تقرير للفيزياء بعنوان طرق انتقال الحرارة - منتديات نور الاستقامة
  التسجيل   التعليمـــات   قائمة الأعضاء   التقويم   البحث   مشاركات اليوم   اجعل كافة الأقسام مقروءة
أخواني وأخواتي..ننبه وبشدة ضرورة عدم وضع أية صور نسائية أو مخلة بالآداب أو مخالفة للدين الإسلامي الحنيف,,,ولا أية مواضيع أو ملفات تحتوي على ملفات موسيقية أو أغاني أو ماشابهها.وننوه أيضاَ على أن الرسائل الخاصة مراقبة,فأي مراسلات بين الأعضاء بغرض فاسد سيتم حظر أصحابها,.ويرجى التعاون.وشكراً تنبيه هام


** " ( فعاليات المنتدى ) " **

حملة نور الاستقامة

حلقات سؤال أهل الذكر

مجلة مقتطفات

درس قريات المركزي

مجلات نور الاستقامة



الإهداءات


العودة   منتديات نور الاستقامة > الـنـور الـثـقـافـي والطلابي > نور البحوث العلمية

نور البحوث العلمية [يحوث علمية] [بحوث طلابية] [بحوث لجميع الموادالعلمية] [بحوث لجميع المواد الأدبية] [تقارير علمية] [تقارير طلابية] [تقارير لجميع الموادالعلمية] [تقارير لجميع المواد الأدبية]


إضافة رد
 
أدوات الموضوع
افتراضي  تقرير للفيزياء بعنوان طرق انتقال الحرارة
كُتبَ بتاريخ: [ 10-31-2011 ]
رقم المشاركة : ( 1 )
الصورة الرمزية عابر الفيافي
 
عابر الفيافي غير متواجد حالياً
 
رقم العضوية : 1
تاريخ التسجيل : Jan 2010
مكان الإقامة : في قلوب الناس
عدد المشاركات : 8,733
عدد النقاط : 340
قوة التقييم : عابر الفيافي جوهرة وضاءة عابر الفيافي جوهرة وضاءة عابر الفيافي جوهرة وضاءة عابر الفيافي جوهرة وضاءة


نقره لعرض الصورة في صفحة مستقلة

طرق انتقال الحرارة
ـ كيف تنتقل الحرارة من مكان إلى آخر في نفس المادة ؟
ـ كيف تنتقل الحرارة من مكان إلى آخر ولكن بين عدة أنواع من المواد ؟ كيف يمكن أن نمنع انتقال الحرارة ( حينما تكون غير مرغوب فيها ) ؟
ـ لعلك تفكر ( مثلاً ) كيف تصلنا حرارة الشمس قاطعة مسافة مقدار 150 مليون كم ( البعد بين الشمس والارض ) .
سنحاول الإجابة عن هذه الأسئلة وغيرها من خلال بعض الظواهر المألوفة لنا ، ومن تجارب بسيطة يمكن للدارسين أن يجربوها بأنفسهم .

الحرارة
توصف الأشياء، تبعاً لسخونتها، بأنها حارة، وساخنة، وباردة؛ فيقال يوم قائظ، أو يوم حار، أو شديد الحرارة؛ كما يقال للطبيب، إن المريض ارتفعت حرارته. وهذا التصنيف، نسبي؛ فالشاي يتناول ساخناً، بينما تتناول المشروبات الغازية باردة؛ ولو كان الشاي أقل سخونة من المعتاد، لقيل إنه بارد، ويحتاج إلى تسخين. والشعور بحرارة الهواء نسبي كذلك؛ فدرجة حرارة 30ْ مئوية، في شهر يونيه، في مدينة الرياض، مثلاً، تجعل اليوم معتدلاً. ولكن الدرجة نفسها، في المكان نفسه، في شهر يناير، تجعل اليوم شديد الحرارة. ولجسم الإنسان درجة حرارة معيارية ثابتة، يقارن بها ارتفاع درجة حرارته أو انخفاضها.
ولكن، من الواضح، أن هناك خلطاً كبيراً بين مفهومَي الحرارة ودرجتها؛ على الرغم من أهميتهما وشيوع استعمالهما. لذا، فإن من الأولى، في بداية البحث، إيضاح الفرق بينهما، وكيفية قياس كلٍّ منهما؛ وتبيان الآلية، التي تنتقل بها الحرارة من جسم إلى آخر. وذلك يشكل أساساً للنظر في التوزع الرأسي للحرارة، في الغلاف الغازي؛ وتوزعها الأفقي، على سطح الأرض.




