الديناميكا الحرارية

انتقال الحرارة عن طريق الإشعاع

طرق_انتقال_الحرارة_بالإشعاع01

انتقال الحرارة عن طريق الإشعاع

دائمًا ما يتم نقل الطاقة على شكل حرارة من وسط لديه درجة حرارة أعلى إلى وسط لديه درجة حرارة أقل، ويمكن نقل الحرارة بثلاثة طرق وهي: التوصيل  الحراري conduction، والحمل الحراري convection، والإشعاعradiation .  ويتوقف هذا الانتقال في الحرارة عندما يصل الوسطان إلى نفس درجة الحرارة، ولكن انتقال الحرارة عن طريق الإشعاع يختلف عن التوصيل والحمل حيث أنه لا يحتاج وسط حتى ينتقل من خلاله ولا يتوقف انتقاله للحرارة عند تساوي حرارة الوسطين، والإشعاع هو الطريقة التي تصل فيها الحرارة إلى الأرض من خلال أشعة الشمس.

إقرأ أيضا:القانون الصّفري في الديناميكا الحرارية

انتقال الحرارة عن طريق الإشعاع Radiation Heat Transfer

الإشعاع الحراري هو الطاقة المنبعثة من المادة على شكل موجات كهرومغناطيسية أو فوتونات نتيجة للتغيرات في التكوينات الإلكترونية للذرات أو الجزيئات، إن الإشعاع الحراري لا يحتاج الى وسط لينتقل من خلاله على عكس انتقال الحرارة بالتوصيل والحمل اللّذين يحتاجان إلى وسط مادي للانتقال من خلاله، وانتقال الحرارة عن طريق الإشعاع كفاءته عالية في الفراغ vacuum، إشعاع كهرومغناطيسي  له اكثر من نوع؛ مثل الأشعة السينية، وأشعة جاما، والموجات الميكروية، وموجات الراديو وموجات التلفاز.

 إن جميع الأجسام عند درجة حرارة أكثر من الصفر المطلق ينبعث منها إشعاعات حرارية ، ويحدث انتقال الحرارة بين جسمين حتى لو كان بينهم وسط فاصل أبرد من كِلا الجسمين، وكل من المواد الغازية والسائلة والصلبة تشع وتمتص الإشعاع، والإشعاع عادة ما يعتبر ظاهرة سطحية للمواد الصلبة غير الشفافة مثل المعادن والخشب والحجارة حيث أن الإشعاع المنبعث من المناطق الداخلية لا يصل إلى السطح والإشعاع الواقع على أسطحهم بالعادة يتم امتصاصه في مسافة بضع ميكرون من السطح. تعتمد كمية الطاقة المنبعثة من سطح ما عند طول موجي معين على مادة الجسم وحالة السطح ودرجة حرارته، لذلك تنبعث كميات مختلفة من الإشعاع لكل وحدة مساحة من السطح من أجسام مختلفة حتى لو كان لديهم نفس درجة الحرارة.

إقرأ أيضا:القانون الصّفري في الديناميكا الحرارية

الجسم الأسود والأسطح الحقيقية Black body and Real surfaces

الجسم الأسود هو باعث وممتص مثالي للإشعاع، وهو معيار لمقارنة الخصائص الإشعاعية للأسطح الحقيقية، ويمتص كل الإشعاع الساقط عليه بغض النظر عن الطول الموجي والاتجاه، ولا يوجد سطح ينبعث منه طاقة أكثر من الجسم الأسود، وبالرغم من أن انبعاث الإشعاع مقترن بالطول الموجي والحرارة إلا أنه غير مُعتَمِد على الاتجاه، أي أنه باعث موزع للإشعاع، ويشع بشكل منتظم في جميع الاتجاهات، وممّا تجدر معرفته أنه لا يوجد سطح لديه نفس خصائص الجسم الأسود تمامًا. بعد فهم فكرة الجسم الأسود يمكن النظر في سلوك الأسطح الحقيقة للانبعاث والتي يعبر عنها بالانبعاثية والتي يتم حسابها عن طريق الجسم الأسود وهي نسبة الطاقة الكلية المنبعثة من السطح الحقيقي إلى الطاقة الكلية المنبعثة من جسم أسود، وتمثل الانبعاثية خصائص الانبعاث للأسطح.

طرق_انتقال_الحرارة_بالإشعاع01

الامتصاص والانعكاس والانتقال عن طريق الأسطح الحقيقية Absorption, Reflection, and Transmission by Real Surfaces

كل شيء ينبعث منه الإشعاع بشكل متواصل، وهذا يعني أن جميع الأسطح والأجسام معرضة للإشعاع الذي يأتي من جميع الاتجاهات في مجموعة من الأطوال الموجية، وعند تعرض الأسطح الصلبة للإشعاع Incident radiation فإن جزء منها ينعكس reflected radiation  وجزء يتم امتصاصه absorbed radiation وجزء ينتقل من خلاله transmitted radiation، وقد يكون السطح شبه نافذ أو غير نافذ فالأسطح  شبه النافذة تنتقل من خلالها الأشعة، أما بالنسبة إلى الأسطح غير االنافذة فأنها فقط تعكس وتمتص الإشعاع ولا يكون هناك انتقال من خلالها.

إقرأ أيضا:القانون الصّفري في الديناميكا الحرارية

المراجع References

Bergman, T., Lavine, A., Incropera , F., & Dewitt, D. (n.d.). Fundamentals of heat and mass transfer.

Cengel , Y., & Ghajar, A. (n.d.). Heat and mass Transfer fundamentals and applications.

السابق
القانون العام للغازات المثالية

اترك تعليقاً