تويت
الاشعة تحت الحمراء .. الفيزياء
الاشعة تحت الحمراء
يقع قسم الاشعة تحت الحمراء داخل الطيف الكهرمغنطيسي مباشرة بعد قسمي الاشعة الراديوية والموجات القصيرة جدا .
ويمتد الى قسم الاشعة المرئية في الطيف نفسه . ويتراوح طول موجاته بين ٠،٧٦ و ٤٠٠ ميكرون . وتتميز هذه الاشعة بأنها ذات أطول موجة يستطيع الانسان تحملها ، حيث تعطيه شعورا بالحرارة . وقد سميت بسبب ذلك الحرارة المشعة والمعروف أن جميع الاجسام الماصة للاشعة تحت الحمراء تصبح دافئة ومصدرة لنفس النوع من الاشعة في نفس الوقت ، وان الجسم ، بعد انقضاء مدة من الزمن ، يصل الى حالة من التوازن تكون فيها كمية الطاقة الممتصة مساوية لكمية الطاقة المنبعثة منه وتكون عادة الموجات المرسلة أطول من الموجات الممتصة .
( الى اليسار ) الدارة المتكاملة وشكلها .
( الى اليمين ) دوائر المنطق المجهرية و ( اسفل ) عناصر الدارة المتكاملة كما ترى بالنسبة لقطعة من النقد المعدني .
والشمس منبع أساسي للاشعة تحت الحمراء ، كما أنها في الوقت ذاته مصدر مهم للاشعة المرئية والاشعة فوق البنفسجية معا . ويصل طول موجاتها أحيانا الى ١٠ ميكرون . أما الارض فانها أيضا مصدر للاشعة تحت الحمراء التي يتراوح طول موجاتها بین ٦،٨ و ۱۰۰ ميكرون ، والتي يمتص معظمها بخار الماء الموجود في الجو ، ما عدا قسم بسيط جدا يتراوح طول موجاته بین ۸ و ۱۱ ميكرون يستطيع اختراق الجو ويعرف باسم النافذة الحمراء . والمعروف أن هذا القسم من الاشعة الذي يتمكن من النفاذ عبر هذه النافذة ، يعمل على اقامة توازن مع الطاقة التي تردنا من الشمس وتمتصها الارض وهذا بالضبط ما يصون توازن الطاقة على سطح الارض ويحافظ على ابقاء درجة حرارة جوها ثابتة تقريبا .
تتولد الاشعة الكهرمغنطيسية من حركة الشحنات الكهربائية ضمن المجالات المغنطيسية المصاحبة لها . وعندما تكون الشحنات المتحركة بمثابة ذرات وجزيئات مرتجة ، فان الاشعة المرسلة تكون اشعة تحت الحمراء والمعروف أن امتصاص هذه الاجسام للاشعة تحت الحمراء يؤدي الى ارتفاع في سرعة ارتجاجها ، وبالتالي في درجة حرارتها ، الامر الذي ينتج عنه ارتفاع تردد الاشعة المرسلة يتواصل الى ان يبدأ الجسم بالتوهج باعثا للضوء في القسم المرئي للطيف الاشعاعي .
يعرف الجسم الاسود بأنه مفهوم مجرد لجسم مثالي يستطيع امتصاص جميع الاشعة التي تسقط عليه دون أن يعكسها ، وارسالها على شكل أشعة ذات تردد منخفض ( الشمس والارض تسلكان سلوك الاجسام السوداء ) .
قبل عام ۱۹۰۰ ، كان الاعتقاد السائد أن الطاقة تستبدل بين المادة والاشعة . الا أن دراسة الاشعاع الصادر عن الجسم الاسود بينت خطأ هذا الاعتقاد . وقد تنبأت النظرية الموجية بشكل لا يخلو من الصحة ، أن الطاقة المنبعثة من الجسم الاسود تتناسب مع الاس الرابع لدرجة حرارته المطلقة ومع ذلك لم يكن من الممكن التكهن الكمات . . . وقد مسبقا بمقدار الطاقة التي يبعثها جسم ما ذو تردد معين انطلاقا من صيغة بسيطة تطبق على طول مدى الاشعة تحت الحمراء أوجد ماكس بلانك حلا ناجحا لتلك المعضلة عندما أطلق فرضيته القائلة بأن كل تبادل للطاقة يحصل بين الاشعة من جهة والمادة من جهة ثانية ليس تبادلا مستمرا ، وانما يتألف من مقادير متفرقة تسمى الكمات . وترتبط طاقة كل كم بقيمة تردده وفقا للمعادلة التالية ق = h ن حيث تمثل n ثابتة بلانك وقيمتها ٢,٦٢ × ١٠-٣٤ جول x ث .
وتتضمن هذه النظرية امرا اخر هو أن الذرات والجزيئات لا يمكنها الا أن ترتج وأن سرعة ارتجاجها تقفز من قيمة مباحة الى قيمة مباحة أخرى . وقد ثبت فيما بعد صحة هذه المعادلة في الطيف الكهرمغنطيسي بكامله وبهذه الطريقة أصبحت الطاقة قيمة مكمية ، لكن آثارها لا تظهر الا على المستوى الذري للمادة . وقد شكلت نظرية بلانك عمادا لنظرية الكم نفسها .