إن جميع المواد مكونة من جزيئات وذرات، دائمة الاهتزاز والحركة؛ ولكنها متفاوتة السرعة، في المادة الواحدة. فلو أمكن رؤية جزيئات غاز الأكسجين، مثلاً، في حاوية، لتبيّن أن بعضها لا يكاد يتحرك، وبعضاً آخر يتحرك بسرعة عالية، وبعضها الأكبر حركته متوسطة. ولو كانت درجة حرارة Temperature غاز الأكسجين صفراً مئوياً، فإن 1.3% من الجزيئات، سيراوح معدل حركتها بين صفر و360 كيلومتراً، في الساعة؛ و7.7% ستتجاوز سرعتها 2670 كيلومتراً، في الساعة؛ ونحو 91% منها، ستراوح سرعتها بين الرقمين 360 و2670 كيلومتراً، في الساعة. وبذا، فإن متوسط سرعة جزيئات الأكسجين، في هذه الحالة، يساوي 1660 كيلومتراً، في الساعة.
ولكن، ما الذي يحدث لمتوسط سرعة جزيئات الأكسجين، لو ارتفعت درجة الحرارة؟ عند درجة حرارة 30ْمئوية، سيكون متوسط سرعتها 1750 كيلومتراً، في الساعة؛ وعندما تصل درجة الحرارة إلى 100ْ مئوية، يرتفع إلى 1941 كيلومتراً، في الساعة. إذاً، كلما ارتفعت درجة الحرارة، ازداد متوسط سرعة الجزيئات. وحركة الجزيئات، تعبّر عن الطاقة الحركية[2]Kinetic energy؛ فدرجة الحرارة لأي مادة، هي مقياس لمتوسط طاقتها الحركية، أو متوسط سرعة حركة جزيئاتها.
والحرارة Heat شكل من أشكال الطاقة. وتعرَّف بأنها إجمالي الطاقة الحركية، لكل الذرات والجزيئات المكونة للمادة. ويمكن أن ينظر إليها، على أنها طاقة في حالة انتقال بين جسمَين، مختلفَين في درجة حرارتهما. ولإيضاح الفرق بين الحرارة ودرجتها قارن بين كوب ساخن من الشاي، وحوض سباحة مملوء بالماء الدافئ. لا شك أن درجة حرارة السائل، في كوب الشاي، سيكون أعلى؛ ولكن كميته، ستكون أقل كثيراً مما في حوض السباحة؛ وستختزن طاقة، أقلّ، كذلك، من الطاقة في مياه الحوض. واستطراداً، فإن إجمالي الطاقة في الكوب، يقل كثيراً عنه في حوض السباحة. ويمكن أن يستدل على ذلك، بوضع مكعب صغير من الثلج في الأول، وآخر في الثاني، والمؤكد أن درجة حرارة الشاي، ستنخفض كثيراً، بعد ذوبان مكعب الثلج؛ بينما لن يتأثر الماء في حوض السباحة؛ إذ إن الطاقة المختزنة في الكوب قليلة، استُهلك جزء كبير منها في إذابة مكعب الثلج الصغير؛ بينما لم يظهر أثر مكعب الثلج في ماء الحوض.
ويمكن إيضاح هذه الحقيقة بمثال آخر: لو وُضع إناءان، بحجم واحد، على النار؛ الأول مملوء كله بالماء، والثاني مملوء ربعه فقط، لبدأت الحرارة تنتقل إلى السائل فيهما، بمعدل انتقال واحد؛ لأن قوة النار تحتهما واحدة. إلا أن ارتفاع درجة الحرارة، سيكون أكثر سرعة إلى الإناء الأقل ماءً، منه إلى الإناء الممتلئ، الذي سيغلي ماؤه، حكماً، بعد غليان نظيره؛ أي أنه سيحتاج إلى كمية أكبر من الطاقة (الحرارة) تعجّل غليانه. كمية الحرارة، إذاً، تعتمد على كتلة المادة؛ ولكن درجة الحرارة، لا تعتمد عليها. لذا فإن طبقة الثيرموسفير Thermosphere، وهي الطبقة الرابعة، والخارجية، من الغلاف الغازي، ترتفع فيها درجة الحرارة إلى ما فوق ألف درجة مئوية. فعلى ارتفاع 300 كيلومتر من سطح الأرض، تراوح الحرارة بين 700 و1700 درجة مئوية، تبعاً للنشاط الشمسي ؛ ولأن جزيئات الهواء، تمتص الأشعة الشمسية قصيرة الموجة، عالية الطاقة، فإن درجة حرارتها ترتفع. في هذه الطبقة، تمتص جزيئات الأكسجين الأشعة الشمسية فوق البنفسجية، بطول موجة أقلّ من 0.2 ميكرومتر؛ ما يوفر طاقة كافية لفصل جزيء الأكسجين إلى ذرتَين من الأكسجين؛ وفائض الطاقة، يظهر على شكل زيادة في سرعة ذرات الأكسجين.
