ما هو قانون الازاحة

تعريف قانون الازاحة

تطلق جميع المواد العادية إشعاعًا كهرومغناطيسيًا عند درجات حرارة تتجاوز الصفر المطلق، حيث يمثل هذا الإشعاع تحويلًا للطاقة الحرارية الداخلية للجسم إلى طاقة كهرومغناطيسية، ولذلك يُسمى هذا الإشعاع بالإشعاع الحراري.

تقوم جميع المواد الطبيعية بامتصاص الإشعاع الكهرومغناطيسي إلى حد ما، ويُطلق على الجسم الذي يمتص كل الإشعاع الساقط عليه في جميع الأطوال الموجية اسم الجسم الأسود.

عندما يكون الجسم الأسود في درجة حرارة موحدة، ينبعث منه توزيع مميز للترددات يعتمد على درجة الحرارة، ويُشار إلى هذا الانبعاث باسم “إشعاع 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 .

يعني ذلك أن درجة حرارة الأجسام ستزداد، بينما ستزداد برودة باقي الغرفة، مما يتعارض مع القانون الثاني للديناميكا الحرارية، لذلك يتعين على الجسم أن ينبعث بإشعاع بتردد ودرجة حرارة محددين ويمتص نفس الإشعاع عند تلك الدرجة حتى لا يتم انتهاك القانون الثاني للديناميكا الحرارية.

ما هو نص قانون الازاحة

قانون الإزاحة هو طريقة لقياس المسافة في الفيزياء، وينص على الآتي

يحتوي الإشعاع الأسود على قمم مختلفة من درجات الحرارة، وعندما تكون أطوال الموجات تتناسب عكسيًا مع درجات الحرارة.

وبتعبير آخر، ينص قانون الانحراف الإشعاعي على أن التحلل الإشعاعي ينتج ذرات ابنة تتم تغيير موقعها في الجدول الدوري للعناصر الكيميائية عن موقع والديها، حيث يوجد اثنان أقل للانحلال الألفا وواحد أعلى لتسوس 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.

قانون الازاحة رياضيا

قانون فين، أو قانون الإزاحة، أو قانون فينه، هوالقانون الذي اكتشفه الفيزيائي الألماني ويلهلم فين، والذي يحمل اسمه .

يخبرنا هذا القانون بأن الأجسام ذات درجات حرارة مختلفة تصدر أطيافا تتميز ذروتها بأطوال موجية مختلفة، فالأجسام الأكثر سخونة تصدر إشعاعات ذات أطوال موجية أقصر تظهر باللون الأزرق، وكذلك الأجسام الأكثر برودة تصدر إشعاعات ذات أطوال موجية أطول تظهر باللون الأحمر.

التمثيل الرياضي للقانون

يمكن استخدام الصيغة الأساسية للقانون لحساب الازاحة، أو أي صيغة أخرى تمثله، وذلك عن طريق معرفة كيفية حساب الازاحة

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 هو الثابت الذي يحدد العلاقة بين درجة حرارة الجسم الأسود والطول الموجي الديناميكي الحراري، ويتأثر بدرجة الحرارة والطول الموجي للجسم الأسود الذي يصبح أقصر كلما زاد الطول الموجي عن الحد الأقصى مع زيادة 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

يوجد استخدامات يومية لقانون فين للازاحة، وتتضمن ما يلي:

• يتميز ضوء المصباح المتوهج بأنه، عندما ينخفض حرارة الفتيل، يصبح الطول الموجي أطول، مما يجعل الضوء يبدو أكثر احمرارًا.
• يمكن دراسة ذروة انبعاث كل نانومتر من الشمس بطول موجي 500 نانومتر في الطيف الأخضر الموجود في النطاق الحساس للعين البشرية، وذلك بتحديد درجة حرارة الشمس.
• يعبر قانون ستيفان بولتزمان عن إجمالية الطاقة لكل وحدة مساحة سطحية، أي الكثافة، التي يشعها جسم ما، وعادة ما ينظر إليه على أنه جسم أسود، وتستخدم صيغة قانون فين للازاحة لتحديد طول موجة ذروة الطاقة.

يوضح قانون Stefan-Boltzmann كمية الطاقة التي تعطيها الشمس بالنسبة لدرجة حرارتها، وبالتالي يمكن معرفة كمية الطاقة التي تصل إلى الأرض من خلال قوة الإشعاع المترية المربعة التي يتعرض لها الكوكب، كما يتنبأ هذا القانون بكمية الحرارة التي تشعها الأرض في الفضاء.

وفقًا لقانون ستيفان، فإن إجمالي الطاقة المشعة يزداد مع زيادة درجة الحرارة، حيث يتم لاحظ أن الجسم الساخن يتوهج بشكل أكثر سطوعًا مع ارتفاع درجة الحرارة، لذلك فإنه ليس مفاجئًا أن تشع الأجسام طاقة أكبر مع زيادة درجة الحرارة.

يمكن تقدير درجة حرارة الأرض بدون تأثير الاحتباس الحراري باستخدام قيم الطاقة من الشمس ومساحة سطح الأرض، وذلك عن طريق حل معادلة ستيفان بولتزمان.