قانون كيرشهوف للإشعاع الحراري
من ويكيبيديا، الموسوعة encyclopedia
في انتقال الحرارة، يشير قانون كيرشهوف للإشعاع الحراري إلى الانبعاث والامتصاص الإشعاعيين الخاصين بطول موجي محدد واللذين يمارسهما جسم مادي في حالة توازن ترموديناميكي، بما في ذلك توازن التبادل الإشعاعي.
يشع جسم ما عند درجة حرارة T طاقةً كهرطيسيةً. يمتص جسم أسود مثالي (يُسمى أيضًا جسمًا تام السواد) في حالة توازن ترموديناميكي كل الضوء الساقط عليه، ويشع طاقةً حسب قانون الاستطاعة الانبعاثية الإشعاعية الخاص بدرجة الحرارة T، يشمل ذلك كل الأجسام السوداء المثالية. ينص قانون كيرشهوف للإشعاع الحراري على ما يلي:
من أجل جسم من مادة ما يبعث إشعاعًا كهرطيسيًا حراريًا ويمتصه عند كل الأطوال الموجية في حالة التوازن الترموديناميكي، فإن نسبة استطاعته الانبعاثية إلى معامل امتصاصه اللابعدي تساوي تابعًا عامًا للطول الموجي الإشعاعي ودرجة الحرارة فقط. يصف هذا التابع استطاعة الانبعاث للجسم الأسود المثالي.[1][2][3][4][5][6]
هنا، معامل الامتصاص (أو الامتصاصية) اللابعدي جزءٌ من الضوء الساقط (استطاعة) الذي يمتصه الجسم عند إشعاعه وامتصاصه في حالة التوازن الترموديناميكي. بعبارات مختلفة بعض الشيء، يمكن وصف الاستطاعة الانبعاثية لجسم ظليل (غير شفاف) ما ذي حجم وشكل ثابتين عند درجة حرارة محددة عن طريق نسبة لابعدية، تدعى أحيانًا الانبعاثية: نسبة الاستطاعة الانبعاثية للجسم إلى الاستطاعة الانبعاثية لجسم أسود له نفس الشكل والحجم عند نفس درجة الحرارة الثابتة. بهذا التعريف، ينص قانون كيرشهوف بلغة مبسطة على:
من أجل جسم ما يبعث الإشعاع الحراري ويمتصه في حالة التوازن الترموديناميكي، فإن الانبعاثية تساوي الامتصاصية.
في بعض الحالات، يمكن تعريف الامتصاصية والاستطاعة الانبعاثيتين على أنهما متعلقتان بالزاوية، كما هو مكتوب أدناه. شرط التوازن الترموديناميكي ضروري في النص، لأن تساوي الانبعاثية والامتصاصية لا يتحقق غالبًا عند عدم كون الجسم في حالة توازن ترموديناميكي.
ينتج عن قانون كيرشهوف نتيجة طبيعية أخرى: لا يمكن أن تتجاوز الانبعاثية الواحد (لأن الامتصاصية لا يمكنها ذلك وفق حفظ الطاقة)، لذا فمن غير الممكن أن يشع جسم ما طاقة حرارية أكثر من جسم أسود في حالة توازن. يتخطى الامتصاص المتعلق بالزاوية وطول الموجة في ظاهرة الضيائية السالبة انبعاثَ المادة، ولكن هذه الأنظمة تأخذ استطاعتها من مصدر خارجي، وبالتالي فهي ليست في حالة توازن ترموديناميكي.