ولكن، لأن الهواء متخلخل جداً في هذه الطبقة، فلا يوجد إلا القليل من الذرات والجزيئات؛ فإن امتصاص كمية قليلة من الطاقة الشمسية، يؤدي ارتفاع درجة الحرارة ارتفاعاً كبيراً. ولهذا السبب، تحدد درجة حرارة التوابع الفضائية Satellites، التي تدور حول الأرض، في طبقة الثيرموسفير، على أساس كمية الإشعاع الشمسي، التي تمتصها، وليس على أساس درجة الحرارة العالية للهواء المحيط بها، والذي يكاد يكون معدوماً. وعلى الرغم من الارتفاع الشديد لدرجة الحرارة (سرعة جزيئات الهواء)، فلو أن أحد ملاحي الفضاء، أخرج يده من المركبة، في تلك الطبقة، فلن يشعر بالحرارة الشديدة؛ وذلك لقلة جزيئات وذرات الهواء التي تصادم يده. وعلى الرغم من أن مفهومَي الحرارة ودرجتها مميزان ومختلفان أحدهما عن الآخر؛ إلا أنهما مترابطان. فالمؤكد أن زيادة حرارة المادة، تؤدي رفع درجة حرارتها.
إضافة إلى ذلك، فإن وجود فارق في درجة الحرارة، يحدد اتجاه سريانها. فعندما يوجد اتصال بين جسمَين، مختلفَين في درجة الحرارة، تنتقل الحرارة من الجسم الأعلى في درجة حرارته إلى الأدنى، حتى يتحقق التوازن.
قياس الحرارة
تمثل الحرارة الطاقة الحرارية، المنتقلة من جسم، درجة حرارته أعلى، إلى جسم، درجة حرارته أقلٍّ. ويقاس مقدار الطاقة الحرارية، المنقولة إلى أي جسم، بالسعرات الحرارية Calories. ويعرَّف السعر الحراري بأنه مقدار الحرارة (الطاقة)، اللازمة لرفع درجة حرارة جرام واحد من الماء، درجة مئوية واحدة. مثلاً، لو رفعت درجة حرارة جرام من الماء، من 30ْ إلى 35ْ درجة مئوية؛ فإن ذلك يعني، أن جرام الماء، زود بخسمة سعرات حرارية. وبالمثل، يلزم خمسة سعرات حرارية، لرفع درجة حرارة خمسة جرامات من الماء، من 30ْ إلى 31ْ درجة مئوية. وفي المقابل، يلزم التخلص من خمسة سعرات حرارية، لخفض درجة حرارة جرام واحد من الماء، من 35ْ إلى 30ْ درجة مئوية، مثلاً؛ أو لخفض درجة حرارة خمسة جرامات من الماء، من 35ْ إلى 34ْ درجة مئوية.
وينبغي أن لا يخلط السعر الحراري، المستخدم هنا، بما يستخدمه الغذائيون، ويسمونه السعر الحراري، وهو في الواقع يساوي ألف سعر حراري، أو هو ما يطلق عليه كيلو سعرKilocalorie.
لقد سبق القول، إن تزويد المادة بالحرارة، يؤدي رفع درجة حرارتها. ولكن، هناك حالات، تستهلك فيها المادة الحرارة، من دون أن يظهر أثر ذلك في درجة حرارتها. فتعريض الماء لمزيد من الحرارة، عند درجة الغليان، لا يزيد حرارته، بل يبخره. من الواضح هنا أن الطاقة المكتسبة، بعد الغليان، لا تظهر على شكل ارتفاع في درجة الحرارة، بل تستهلك في فك الروابط البينية بين جزيئات الماء، لتتحول من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية (بخار ماء). ويطلق على الحرارة المستهلكة في