Unter thermischem Rauschen, auch Johnson-Nyquist-Rauschen genannt, versteht man zufällige elektrische Schwankungen, die in Leitern oder Widerständen aufgrund der thermischen Bewegung von Ladungsträgern, normalerweise Elektronen, auftreten. Dieses Phänomen ist allen elektronischen Bauteilen eigen und nimmt mit der Temperatur zu. Thermisches Rauschen zeichnet sich durch eine flache spektrale Leistungsdichte über einen weiten Frequenzbereich aus, was bedeutet, dass es bei allen Frequenzen innerhalb einer bestimmten Bandbreite gleichermaßen zum Grundrauschen beiträgt.
Unter thermischem Energierauschen versteht man zufällige Vibrationen oder Schwankungen in physikalischen Systemen, einschließlich elektronischer Schaltkreise, die durch in der Umgebung vorhandene thermische Energie verursacht werden. In elektronischen Schaltkreisen äußert sich dies als thermisches Rauschen, bei dem die Bewegung von Ladungsträgern aufgrund thermischer Energie zu zufälligen Spannungsschwankungen führt.
Die thermische Rauschfunktion beschreibt die statistische Verteilung des thermischen Rauschens in elektronischen Systemen. Sie folgt im Allgemeinen einer Gaußschen (Normal-)Verteilung, bei der die Amplitude der Rauschschwankungen zufällig um einen Mittelwert schwankt. Diese Funktion ist wichtig, um die Eigenschaften von Rauschen in elektronischen Schaltkreisen zu verstehen und Systeme zu entwerfen, die seine Auswirkungen auf die Signalqualität abschwächen können.
Im Zusammenhang mit dem Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) bezieht sich thermisches Rauschen auf den Grad des Hintergrundrauschens, der durch thermische Bewegung in elektronischen Bauteilen verursacht wird. SNR quantifiziert das Verhältnis von Signalleistung zu Rauschen in einem Kommunikations- oder Messsystem. Thermisches Rauschen setzt eine grundlegende Grenze für den minimal erkennbaren Signalwiderstand, da Signale vom Hintergrundrauschen unterscheidbar sein müssen, um zuverlässig erkannt und interpretiert zu werden.
In der Chemie kann sich thermisches Rauschen auf zufällige Schwankungen oder Variationen beziehen, die bei physikalischen und chemischen Prozessen aufgrund von Wärmeenergie beobachtet werden. Beispielsweise kann in der Spektroskopie oder analytischen Chemie thermisches Rauschen Messungen beeinträchtigen, indem es zu zufälligen Fehlern oder Unsicherheiten bei den Messwerten führt. Das Management und Verständnis des thermischen Rauschens ist entscheidend, um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit experimenteller Ergebnisse in verschiedenen Bereichen der Chemie sicherzustellen.