تشعشع2

[فاطمه رمضانی]

مفهوم تشعشع:
در این نوع انتقال حرارت، هر جسم با اجسام دیگر در صورت تفاوت دما تبادل انرژی دارد. این تبادل انرژی از طریق تشعشع از جسم با دمای بالاتر به جسم با دمای پایین‌تر صورت می‌گیرد و به هم دما شدن این دو جسم می‌انجامد.
یکی از معروف ترین نظریه‌های موجود، تشعشع را به صورت انتشار مجموعه‌ای از ذرات به نام "فوتون" یا "کوانتا" می‌داند. نظریهٔ دیگری نیز وجود دارد که تشعشع را انتشار امواج الکترومغناطیس می‌داند. بر اساس هر دو نظریه، می‌توان تشعشع را به دو خاصیت مهم امواج یعنی به فرکانس و طول موج ارتباط داد. بر اساس این رابطه حاصل تقسیم سرعت نور در محیط بر فرکانس برابر با طول موج است.

نمایش توان عبور سه اشعهٔ آلفا - بتا - گاما از موانع مختلف.

همانطور که در شکل بالا دیده می‌شود، تشعشع اشعهٔ گاما طول موج کوتاهی دارد و از این رو مورد توجه فیزیک‌دان‌هایی که با انرژی بالا سر و کار دارند و مهندسان هسته‌ای است. سایر تشعشعات مانند مایکروویوها و امواج رادیویی که طول موج بلند دارند بیشتر مورد توجه مهندسان برق هستند.
در این میان تنها آن بخش از طیف الکترومغناطیسی که از ۰٫۱ میکرومتر شروع و تا ۱۰۰ میکرومتر ادامه می‌یابد و شامل قسمت UV و تمام امواج مرئی و مادون قرمز (IR) است، تشعشع گرمایی نام دارد و به بحث انتقال حرارت مربوط می‌شود.
تشعشع گرماییویرایش

فلزکاری گرم از یک آهنگر. مشتعل بودن زرد-نارنجی قسمت قابل رؤیت تشعشع گرمایی است که به دلیل دمای بالا ایجاد شده است. هر چیزی غیر از تصویر با تشعشع گرمایی به خوبی مشتعل شده است ، اما روشنایی کمتر و طول موج بلندتر با چشم بشر می تواند دیده شود. یک دوربین با اشعه مادون قرمز این تشعشع را نشان خواهد داد. .

این نمودار نشان می دهد که چگونه ماکزیمم طول موج و مقدار شعاع کل با دما تغییر می کند. هرچند که این نمودار دماهای بالا را نشان می دهد به همان نسبت ها برای هر دمای پایین تا صفر مطلق صادق می باشد. نور قابل رؤیت بین 380 تا 750 نانو متر است..
ک مثال تشعشع گرمایی اشعه مادون قرمز ساطع شده به وسیله یک رادیاتور خانگی رایج یا گرمکن الکتریکی است. یک شخص نزدیک یک آتش بزرگ گرمای متشعشع از آتش را احساس خواهد کرد، حتی اگر هوای اطراف خیلی سرد باشد. تشعشع گرمایی به وجود آمده از جابجایی بار در مواد (الکترون‌ها و پروتون‌ها در شکل رایج ماده) به تشعشع الکترومغناطیسی تبدیل می‌شود. تابش آفتاب، یا تشعشع خورشیدی، تشعشع گرمایی از گازهای به شدت گرم خورشید است و این تشعشع زمین را گرم می‌کند. زمین نیز همچنین تشعشع گرمایی ساطع می‌کند، اما در یک چگالی خیلی پایین‌تر زیر زمین سردتر است. تعادل بین گرم شدن به وسیله تشعشع گرمایی خورشیدی وارد شده و سرد شدن به وسیله تشعشع گرمایی خارج شده از زمین یک فرایند مقدماتی است که دمای سرتاسر زمین را مشخص می‌کند.
اگر شیء یک جسم سیاه در تعادل ترمودینامیکی باشد، تشعشع، تشعشع جسم سیاه نامیده می‌شود چهار ویژگی اصلی که تشعشع گرمایی دارد عبارتست از
تشعشع گرمایی، حتی در یک دمای انتخابی، در محدوده فرکانس‌های وسیع اتفاق می‌افتد. چه مقدار فرکانس به وسیله تشعشع قانون پلانک (برای مواد ایده آل) داده می‌شود.
محدوده فرکانس اصلی (یا رنگ) تشعشع ساطع شده شامل فرکانس‌های بالاتر به صورت افزایش دما می‌باشد. برای مثال، یک شیء گرم قرمز به مقدار کافی در طول موج‌های بلند (قرمز و نارنجی) نوار قابل رؤیت برای دیدن تشعشع می‌کند که قرمز به نظر می‌رسد.
کل مقدار تشعشع همه فرکانس‌ها، خیلی سریع به صورت دما بالا می‌رود. یک شیء در دمای اجاق آشپزخانه (حدود دو برابر دمای اتاق در شرایط مطلق) ۱۶ بار به قدرت هر واحد سطح تشعشع می‌کند.
نرخ تشعشع گرمایی یک نوع خاص موج الکترومغناطیسی به نسبت مقدار جذب است که همان نوع موج تجربه شده است؛ بنابراین، یک سطح بیشتر تشعشع گرمایی روشن قرمز را جذب می‌کند.
این ویژگی‌ها به کار برده می‌شود اگر فاصله در نظر گرفته شده بزرگتر از طول موج‌های شرکت کننده به رنگ‌های مرئی باشد. در واقع، تشعشع گرمایی این جا تنها موج‌های حرکتی را می‌گیرد.
°C
Subjective colour [۱]
۴۸۰
faint red glow
۵۸۰
dark red
۷۳۰
bright red, slightly orange
۹۳۰
bright orange
۱۱۰۰
pale yellowish orange
۱۳۰۰
yellowish white
> ۱۴۰۰
white (yellowish if seen from a distance through atmosphere)
شدت تشعشعویرایش

شکل روبرو ماهیت جهتی تشعشع را نشان می‌دهد. در این شکل گسیل تشعشع از یک مساحت دیفرانسیلی بر سطحی دیگر تحت زاویهٔ فضایی dw دیده می‌شود. فرود تشعشع در هر سطح می‌تواند از جهت‌های مختلف باشد و نحوهٔ پاسخ سطح به این تشعشع به جهت فرود آن بستگی دارد.
این تاثیرات جهتی را با وارد کردن مفهوم شدت تشعشع می‌توان بررسی کرد. شدت تشعشع را با d q = I  d ω  cos ⁡ θ  d A {\displaystyle dq=I\,d\omega \,\cos \theta \,dA} نشان می‌دهند که در آن:
[list]
[*]d A {\displaystyle dA} مساحت سطح گسیلنده ودر امتداد عمود بر جهت تشعشع است.
[*]d q {\displaystyle dq} گرمای انتقال داده شده به سطح d A {\displaystyle dA} است.
[*]d ω {\displaystyle d\omega } زاویهٔ فضایی در جهت گسیل است.
[*]d θ {\displaystyle d\theta } زاویهٔ بین بردار نرمال سطح گسیلنده وجهت گسیل است.
[*]d ω {\displaystyle d\omega } توسط زاویهٔ بین شعاع‌های یک کره تعریف می‌شود
[/list]