هذه العملية، الحرارة الكامنة للتبخر Latent heat of Vaborization[3]. وكذلك لو غُمس ثرمومتر في قالب من الثلج، درجة حرارته –20ْم تحت الصفر؛ وعُرِّض الثلج للحرارة، فإنها ستؤدي ارتفاع درجة حرارته، بالتدريج، حتى يصل إلى درجة الصفر المئوي، حيث سيتوقف، على الرغم من استمرار التزويد بالقدر نفسه من الحرارة! في هذه المرحلة، الطاقة الواصلة، لا يظهر لها أثر في درجة الحرارة؛ لأنها تستهلك في فك الروابط البينية بين الجزيئات، عند تحوِّل البلورات الثلجية إلى ماء سائل. ويطلق على الحرارة المستهلكة في هذه العملية، الحرارة الكامنة للإذابة Latent heat of melting .
يتمثل في (شكل كمية الطاقة) جرام واحد من الثلج، درجة حرارته -40ْ مئوية؛ سُلِّط عليه مقدار مقنن من الحرارة. يلاحظ أن إضافة عشرين سعراً حرارياً رفعت درجة حرارته من –40ْم، إلى درجة صفر مئوي. وذلك ناتج من أن السعة الحرارية[4] للثلج، تساوي نصف سعر حراري للجرام. ولكن، بعد الوصول إلى درجة الصفر المئوي، توقّف ارتفاع درجة الحرارة، على الرغم من استمرار التزود بالطاقة، حتى الوصول إلى الرقم 100، على المحور السيني (الأفقي). وذلك يعني استهلاك 80 سعراً حرارياً، من دون تغير درجة الحرارة. ولكن جرام الثلج، في نهاية هذه المرحلة، تحوّل إلى جرام من الماء؛ والحرارة المضافة، استهلكت في فك الروابط البينية، ويطلق عليها الحرارة الكامنة للإذابة.
لقد استهلك جرام الثلج، لتحويله من حالة التجمد بدرجة –40ْ مئوية، إلى الحالة السائلة عند درجة صفر مئوي، 100 سعر حراري. بعد ذلك، أي حرارة مضافة، سيظهر أثرها في درجة حرارة جرام الماء، بواقع زيادة درجة مئوية واحدة، لكل سعر حراري مضاف. وعندما تصل درجة حرارة جرام الماء إلى 100ْم، بعد إضافة 100 سعر حراري، تتوقف الزيادة في درجة الحرارة. ويستهلك جرام الماء 450 سعراً حرارياً، من دون أن يظهر لها أثر في درجة حرارة الماء. والشيء الوحيد الملاحظ، هو تناقص الماء في الإناء، نتيجة لتبخره. وبعد استهلاك 450 سعراً حرارياً، يكون جرام الماء، قد تحوّل كله إلى بخار. ذلك المقدار من الحرارة، الذي استهلك، ولم يظهر له أثر في درجة حرارة الماء، استهلك في فك الروابط البينية بين جزيئات الماء، ويطلق عليه الحرارة الكامنة للتبخر.
والحرارة الكامنة للتبخر أعلى من الحرارة الكامنة للإذابة، التي لم تتعدَّ 80 سعراً للجرام الواحد من الماء؛ وذلك لأن التحول من حالة السيولة إلى حالة الغازية، يحتاج إلى فك جميع الروابط البينية بين الجزيئات، فتنطلق جزيئات بخار الماء في الهواء بحرية تامة. وعند التحول من حالة الصلابة (الثلج) إلى حالة السيولة (ماء)، لا يلزم فك جميع الروابط البينية، بل بعضها؛ بما يسمح بتحرك جزيئات الماء مع بعضها. ويجب أن يلاحظ، أنه عند التعامل مع الظروف البيئية العادية، ومعدلات درجات الحرارة السائدة في البيئات الطبيعية، يتبخر الماء؛ على الرغم من أن درجة حرارته، لم تصل إلى درجة الغليان 100ْم. ويحتاج جرام الماء، في هذه الحالات، إلى 600 سعر حراري، للتحول إلى بخار. وتنطلق هذه الحرارة الكامنة عند تكاثفه، مرة أخرى.

