte dir etwas weiterhelfen. Ich wünsche ebenfalls noch eine schöne Weihnachtszeit.
Gruß
Felix
Wie heiß ein Laser ist, kann man so direkt nicht beantworten. Die Temperatur richtet sich nach der Strahlleistung der Laserquelle. Wenn z.B. ein Laserpointer die Temperatur eines Sternes hätte, wäre es kaum möglich, den Laserpunkt als „Zeigestock“ zu benutzen, da er sich ja durch alles hindurchbrennen würde. Ausserdem wäre dieser Laser ja eine Wundermaschine, da er aus zwei kleinen Batterien eine so immense Temperatur generieren kann.
Laser ist nichts anderes als Licht, welches scharf gebündelt ist. Genau, wie man mit einer Lupe die Energie der Sonne bündeln kann, um damit Feuer zu machen.
Die Sonne hat (im Sommer bei klarem Himmel) eine Bestrahlungsstärke von 600 bis 1000 Watt pro Quadratmeter. Dies reicht nicht aus, um z.B. ein Blatt Papier zu entzünden. Bündelt man mit einer Lupe diese Leistung auf wenige Quadratmillimeter, wird das Papier schnell Feuer fangen.
Genau so verhält es sich mit den Lasern. Bei dem Schneidlaser, mit dem ich arbeite, beträgt der Strahldurchmesser 22mm, bei einer maximalen Leistung von 1500 Watt. Das ist schon eine immense Energiedichte, reicht aber nicht, um damit zu schneiden. Darum wird der Laserstrahl mit einer Linse fokussiert. Im Fokuspunkt hat der Laserstrahl jetzt einen Durchmesser von 0,2mm. Dies reicht aus, um Stahl zu schneiden, der 12mm dick ist.
Rechnet man jetzt die Leistung von 1500 Watt pro Quadratmillimeter auf einen Quadratmeter hoch, kommt man auf
1500000000 Watt pro Quadratmeter. So kann ich mir erklären, dass die Vermutung zustande kommt, dass Laserstrahlen eine so hohe Temperatur haben.
Die Temperatur kommt nur zustande, wenn die Laserenergie absorbiert wird, also der Strahl irgendwo auftrifft. Die dabei entstehende Temperatur hängt vom Material und somit vom Absorptionsgrad ab.
In unserem Laser wird an einer Anzeige die momentane Strahlleistung in Watt angezeigt. Diese wird im Verschluss ermittelt, ist also nur aktiv, wenn kein Strahl austritt. Der Strahl wird in ein Kupferteil geleitet. Dieses Teil ist wassergekühlt. Ermittelt man die Temperatur des eintretenden Wassers, die des austretenden (durch den Strahl erwärmten) Wassers und der Wassermenge pro Zeit, kann man daraus errechnen, wie viel Leistung der Laserstrahl abgibt.
Die Strahlleistung hängt immer von der Energie ab, die dem Lasererzeugungssystem zur Verfügung gestellt wird. Der Wirkungsgrad ist hierbei nicht besonders hoch (ich rede von einem CO2-Schneidlaser): Um 1,5kW Laserleistung zu erhalten, muss der Anlage eine elektrische Leistung von ca. 12kW zur verfügung gestellt werden.
Ich hoffe, mit meiner Antwort geholfen zu haben,
Viele Grüße
Roman
Hallo Herrmann,
Hallo liebe Experten,
mich würde mal brennend interessieren, wie heiß der Strahl eines Lasers so ist!
Der Laserstrahl an und für sich hat keine Temperatur. Er ist kalt. Die Hitze im zu bearbeitenden Material entsteht, weil das Material die im Laserstrahl transportierte Energie absorbiert und sich dadurch erwärmt.
Das heißt, die Temperatur im Material wird durch zwei Faktoren bestimmt:
a) Wieviel Licht kann auf einen Punkt konzentriert werden?