( مقارنة بين الاشعة الشمسية التي تمتصها الارض والاشعة التي تبعثها)
الاشعة تحت الحمراء
يقع قسم الاشعة تحت الحمراء داخل الطيف الكهرمغنطيسي مباشرة بعد قسمي الاشعة الراديوية والموجات القصيرة جدا .
ويمتد الى قسم الاشعة المرئية في الطيف نفسه . ويتراوح طول موجاته بين ٠،٧٦ و ٤٠٠ ميكرون . وتتميز هذه الاشعة بأنها ذات أطول موجة يستطيع الانسان تحملها ، حيث تعطيه شعورا بالحرارة . وقد سميت بسبب ذلك الحرارة المشعة والمعروف أن جميع الاجسام الماصة للاشعة تحت الحمراء تصبح دافئة ومصدرة لنفس النوع من الاشعة في نفس الوقت ، وان الجسم ، بعد انقضاء مدة من الزمن ، يصل الى حالة من التوازن تكون فيها كمية الطاقة الممتصة مساوية لكمية الطاقة المنبعثة منه وتكون عادة الموجات المرسلة أطول من الموجات الممتصة .
( الى اليسار ) الدارة المتكاملة وشكلها .
( الى اليمين ) دوائر المنطق المجهرية و ( اسفل ) عناصر الدارة المتكاملة كما ترى بالنسبة لقطعة من النقد المعدني .
والشمس منبع أساسي للاشعة تحت الحمراء ، كما أنها في الوقت ذاته مصدر مهم للاشعة المرئية والاشعة فوق البنفسجية معا . ويصل طول موجاتها أحيانا الى ١٠ ميكرون . أما الارض فانها أيضا مصدر للاشعة تحت الحمراء التي يتراوح طول موجاتها بین ٦،٨ و ۱۰۰ ميكرون ، والتي يمتص معظمها بخار الماء الموجود في الجو ، ما عدا قسم بسيط جدا يتراوح طول موجاته بین ۸ و ۱۱ ميكرون يستطيع اختراق الجو ويعرف باسم النافذة الحمراء . والمعروف أن هذا القسم من الاشعة الذي يتمكن من النفاذ عبر هذه النافذة ، يعمل على اقامة توازن مع الطاقة التي تردنا من الشمس وتمتصها الارض وهذا بالضبط ما يصون توازن الطاقة على سطح الارض ويحافظ على ابقاء درجة حرارة جوها ثابتة تقريبا .
تتولد الاشعة الكهرمغنطيسية من حركة الشحنات الكهربائية ضمن المجالات المغنطيسية المصاحبة لها . وعندما تكون الشحنات المتحركة بمثابة ذرات وجزيئات مرتجة ، فان الاشعة المرسلة تكون اشعة تحت الحمراء والمعروف أن امتصاص هذه الاجسام للاشعة تحت الحمراء يؤدي الى ارتفاع في سرعة ارتجاجها ، وبالتالي في درجة حرارتها ، الامر الذي ينتج عنه ارتفاع تردد الاشعة المرسلة يتواصل الى ان يبدأ الجسم بالتوهج باعثا للضوء في القسم المرئي للطيف الاشعاعي .
يعرف الجسم الاسود بأنه مفهوم مجرد لجسم مثالي يستطيع امتصاص جميع الاشعة التي تسقط عليه دون أن يعكسها ، وارسالها على شكل أشعة ذات تردد منخفض ( الشمس والارض تسلكان سلوك الاجسام السوداء ) .
قبل عام ۱۹۰۰ ، كان الاعتقاد السائد أن الطاقة تستبدل بين المادة والاشعة . الا أن دراسة الاشعاع الصادر عن الجسم الاسود بينت خطأ هذا الاعتقاد . وقد تنبأت النظرية الموجية بشكل لا يخلو من الصحة ، أن الطاقة المنبعثة من الجسم الاسود تتناسب مع الاس الرابع لدرجة حرارته المطلقة ومع ذلك لم يكن من الممكن التكهن الكمات . . . وقد مسبقا بمقدار الطاقة التي يبعثها جسم ما ذو تردد معين انطلاقا من صيغة بسيطة تطبق على طول مدى الاشعة تحت الحمراء أوجد ماكس بلانك حلا ناجحا لتلك المعضلة عندما أطلق فرضيته القائلة بأن كل تبادل للطاقة يحصل بين الاشعة من جهة والمادة من جهة ثانية ليس تبادلا مستمرا ، وانما يتألف من مقادير متفرقة تسمى الكمات . وترتبط طاقة كل كم بقيمة تردده وفقا للمعادلة التالية ق = h ن حيث تمثل n ثابتة بلانك وقيمتها ٢,٦٢ × ١٠-٣٤ جول x ث .
وتتضمن هذه النظرية امرا اخر هو أن الذرات والجزيئات لا يمكنها الا أن ترتج وأن سرعة ارتجاجها تقفز من قيمة مباحة الى قيمة مباحة أخرى . وقد ثبت فيما بعد صحة هذه المعادلة في الطيف الكهرمغنطيسي بكامله وبهذه الطريقة أصبحت الطاقة قيمة مكمية ، لكن آثارها لا تظهر الا على المستوى الذري للمادة . وقد شكلت نظرية بلانك عمادا لنظرية الكم نفسها .
( مقارنة بين الاشعة الشمسية التي تمتصها الارض والاشعة التي تبعثها)
تعليق