آلية انتقال الحرارة
تنتقل الحرارة من جسم إلى آخر، أو من مادة إلى أخرى، بطرائق ثلاث: التوصيل (أو الملامسة)، والحمل (أو الاختلاط)، والإشعاع.
أ- التوصيل Conduction
وانتقال الطاقة بطريقة التوصيل Conduction، مألوف لدى معظم الناس. فالقضيب المعدني، الذي طرفه في النار، سيسخن طرفه الآخر، بالتوصيل. والملعقة المعدنية، في القدر، يسخن مقبضها، بالتوصيل. والجدار الذي تسقط عليه أشعة الشمس، من الخارج، يسخن جانبه الداخلي، بالتوصيل. التوصيل، إذاً، هو انتقال الحرارة من جزيء إلى جزيء في المادة؛ فانتقال النشاط الجزيئي في المادة، بين الجزيئات المتجاورة، يؤدي سريان الحرارة من طرف القضيب المعدني المعرض للهب إلى الطرف الآخر. ويكون سريان الحرارة دائماً من الطرف أو الجزء الدافئ، الأعلى حرارة، إلى الجزء الأبرد.
قدرة المواد على التوصيل الحراري، تختلف اختلافاً بيناً؛ فالمعادن، مثلاً، تعَد موصلات جيدة للحرارة؛ والهواء، موصل رديء جداً للحرارة. ويعتمد التوصيل الحراري، في المواد، على بناء جزيئاتها وترابطها (انظر جدول التوصيل الحراري لبعض المواد).
المواد الصلبة، كالمعادن، موصلات جيدة للحرارة؛ ولكن، قد يصعب الحكم على حرارة المعدن. فمثلاً، ملامسة صنبور ماء، معدني، بدرجة حرارة الغرفة، تعطي شعوراً بأنه أبرد كثيراً مما هو في الواقع. والسبب أن توصيل المعدن العالي للحرارة، يجعل جزيئاته، تنقل الحرارة إليه من أصابع اليد، بسرعة، مما يعطي شعوراً بالبرودة.
ولأن الهواء موصل رديء جداً للحرارة، فإن التوصيل الحراري لأي مادة، ينخفض بمقدار ما تحويه من فراغات وفقاقيع هوائية. وبسبب الانخفاض الشديد للتوصيل الحراري للهواء (انظر جدول التوصيل الحراري لبعض المواد)، فإن حرارة سطح الأرض، تُسَخِّن الطبقة الرقيقة فقط من الهواء (بضعة سنتيمترات)، الملامسة لسطح الأرض، بالتوصيل.
التوصيل الحراري، بصفته آلية من آليات انتقال الحرارة، هو أقلّها فاعلية، بالنسبة إلى الغلاف الغازي. لذا، لا يعار اهتماماً كبيراً، في غالب الأحوال، عند المتابعة المتيورولوجية لظاهرات الغلاف الغازي.
ب- الحمل
كثير من عمليات نقل الحرارة، التي تحدث في الغلاف الغازي، تحدث بطريقة الحمل Convection. وتعرَّف هذه الآلية بأنها انتقال الحرارة بتحرك الكتلة، أو بالدورات الداخلية للمادة. لذا، فهذه الطريقة، تحدث في الموائع فقط (وهذه تشمل السوائل، مثل مياه المحيطات؛ وتشمل الغازات، مثل الهواء)؛ وذلك لأن الموائع حرة الحركة، ومن السهل أن يحدث فيها تيارات حمل، تنقل الحرارة.
ويوضح المقصود بهذه الآلية، (انظر شكل انتقال الحرارة)، حيث إناء فيه ماء، يغلي على النار. تنتقل الحرارة، في البداية، من النار إلى قاع القدر (بالإشعاع)، ومنه تنتقل إلى الماء، الذي يلامسه (بالتوصيل). ومع ارتفاع حرارة الماء، في قاع القدر، يبدأ بالتمدد، وتنخفض كثافته، لتصبح أقلّ من كثافة الماء الأبرد منه، في أعلى القدر. وذلك يدفع الماء من القاع إلى أعلى، في تيارات حمل؛ ويندفع ماء أقلّ حرارة، من أعلى القدر إلى الأسفل (لأنه أثقل)، ليسخن ثم يعود إلى الأعلى. وما دام تسخين الماء غير متساوٍ، ومصدر الحرارة من الأسفل فقط، فإن الماء سيستمر في الدوران، مكوناً ما يسمى دورة الحمل Convective Circulation.
ومعظم الطاقة، التي تكتسبها غازات الغلاف الغازي، في الطبقة السفلى، القريبة من سطح الأرض، سواء التي تصل إليها بالإشعاع، أو تلك التي تكتسبها بالتوصيل الحراري من سطح الأرض ـ تنتقل بالحمل.
