ما هو قانون الازاحة
تعريف قانون الازاحة
إن كل المواد العادية تقوم بإطلاق إشعاعا كهرومغناطيسيا ، وذلك عند درجات حرارة أعلى من الصفر المطلق ، حيث أن هذا الاشعاع يمثل تحويلًا للطاقة الحرارية الداخلية للجسم إلى طاقة كهرومغناطيسية ، وبالتالي يُسمى ؛ الإشعاع الحراري.
وعلى النقيض من ذلك ، فإن كل المواد الطبيعية تقوم بامتصاص الإشعاع الكهرومغناطيسي إلى حد ما ، حيث أن الجسم الذي يمتص كل الإشعاع الساقط عليه ، في جميع الأطوال الموجية ، يسمى بالجسم الأسود.
عندما يكون الجسم الأسود في درجة حرارة موحدة ، يكون لانبعاثه توزيع تردد مميز يعتمد على درجة الحرارة ، وهذا الانبعاث يسمى بإشعاع الجسم الأسود.
يقوم الجسم بإصدار إشعاعًا عند درجة حرارة ، وتردد معينين تمامًا كما يمتص نفس الإشعاع ، فإذا افترضنا أن جسمًا معينًا يمكنه الامتصاص بشكل أفضل مما ينبعث ، اذا ففي غرفة مليئة بالأشياء جميعها بنفس درجة الحرارة ، سوف يتم امتصاص الإشعاع من الأجسام الأخرى بشكل أفضل من أن تشع الطاقة لهم .
مما يعني أن الأجسام سوف تزداد سخونة ، وبقية الغرفة ستزداد برودة ، بما يتعارض مع القانون الثاني للديناميكا الحرارية ، وبالتالي يجب أن يصدر الجسم إشعاعًا تمامًا كما يمتص نفس الإشعاع عند درجة حرارة وتردد معينين حتى لا يتم انتهاك القانون الثاني للديناميكا الحرارية. [1]
ما هو نص قانون الازاحة
قانون الازاحة يمثل إحدى الطرق لقياس
المسافة في الفيزياء
، وقانون الازاحة ينص على ؛
أن إشعاع الجسم الاسود يحتوي على قمم مختلفة من درجات الحرارة ، عند أطوال موجية تكون متناسبة عكسيا مع درجات الحرارة. [1]
وبصيغة أخرى ينص قانون الازاحة على أن ؛ التحلل الإشعاعي يعمل على انتاج ذرات ابنة ، والتي يتم تغيير موضعها في الجدول الدوري للعناصر الكيميائية من مكان والديهم ؛ حيث يكون هناك اثنان أقل لانحلال ألفا ، وواحد أعلى للسلبية تسوس بيتا.
اي أنه يعمل على تقليل انبعاث جسيم ألفا بواسطة ذرة العدد الذري بمقدار اثنين ، بينما يزيد انبعاث جسيم بيتا بمقدار واحد ، أو ثلاثة ، كما يؤدي تأين عنصر ما إلى طيفه ، وكيميائيته ، خصائص تشبه تلك الخاصة بالعنصر الذي يكون رقمه الذري أقل بمقدار واحد ، أو اثنين ، أو أكثر وفقًا لأن التأين أحادي ، أو مزدوج ، أو أعلى. [2]
قانون الازاحة رياضيا
قانون فين ، او قانون الازاحة ، او قانون Wien ، والذي تمت تسميته نسبة لمكتشفه العالم الفيزيائي الألماني Wilhelm Wien .
حيث يخبرنا هذا القانون بأن الأجسام ذات درجات الحرارة المختلفة ، تقوم بإصدار أطياف التي ذروتها عند أطوال موجبة مختلفة عن بعضها البعض ، وبالتالي فإن الأجسام الأكثر سخونة تقوم بإصدار إشعاعات ذات أطوال موجية أقصر ، والتي تظهر بعد ذلك باللون الأزرق ، وكذلك فإن الأجسام الأكثر برودة ، تنبعث منها إشعاعات ذات طول موجي أطول ، وبالتالي تظهر باللون الاحمر.
التمثيل الرياضي للقانون
من أجل معرفة
كيفية حساب الازاحة
، يمكنك استخدام الصيغة الأساسية للقانون ، او اي من الصيغ الأخرى التي تمثله ، وهي كما يلي : [1]
الصيغة الأساسية لقانون الازاحة
Λmax = b/T
حيث أن ؛
b هو ثابت إزاحة Wein = 2.8977 * 103 م. ك
T هي درجة الحرارة في القياس كيلفن
ثابت فين ؛ ويتم تعريفه على انه الثابت الذي يحدد العلاقة بين درجة الحرارة الديناميكية الحرارية للجسم الأسود ، والطول الموجي ، وثابت فين يكون نتاج درجة الحرارة ، والطول الموجي للجسم الأسود الذي ينمو بشكل أقصر مع وصول الطول الموجي إلى الحد الأقصى مع درجة الحرارة.
طرق أخرى لصيغة قانون فين
*صيغة تعتمد على التردد ؛
Υmax = αhkT≈ (5.879 ∗ 1010Hzk) T.
حيث أن ؛
K هو ثابت بولتزمان
h هو ثابت بلانك
T هي درجة الحرارة بوحدة كلفن
𝛼 هي القيمة المكافئة = 2.821
*صيغة من قانون بلانك ؛
Λmax = hcx1kT = 2.8977 ∗ 106nm.KT
تطبيقات قانون الازاحة
على حسب قانون فين للازاحة ، هناك بعض الاستخدامات اليومية له ، وهي كما يلي : [1]
- ضوء المصباح المتوهج حيث انه مع انخفاض درجة حرارة الفتيل ، تصبح الأطوال الموجية أطول ، وهو الأمر الذي يجعل الضوء يبدو أكثر احمرارًا.
- درجة حرارة الشمس حيث يمكن دراسة ذروة الانبعاث لكل نانومتر من الشمس بطول موجي 500 نانومتر في الطيف الأخضر الموجود في النطاق الحساس للعين البشرية.
- قانون ستيفان بولتزمان وهو قانون يعبر عن إجمالي الطاقة لكل وحدة مساحة سطحية ، او ما يعني الكثافة ، التي يشعها جسم ما ، وغالبًا ما يُنظر إليه على أنه جسم أسود ، وتكون الصيغة المستخدمة لتحديد الطول الموجي لذروة الطاقة ، هي قانون فين للازاحة.
يقوم قانون Stefan-Boltzmann بشرح مقدار الطاقة التي تعطيها الشمس في ضوء درجة حرارتها ، اوما يعني أنه يمكن معرفة طاقة الشمس بناءً على مقدار القوة التي تضرب الأرض في المتر المربع ، كما يتنبأ هذا القانون أيضاً بكمية الحرارة التي تشعها الأرض في الفضاء.
كما يوضح قانون ستيفان أن ، إجمالي الطاقة المشعة تزداد مع زيادة درجة الحرارة ، استنادًا إلى ملاحظة شائعة حيث يتوهج الجسم الساخن بشكل أكثر سطوعًا مع ارتفاع درجة الحرارة ، فلا ينبغي أن يكون مفاجئًا جدًا أن تشع الأجسام طاقة أكبر مع زيادة درجة الحرارة.
وبالتالي فإنه يمكن تحديد درجة حرارة الأرض بدون تأثير الاحتباس الحراري عند استخدام قيم الطاقة من الشمس ومساحة سطح الأرض ، وذلك من خلال معالجة معادلة ستيفان بولتزمان. [3]