انتقال الحرارة بالإشعاع
تمهيد : درسنا حتى الآن طريقتي انتقال الحرارة بالتوصيل ( ويحدث ذلك في المواد الصلبة ) وبالحمل (ويحدث ذلك في السوائل والغازات) ، فهل يوجد طريقة أو طرق أخرى لانتقال الحرارة بين الأجسام غير هاتين الطريقتين ، هذا ما سنعرفه الآن من دراسة بعض الظواهر الحياتية.
1. ضع يدك تحت زجاجة مصباح كهربائي ساخن على بعد بضعة سنتيمترات منها ، إنك تحس بالحرارة تصل إلى يدك ، فكيف وصلت ؟
2. ضع مدفأة كهربائية على طاولة أو كرسي ، وضع يدك تحتها ، تصلك الحرارة أيضاً .
3. الشمس تبعد عن الأرض مسافة 150 مليون كم ومع ذلك تصل حرارتها إلى الأرض .
لا شك أن الحرارة لم تنتقل بالتوصيل في الظواهر الثلاث السابقة . فالهواء موصل رديء للحرارة ، وكذلك معظم المسافة بين الأرض والشمس هي في الواقع العملي فراغ أو بها كمية لا تكاد تذكر من الغازات رديئة التوصيل للحرارة .
لا تصل الحرارة كذلك إلى يدك وإلى الأرض بالحمل لأن تيارات الحمل ترفع الهواء الساخن إلى أعلى فكيف وصلت الحرارة ؟ لا شك أنها وصلت بطريقة ثالثة غيرهما . تسمى طريقة انتقال الحرارة بالإشعاع . فحينما يسخن سلك المدفأة الكهربائية فإنه يشع كميات من الحرارة في جميع الاتجاهات ، لذلك تحس بدفء يديك لو وضعتها في أي موضع قرب المدفاة ، يميناً أو يساراً ، أعلى أو أسفل .
ينتقل الإشعاع الحراري في الفراغ وعبر المواد الشفافة المختلفة وهو يمر فيها دون إحداث تغييراتٍ ملموسة في درجات حرارتها . فهو يخترق الهواء مثلاً دون أن يسخنه . ولكن ماذا يحدث للإشعاع الحراري إذا سقط على مواد غير شفافة ؟
ـ الأجسام المعتمة كالأرض اليابسة مثلاً تمتص معظم الإشعاع الحراي الذي يسقط عليها فتسخن وتُسخن الهواء الملامس لها فيصعد إلى أعلى بسبب انخفاض كثافته (نتيجة التسخين) ، ويأتي هواء أثقل وأبرد منه من أعلى ومن جهة البحر ليحل محله فيسخن بدوره ويرتفع .
تنعكس الأشعة عن الأجسام المصقولة اللماعة أو الأجسام البيضاء أو الأجسام فاتحة الألوان عموماً . لهذا تُطلى خزانات البترول بدهانٍ أبيض لامع حتى تعكس الأشعة .
تدريب : اذكر ثلاثة أمثلة منزلية أخرى تصلك الحرارة فيها بطريقة الإشعاع .
ماذا يحدث للإشعاع الحراري حينما يسقط على الأجسام ؟
ـ استخدم ما يتوفر لديك من المواد في إجراء الاختبارات التالية :
أ. خذ قطعتين متشابهتين قدر الإمكان في الطول والحجم واحدة من الحديد والأخرى من الزجاج ضعهما في الشمس ( أو أمام مدفأة حسب الحالة الجوية ) متجاورتين ، اتركهما لبضع دقائق ، ماذا تلاحظ بالنسبة لسخونة كلاً منهما .
ـ لماذا سخنت قطعة الحديد أكثر من الزجاج مع أنهما في نفس الجو ؟
ـ ماذا حدث للإشعاع الحراري الذي سقط على الزجاج ؟
ـ ماذا حدث للإشعاع الحراي الذي سقط على الحديد ؟
ب. غير مواد التجربة السابقة مستخدماً قطعاً من النحاس ، الخشب ، البلاستيك ، الرخام ، الألومنيوم ، ... الخ . كرر التجربة عدة مرات لتتأكد من صحة النتائج .
ـ أجب عن أسئلة مشابهة للسابقة ( الواردة في أ ) فيما يتعلق بالمواد التي استخدمتها في (ب) ؟
ج. خذ قطعتين متشابهتين من الحديد ، لف واحدة منهما بورق أبيض ، والأخرى بورق من نفس النوع أسود اللون ( أو لون الورقة بقلم اسود أو بالفحم ) . ضع القطعتين متجاورتين تحت أشعة الشمس ( أو أمام المدفأة ) بعض الوقت ، فك غلاف القطعتين ولاحظ أيهما أسخن ؟ كرر التجربة عدة مرات لتتأكد من صحة النتائج .
ـ لماذا سخنت إحدى القطعتين أكثر من الأخرى ؟
ـ ما المتغير الوحيد بين القطعتين ؟
ـ ماذا يحدث لسخونة قطعة الزجاج لو طليناها بمسحوق الفحم ؟
الخلاصة : عندما يسقط الإشعاع الحراري على الجسم فإن معظمة :
أ. ينعكس إذا كان الجسم ---------- وقسم ضئيل منه يمتص وآخر ينفذ .
ب. يمتص : إذا كان الجسم أسود اللون وقسم ضئيل منه -------- وآخر -------- .
ج. ينفذ إذا كان الجسم -------- وقسم ضئيل منه ينعكس وآخر يمتص .