فالحمل، إذاً، يحدث طبيعياً في الغلاف الغازي؛ ففي يوم مشمس، دافئ، تكتسب بقع من سطح اليابس حرارة أكثر من الأجزاء المجاورة. ونتيجة لذلك، فإن الهواء الملامس لسطح الأرض، يسخن بشكل غير متساوٍ؛ إذ تكتسب جزيئاته، الملامسة لتلك البقع الأكثر سخونة، حرارة أكثر بالتوصيل الحراري. فيتمدد الهواء الساخن، ويصبح أقلّ كثافة من الهواء المحيط به، فيرتفع إلى الأعلى، ويحل محله هواء أبرد منه، من الجانبَين. وبهذه الطريقة، تتحرك فقاقيع كبيرة من الهواء الساخن إلى الأعلى حاملة معها الحرارة، بل الرطوبة كذلك. ولا يلبث الهواء البديل أن يسخن، فيتحرك إلى الأعلى.... وهكذا.
في المتيورولوجيا، يطلق على عملية الانتقال الرأسي للحرارة، بهذه الطريقة، الحمل Convection؛ وعلى الفقاقيع الهوائية الصاعدة، الحراريات Thermals. ولكن الهواء، يمكن أن يتحرك أفقياً أو رأسياً، فيحدث نقل أفقي أو رأسي للحرارة. ويطلق على التحرك الأفقي التأفق Advection، والتسمية الشائعة له الريح Wind.
وعلى المستوى العالمي، تتسبب تيارات الحمل بدورات هوائية كبيرة، حول العالم؛ هي المسؤولة عن إعادة توزيع الحرارة، بين الأقاليم الاستوائية والمدارية الحارة، وتلك القطبية المتجمدة.
ويستخدم طيارو الطيارات الشراعية، الفقاعات الهوائية الصاعدة (الحراريات)، للتحليق عالياً في الفضاء، ويظل الطيار ينتقل من فقاعة إلى أخرى. وإذا كان الهواء في الحراريات الصاعدة رطباً، فإنه يؤدي تكوّن السحب الركامية Cumulus Clouds. وبما أن تكوّن هذا النوع من السحب، مرتبط بالهواء الصاعد والهابط، فإن الطيارين، يفضلون دائماً التحليق فوقها، على المرور من تحتها، من أجل راحة الركاب، وخاصة في الطائرات الصغيرة.
ج- الإشعاع
الطريقة الثالثة لانتقال الحرارة، هي الإشعاع Radiation، المنبعث من جسم مشع، في جميع الاتجاهات. وعلى خلاف الطريقتَين السابقتَين، التوصيل والحمل، اللتَين تتطلبان وسطاً، تنتقل خلاله الحرارة، فإن الإشعاع يسري في الفضاء. والإشعاع هو الآلية، التي تنتقل بها الطاقة من الشمس إلى الأرض، وبقية كواكب المجموعة الشمسية (انظر شكل الطاقة الشمسية). جميع الموجات الإشعاعية، تنتقل في الفضاء بسرعة 300 ألف كيلو متر، في الثانية (سرعة الضوء)؛ ولا تنقص سرعتها، عند سريانها في الغلاف الغازي، إلا قليلاً جداً. وتنتقل الطاقة داخل جهاز الميكروويف، فتسخن الغذاء، بالإشعاع.
جميع الأشياء، التي درجة حرارتها فوق الصفر المطلق، بغض النظر عن كبرها أو صغرها، تطلق طاقة إشعاعية. فالنار، وجسم الإنسان، والأشجار، والهواء، والأرض، والنجوم، كلها تشع نطاقاً عريضاً من الموجات الإشعاعية. إذ الإنسان الجالس أمام النار، في العراء، في يوم بارد (انظر شكل الانتقال الإشعاعي للحرارة)، يشعر بحرارة النار، تلفح وجهه وتدفئه؛ على الرغم من برودة الهواء خلفه. فالطاقة تنتقل إليه من النار، بالإشعاع، فيمتصها جسده، ويحولها إلى طاقة حرارية، تُشعره بالدفء. الطاقة المنطلقة من النار، في هذه الحالة، طاقة إشعاعية، وتنتقل على شكل موجات، مختلفة الطول، يطلق عليها الموجات الكهرومغناطيسية Electromagnetic Waves (انظر شكل الطيف الكهرومغناطيسي). أطوالها. ويقاس طول الموجة بالميكرومتر μm، الذي يساوي جزءاً من مليون جزء، من المتر:
1 ميكرومتر μm = 0.000001 متر = 10-6م
ولا ترى عين الإنسان، إلا نطاقاً ضيقاً من الطيف الكهرومغناطيسي، يطلق عليه الطيف المرئي. ويناهز متوسط طول الأشعة المرئية الضوئية نصف ميكرومتر.
ويعتمد طول الموجات، التي يشعها أي جسم، على درجة حرارته. فكلما كانت درجة حرارة الجسم أعلى، كانت الموجات أقصر، وطاقتها أكثر. ويتوقف الجسم عن الإشعاع، عند درجة الصفر المطلق. ويعبَّر عن ذلك، عادة، بقانون ستيفان بولتزمان Stefan-Boltzman Law:
R = σ* T4

