الانبعاثية

تُعرف انبعاثية سطح المادة بفعاليتها في إطلاق الطاقة على شكل إشعاع حراري . الإشعاع الحراري هو إشعاع كهرومغناطيسي يشمل عادةً كلاً من الإشعاع المرئي (الضوء) والأشعة تحت الحمراء ، وهي غير مرئية للعين البشرية. جزء من الإشعاع الحراري المنبعث من الأجسام شديدة السخونة (انظر الصورة) يكون مرئيًا للعين بسهولة.
تعتمد انبعاثية السطح على تركيبه الكيميائي وبنيته الهندسية. كميًا، هي نسبة الإشعاع الحراري المنبعث من السطح إلى الإشعاع المنبعث من سطح أسود مثالي عند نفس درجة الحرارة، وفقًا لقانون ستيفان-بولتزمان . (يُستخدم قانون بلانك للمقارنة عند دراسة أطوال موجية محددة للإشعاع الحراري). تتراوح هذه النسبة بين 0 و1 للأسطح العادية.
ينبعث من سطح جسم أسود مثالي (بمعامل انبعاث 1) إشعاع حراري بمعدل 448 واط لكل متر مربع (واط/م 2 ) عند درجة حرارة الغرفة 25 درجة مئوية (298 كلفن؛ 77 درجة فهرنهايت) .
تتميز الأجسام الحقيقية بمعاملات انبعاث أقل من 1.0، وبالتالي تُصدر إشعاعًا بمعدلات أقل تبعًا لذلك. [ 1 ]
ومع ذلك، فإن الجسيمات ذات مقياس الطول الموجي وما دونه، [ 2 ] والمواد الفائقة ، [ 3 ] والهياكل النانوية الأخرى [ 4 ] قد يكون لها انبعاثية أكبر من 1، على الأقل بالنسبة لتأثيرات المجال القريب .
التطبيقات العملية
تُعدّ الانبعاثيات مهمة في سياقات متنوعة:
- نوافذ معزولة
- تُبرَّد الأسطح الدافئة عادةً بالهواء مباشرةً، ولكنها تُبرِّد نفسها أيضًا عن طريق الإشعاع الحراري. تُعدّ آلية التبريد الثانية هذه مهمةً للنوافذ الزجاجية البسيطة، التي تقترب انبعاثيتها من القيمة القصوى الممكنة وهي 1.0. تُصدر "نوافذ Low-E" ذات الطلاءات الشفافة منخفضة الانبعاثية إشعاعًا حراريًا أقل من النوافذ العادية. [ 5 ] في فصل الشتاء، يمكن لهذه الطلاءات أن تُقلِّل معدل فقدان النافذة للحرارة إلى النصف مقارنةً بنافذة زجاجية غير مطلية. [ 6 ]
- Solar heat collectors
- Similarly, solar heat collectors lose heat by emitting thermal radiation. Advanced solar collectors incorporate selective surfaces that have very low emissivities. These collectors waste very little of the solar energy through emission of thermal radiation.[7]
- Thermal shielding
- For the protection of structures from high surface temperatures, such as reusable spacecraft or hypersonic aircraft, high-emissivity coatings (HECs), with emissivity values near 0.9, are applied on the surface of insulating ceramics.[8] This facilitates radiative cooling and protection of the underlying structure and is an alternative to ablative coatings, used in single-use reentry capsules.
- Passive daytime radiative cooling
- Daytime passive radiative coolers use the extremely cold temperature of outer space (~2.7 K) to emit heat and lower ambient temperatures while requiring zero energy input.[9] These surfaces minimize the absorption of solar radiation to lessen heat gain in order to maximize the emission of LWIR thermal radiation.[9] It has been proposed as a solution to global warming.[10]
- Planetary temperatures
- The planets are solar thermal collectors on a large scale. The temperature of a planet's surface is determined by the balance between the heat absorbed by the planet from sunlight, heat emitted from its core, and thermal radiation emitted back into space. Emissivity of a planet is determined by the nature of its surface and atmosphere.[11]

