4 القوانين الرئيسية للإشعاع

تلقي هذه المقالة الضوء على أربعة قوانين رئيسية للإشعاع. القوانين هي: 1. قانون كيرتشوف 2. قانون ستيفان بولتزمان 3. قانون بلانك 4. قانون وينز للنزوح.

1. قانون كيرشوف:

أي جسم رمادي (بخلاف الجسم الأسود المثالي) الذي يتلقى الإشعاع ، يتخلص من جزء منه في الانعكاس والإرسال. الامتصاصية والانعكاسية والانتقال تكون كل منها أقل من أو تساوي الوحدة.

ينص قانون كيرشوفز على أن الامتصاص (أ) لمادة الإشعاع ذات الطول الموجي المحدد يساوي سمعتها لنفس طول الموجة ويعطى بالمعادلة التالية:

a (λ) = e (λ)

التردد (و):

يتم تعريفه على أنه عدد الدورات / التذبذبات لكل وحدة زمنية.

الفترة الزمنية (τ):

إنه وقت اهتزاز واحد يساوي 1 / f.

رقم الموجة:

تساوي 1 / λ.

سرعة الضوء (c):

هو نتاج الطول الموجي وتردد الموجة. سرعة الضوء هي 3 × 10 8 مللي ثانية.

سعة الموجة (A):

يسمى متوسط ​​المسافة للمحور الافتراضي من القمة أو الحوض الصغير باسم اتساع الموجة.

الطاقة ، الطول الموجي ودرجة الحرارة:

جميع الهيئات تمتص الطاقة وكذلك نقلها. الامتصاص الجيد عند طول موجي معين هو أيضاً مشع جيد عند نفس طول الموجة. إذا كان الجسم يشع أقصى كثافة لجميع الأطوال الموجية ، فيسمى جسم أسود أو مشع مثالي. يمتص الثلج الطازج إشعاع الأشعة تحت الحمراء من الأرض والجو ، بينما يعكس الإشعاع من الشمس.

كثافة الإشعاع مع ارتفاع درجة الحرارة. كلما كانت درجة الحرارة أعلى ، أقصر طول الموجة. يبلغ متوسط ​​درجة حرارة الشمس 6000 درجة كلفن. الطول الموجي لهذا الإشعاع قريب من 0.5µ. سطح الأرض يشع 10µ عند متوسط ​​درجة حرارة السطح 15 درجة مئوية.

تشع الشمس بمعدل 100 cal سم -2 - min -1 (langley) بينما شدة الإشعاع من الأرض تساوي 1 cal cm -2 min -1 . للأغراض العملية ، يتراوح إشعاع الأرض من 0.1 إلى 1.0 cal سم -2 min -1 . كلما كانت درجة الحرارة أعلى ، كلما كان الإشعاع الخلفي أقوى من الأرض إلى الفضاء. كلما كانت درجة الحرارة أقل ، كلما كان تدفق الطاقة المنبعث أضعف.

2. قانون ستيفان بولتزمان:

ينص هذا القانون على أن شدة الإشعاع المنبعث من جسم مشع يتناسب مع القوة الرابعة من درجة الحرارة المطلقة لهذا الجسم.

تدفق الإشعاع = ƐσT 4

أين،

constant = ثابت ستيفان بولتزمان = 5.67 x 10 -5 ergs cm -2 sec -1 K -4

Em = الابتعاث عن الجسم (0 <s> 1.0)

T = درجة الحرارة المطلقة للسطح بالدرجة K.

على سبيل المثال ، كثافة تدفق الإشعاع من جسم عند 303 ° K أكبر من 273 ° K بنسبة 52 في المائة على الرغم من أن الزيادة في درجة الحرارة المطلقة لا تتجاوز 30 درجة مئوية.

3. قانون بلانك:

يتكون الإشعاع الكهرومغناطيسي من تدفق الكميات أو الجسيمات ومحتوى الطاقة (E) لكل كمية يتناسب مع التردد.

يتم إعطاؤه بواسطة المعادلة التالية:

E = hv

أين ، E = محتوى الطاقة

h = ثابت بلانك = 6.625 × 10 -27 erg / sec

ت = تردد

من الواضح أن زيادة التردد ، أقصر طول الموجة وأكبر هو محتوى الطاقة في الكم. وبعبارة أخرى ، أقصر طول الموجة هو طاقة الكم. ولذلك ، فإن الكميات من الضوء فوق البنفسجي أكثر حيوية من كمات الضوء الأحمر.

4. قانون نزوح وين:

وفقا لهذا القانون ، فإن الطول الموجي للشدة القصوى لانبعاث الإشعاع من الجسم الأسود يتناسب عكسيا مع درجة الحرارة المطلقة للجسم المشع. يتم إعطاؤه بواسطة المعادلة التالية:

الطول الموجي (λ max ) أقصى كثافة للانبعاث (µ) = b / T

أين،

λ max هي الطول الموجي الذي ينبعث عنده الحد الأقصى من الإشعاع. ينخفض ​​كلما زادت درجة الحرارة.

ب ثابت = 2897

T هي درجة حرارة السطح في كلفن

وبالتالي ، λ max (µ) = 2897 T -1

درجة حرارة الشمس هي 6000 درجة كلفن ، حيث تكون قيمة أقصى طول للموجة 0.5 درجة مئوية ، ودرجة حرارة الأرض هي 300 درجة كلفن والتي تكون قيمة أقصى طول موجي لها 10 µ. ومن إجمالي الطاقة المنبعثة من الشمس ، تكون نسبة 7 في المائة بطول موجة أقل من 0.4µ ، و 44 في المائة لها طول موجة يتراوح بين 0.4 و 0.7 µ و 49 في المائة لها طول موجي أكبر من 0.7 µ.