R = أقصى معدل للإشعاع من كل سنتيمتر مربع، من سطح المادة.
T = درجة حرارة سطح الجسم، بمقياس كالفن.
ويقول القانون إن أي جسم، درجة حرارته فوق الصفر المطلق (-273.16 مئوية)، تنطلق منه الأشعة، بمعدل منسوب للقوة الرابعة لدرجة حرارته المطلقة (بمقياس كالفن).
ولا يقتصر إشعاع الأجسام على طول موجي واحد، بل تطلق نطاقاً عريضاً من الأشعة، بأطوال موجات مختلفة. ولكن، قد يتركز الحد الأقصى للإشعاع من الجسم، في طول موجي محدد. ويعبِّر عن ذلك قانون واين Wien’s Law، الذي يقول إن أقصى إشعاع للطاقة من الجسم، يحدث بطول موجة منسوب، عكسياً، إلى درجة حرارته، بمقياس كالفن:

λmax=
Constant
T
λmax = طول موجة الإشعاع الأقصى للطاقة، بالميكرومتر.
T = درجة حرارة الجسم، بمقياس كالفن.
Constant = ثابت = 2892، أو تقريباً 3000.
فإذا كانت درجة حرارة الغلاف الخارجي للشمس، تقدر بنحو 6آلاف كالفن، فإن طول موجة الإشعاع الأقصى من الشمس، يمكن حسابها كالتالي:
طول موجة الإشعاع الأقصى للشمس λmax = 3000/6000 = 0.5 ميكرومتر.
وتشع الأرض، التي يقدَّر متوسط درجة حرارة سطحها بنحو 300 كالفن، أكبر كمية من الطاقة، بطول موجة، يصل إلى 10 ميكرومترات، λmax = 3000/300 = 10 ميكرومترات (انظر شكل الموجات الإشعاعية).
الأرض، إذاً، ترسل معظم أشعتها، بموجات أطول من تلك التي ترسل بها الشمس أشعتها. لذا، يطلق على الإشعاع الأرضي، غالباً، طويل الموجة Long Wave Radiation وعلى الإشعاع الشمسي قصير الموجة Short Wave Radiation.
والجزء، الذي يدركه بصر الإنسان من الطيف الإشعاعي، محدود جداً، نسبة إلى أطوال الموجات في الطيف الكهرومغناطيسي (انظر شكل الطيف الكهرومغناطيسي)؛ ويُسمى الطيف المرئي، أو الضوء المرئي Visible Light، أو الأشعة المرئية. والضوء المرئي، على الرغم من أنه يبدو أبيض، إلا أنه، في الواقع، حزمة من الألوان، تمتد من البنفسجي، بطول موجة 0.4 ميكرومتر، إلى الأحمر، بطول موجة 0.7 ميكرومتر. في الطيف الكهرومغناطيسي، الأشعة المجاورة للحمراء، أطول منها موجة قليلاً؛ وتسمى الأشعة تحت الحمراء؛ ولا يراها الإنسان، ولكنه يشعر بحرارتها. وعلى الطرف الآخر للطيف المرئي، الأشعة فوق البنفسجية أقصر موجة قليلاً من الأشعة البنفسجية، ولا تراها عين الإنسان؛ وهي المسببة للحروق الجلدية، عند التعرض للشمس، مدة طويلة. ومعظم الأشعة الصادرة عن الشمس، مركزة في النطاق المرئي وما حوله؛ ولكنها تمتد، لتشمل الطيف الكهرومغناطيسي كله. 43% من الطاقة الإشعاعية، الصادرة عن الشمس، تشع بطول موجات في النطاق المرئي الضيق يراوح بين 0.4 و0.7 ميكرومتر. وتبلغ هذه النسبة 7%، في نطاق الأشعة فوق البنفسجية؛ و37%، في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة؛ و11%، في نطاق الأشعة تحت الحمراء البعيدة، وأقلّ من 1%، في نطاق الأشعة السينية، وأشعة جاما، والأشعة الراديوية.
هذا المدى العريض، في أطوال الأشعة الكهرومغناطيسية القادمة من الشمس، يتيح لمكونات الغلاف الغازي حول الأرض، وما فيها من عوالق، أن تمنع بعض أنواع الأشعة، بأطوال موجات معينة، من الوصول إلى الأرض. وبالمثل، قد تمنع بعض الأشعة الصادرة عن الأرض، من الخروج إلى الفضاء الخارجي. ويؤثر ذلك في كثير من الظاهرات، الميتورولوجية والمناخية والبيئية، على سطح الأرض؛ إذ يرفع درجة حرارة الغلاف الغازي (انظر شكل امتصاصية الغلاف الغازي).
ومن رحمة الله بالمخلوقات الحية على الأرض، أن غازَي الأكسجين والأوزون، يمتصان كلَّ الأشعة فوق البنفسجية، المضرة بالأحياء، القادمة من الشمس، قبل وصولها إلى سطح الأرض؛ بينما تواصل الأشعة المرئية رحلتها إلى سطح الأرض. وفي نطاق الإشعاع الأرضي طويل الموجة، الخارج من الأرض إلى الفضاء، يوجد ما يسمى بالنافذة الجوية للأشعة تحت الحمراء، التي يراوح مداه، في الطيف الكهرومغناطيسي، بين 8 ميكرومترات و11 ميكرومتراً؛ ولا يحدث فيه إلا القليل من الامتصاص لتلك الأشعة. وتساعد النافذة الأرض على استقرار ميزانيتها الحرارية؛ إذ تتيح لها التخلص من فائض الطاقة. كما تستخدم هذه النافذة بشكل واسع، في عمليات الاستشعار عن بعد، لرصد مظاهر سطح الأرض.