Beim Sonnenlicht ist das ja auch so: Normales Sonnenlicht auf der Haut ist angenehm warm. Wenn das Licht aber mit Brenngläsern oder Brennspiegeln auf einen Punkt konzentriert wird, entstehen im Brennpunkt sehr hohe Temperaturen!
b) Wieviel Prozent des Eingestrahlten Lichts kann vom Material absorbiert werden und in Wärme umgewandelt werden. Spiegel in einem Laserresonator zum Beispiel erwärmen sich relativ wenig, weil die meiste Energie des Lichts wieder zurückreflektiert wird.
Also, hohe Temperaturen werden dadurch erzeugt, indem man möglichst viel Licht auf einen möglichst kleinen Punkt konzentriert und davür sorgt, das möglichst alles Licht absorbiert wird.
Wie wird die Temperatur in diesem
Fall gemessen, oder wird sie geschätzt?
Die Temperatur eines Lasers kann man nicht messen, siehe oben.
Aber man kann die Energie eines Laserstrahls messen!
Das heißt, man lenkt den Laserstrahl, bei starken Lasern einen Bruchteil davon, auf ein Absorbermaterial. Über die Wärmeentwicklung oder einen photoelektrischen Effekt wird dann die Energie des Laserstrahls gemessen.
Viele Grüße,
PH
Hallo,
also die Hitze eines Lasers kann man nicht pauschal angeben. Diese hängt von mehreren Bedingungen ab. Vorallem von dessen Leistung. Ein gewöhnlicher Laserpointer emittiert kontinuierlich und die Energie liegt im Bereich von einigen Milliwatt. Auf der Haut spürt man diesen Punkt nicht. Dann gibt es noch gepulste Laser, diese werden hauptsächlich in Laboren und in der Materialbearbeitung eingesetzt. Gepulst bedeutet dieser Laser emittiert nur extrem kurz, zB. nur wenige Nanosekunden lang, aber sehr oft hintereinander. Hier wäre dann eine Angabe der Energie sinnvoll. Jeder Puls hat dann eine Energie von z.B 1 Joule. So hat ein 100 fs langer Lichtpuls mit einer Energie von einem Joule - gerade genug, um einen Fingerhut voll Wasser um 1/4 Grad zu erwärmen - eine Leistung von 10 Terawatt.(Leistung = Energie durch Zeit). Diese Pulse können extrem heiß werden, aber halt nur sehr kurz.
Desweiteren ist es wichtig auf welche Fläche sich der Laser fokusiert. Besitzt eine Linse einen sehr kleinen Brennpunkt können in diesem auch sehr hohe Intensitäten entstehen. Prinzipiell wie eine Lupe auch sehr heiß werden kann.
Man kann auch die einzelne Energie der Photonen angeben.
Zur Messung kann ich nicht viel sagen. Eine geeignete Photodiode und ein Oszilloskop zur Vermessung der Halbwertsbreite des Laserpulses vielleicht.
Gruß
lieber herrman ganz genau kann selbst ich dir das nicht beantworten aber meine vermutung ist ca. 600 000 gratcelsius
Hallo,
erst einmal ist ein Laser ein Lichtwelle bzw. ein Strahl aus Photonen. Dieser hat keine Temperatur im klassischen Sinne. Eine Temperatur wird dann aus verschiedensten Analogien abgeleitet.
Eine ganz einfache und im Detail nicht richtige Betrachtung wäre: Nimm einen Laser und fokusier ihn in eine Zelle aus Wasser vom Volumen xy. Über die Leistung /Energie des Lasers kann nun errechnet werden, wie heiß sich das Gas im Fokus aufheizt. Laser die so heiß sind wie Sterne sind riesige Anlagen ala NIF in den USA, MegaJoule in Fr oder Phelix in De (wiki fragen). Laser dieser Klasse haben Leistungen im 10^15 Watt bereich und typischerweise Energien von einigen kJoule.
( Kleine Rechnung: Laser Energie = 500J (pro Puls), Wärmekapaziät Wasser 4.2 J/(K*g): Wird 1kJ z.B. in eine 1/10000 Milliliter große Wasserzelle fokussiert und 100% Licht absorbiert, erhitzt sich das Wasser von 20°C auf einige Millionen Grad Celsius. (Sonne 15MioK)
Aber so einfach ist das alles nicht, …