jrvdv ggtd.dhx fuk,hk 'vr hkjrhg hgpvhvm hgpvhvm hkjrhg fuk,hk jrvdv





توقيع :



لا يـورث الـعلم مـن الأعمام **** ولا يـرى بالليـل فـي الـمنـام
لـكــنـه يحصـــل بالتـــكـــرار **** والـدرس بالليـــل وبـالـنـهار
مـثاله كشجرة فـــي النــفس **** وسقيه بالدرس بعد الـغرس

رد مع اقتباس

كُتبَ بتاريخ : [ 11-17-2011 ]
 
 رقم المشاركة : ( 2 )
::مــراقــبــة::
::الـــــمــــنــــتـــــدى::
رقم العضوية : 351
تاريخ التسجيل : Jan 2011
مكان الإقامة : █▓▒ لآ جـغرآفيــ×ــة تحكمُـنـي ! ▒▓█
عدد المشاركات : 2,341
عدد النقاط : 732

صاحبة الإمتياز غير متواجد حالياً



يسلمو ع الإفآدة الرآئـعة.~
نقره لعرض الصورة في صفحة مستقلة

توقيع :






[ الَلَهّمً إنِ فُيِ الَقُبًوٌر أحًبًآبً يِتٌقُطِعٌ الَقُلَبً لَفُقُدٍهّمً فُأکرمً نِزٍلَهّمً يِآ ربً ]

رد مع اقتباس
إضافة رد

مواقع النشر (المفضلة)

الكلمات الدلالية (Tags)
للفيزياء , الحرارة , انتقال , بعنوان , تقرير , طرق


الذين يشاهدون محتوى الموضوع الآن : 1 ( الأعضاء 0 والزوار 1)
 
أدوات الموضوع

تعليمات المشاركة
لا تستطيع إضافة مواضيع جديدة
لا تستطيع الرد على المواضيع
لا تستطيع إرفاق ملفات
لا تستطيع تعديل مشاركاتك

BB code is متاحة
كود [IMG] متاحة
كود HTML معطلة

الانتقال السريع

المواضيع المتشابهه
الموضوع كاتب الموضوع المنتدى مشاركات آخر مشاركة
تقرير للفيزياء بعنوان التوصيل على التوالي والتوازي عابر الفيافي نور البحوث العلمية 1 11-17-2011 07:13 PM
تقرير للفيزياء بعنوان : الاحتكاك في الاجسام عابر الفيافي نور البحوث العلمية 1 11-17-2011 07:11 PM
تقرير بعنوان: ماذا تعرف عن الزلازل؟؟ عابر الفيافي نور البحوث العلمية 0 10-27-2011 08:06 PM
تقرير عن الطقس- درجة الحرارة والإنســـان عابر الفيافي نور البحوث العلمية 0 10-20-2011 08:01 PM
تقرير بعنوان العنف في المجتمع الامير المجهول نور البحوث العلمية 0 10-18-2011 03:54 PM


الساعة الآن 02:46 PM.