- Temperature measurements
- تُستخدم أجهزة قياس درجة الحرارة بالأشعة تحت الحمراء وكاميرات الأشعة تحت الحمراء لقياس درجة حرارة جسم ما باستخدام إشعاعه الحراري؛ ولا يتطلب ذلك أي تلامس مباشر مع الجسم. وتتضمن معايرة هذه الأجهزة قياس انبعاثية السطح المراد قياسه. [ 12 ]
التعريفات الرياضية
في أكثر أشكالها عمومية، يمكن تحديد الانبعاثية لطول موجي معين واتجاه واستقطاب معين .
مع ذلك، فإن الشكل الأكثر شيوعًا للانبعاثية هو الانبعاثية الكلية نصف الكروية ، والتي تأخذ في الاعتبار الانبعاثات كمجموع على جميع الأطوال الموجية والاتجاهات والاستقطابات، عند درجة حرارة معينة. [ 13 ] : 60
بعض الأشكال المحددة للانبعاثية موضحة بالتفصيل أدناه.
الانبعاثية نصف الكروية
يتم تعريف الانبعاثية نصف الكروية للسطح، والتي يرمز لها بـ ε ، على النحو التالي [ 14 ]
أين
- Me هو الإشعاع الخارج من ذلك السطح؛
- Me ° هي الإشعاعية الخارجة لجسم أسود عند نفس درجة حرارة ذلك السطح.
الانبعاثية الطيفية نصف الكروية
يتم تعريف الانبعاثية الطيفية نصف الكروية في التردد والانبعاثية الطيفية نصف الكروية في الطول الموجي للسطح، والتي يرمز لها بـ ε ν و ε λ على التوالي، على النحو التالي [ 14 ].
أين
- M e,ν هو الإشعاع الطيفي الخارج في تردد ذلك السطح؛
- Me ,ν ° هو الإشعاع الطيفي الخارج في التردد لجسم أسود عند نفس درجة حرارة ذلك السطح؛
- M e,λ هو الإشعاع الطيفي الخارج في الطول الموجي لذلك السطح؛
- Me ,λ ° هو الإشعاع الطيفي الخارج في الطول الموجي لجسم أسود عند نفس درجة حرارة ذلك السطح.
الانبعاثية الاتجاهية
يتم تعريف الانبعاثية الاتجاهية للسطح، والتي يرمز لها بـ ε Ω ، على النحو التالي [ 14 ]
أين
- L e,Ω هو إشعاع ذلك السطح؛
- L e,Ω ° هو إشعاع الجسم الأسود عند نفس درجة حرارة ذلك السطح.
الانبعاثية الطيفية الاتجاهية
يتم تعريف الانبعاثية الطيفية الاتجاهية في التردد والانبعاثية الطيفية الاتجاهية في الطول الموجي للسطح، والتي يرمز لها بـ ε ν,Ω و ε λ,Ω على التوالي، على النحو التالي [ 14 ].
أين
- L e,Ω,ν هو الإشعاع الطيفي بالتردد لهذا السطح؛
- L e,Ω,ν ° هو الإشعاع الطيفي بالتردد لجسم أسود عند نفس درجة حرارة ذلك السطح؛
- L e,Ω,λ هو الإشعاع الطيفي بالطول الموجي لذلك السطح؛
- L e,Ω,λ ° هو الإشعاع الطيفي بالطول الموجي لجسم أسود عند نفس درجة حرارة ذلك السطح.
يمكن أيضًا التعبير عن الانبعاثية نصف الكروية كمتوسط مرجح للانبعاثيات الطيفية الاتجاهية كما هو موضح في الكتب المدرسية حول "انتقال الحرارة الإشعاعي". [ 12 ]
في الممارسة العملية، تُستخدم نماذج التقريب غالبًا لوصف هذا الارتباط. ومن أبسط هذه النماذج نموذج جيب التمام:
أينتمثل ε الانبعاثية في الاتجاه العمودي، بينما يمثل الأس n انحراف السطح عن السلوك المنتشر المثالي. في تطبيقات التصوير الحراري، يجب تضمين هذا التغير الزاوي في معادلة التصوير الحراري الكمية ، لأن الإشعاع الفعال الذي ترصده بكسلات الكاميرا الحرارية يعتمد على دالة الانبعاثية.ومساهمة الإشعاع الخلفي المنعكس.
أمثلة على نموذج الانبعاثية ذي القوة الجيبية: يتحكم المعامل n في الدالة ε(α) = ε₀ · cos n (α) في مدى انخفاض الانبعاثية مع الزاوية α من العمودي على السطح. ومن التفسيرات الشائعة ما يلي:
- n = 1 – تنخفض الانبعاثية بشكل معتدل مع الزاوية. يشع هذا السطح بكفاءة أقل عند السقوط المائل، ويساهم الإشعاع الخلفي المنعكس بقوة أكبر في درجة الحرارة الظاهرية.
- n = 2 – اعتماد زاوي أقوى. عند زوايا الرؤية الأكبر، تكون الانبعاثية المكتشفة أقل بكثير، مما يؤدي إلى زيادة نسبة الإشعاع المنعكس وزيادة الخطأ في قياس درجة الحرارة الظاهرية إذا لم يتم تصحيحها.
- n = 3 – انخفاض حاد في الزاوية. عند السقوط المائل، يمكن أن يصبح المكون المنبعث صغيرًا نسبيًا مقارنةً بالمكون المنعكس؛ وقد تكون درجة الحرارة الظاهرية منحازة بشدة نحو الخلفية ما لم يتم أخذ ε(α) وهندسة الرؤية في الاعتبار.
في التصوير الحراري العملي، تتطلب الأسطح ذات قيم n الأعلى تصحيحًا دقيقًا لدرجة الحرارة الظاهرية المنعكسة لتجنب التقليل من تقدير درجة حرارة الجسم الحقيقية.

انبعاثية الأسطح الشائعة
يمكن قياس معامل الانبعاثية ε باستخدام أجهزة بسيطة مثل مكعب ليزلي، بالاقتران مع كاشف للإشعاع الحراري، مثل المزدوجة الحرارية أو مقياس الإشعاع الحراري . يقارن الجهاز الإشعاع الحراري الصادر من السطح المراد اختباره بالإشعاع الحراري الصادر من عينة سوداء مثالية تقريبًا. وتتكون الكواشف أساسًا من مواد ماصة سوداء مزودة بمقاييس حرارة عالية الحساسية تسجل ارتفاع درجة حرارة الكاشف عند تعرضه للإشعاع الحراري. لقياس معامل الانبعاثية عند درجة حرارة الغرفة، يجب أن تمتص الكواشف الإشعاع الحراري بالكامل عند أطوال موجية تحت الحمراء تقارب 10×10⁻⁶ متر . [ 16 ] ويتراوح طول موجة الضوء المرئي بين 0.4 و0.7×10⁻⁶ متر ، من البنفسجي إلى الأحمر الداكن.
تُجمع قياسات الانبعاثية للعديد من الأسطح في العديد من الكتيبات والمراجع. بعض هذه القياسات مُدرجة في الجدول التالي. [ 17 ] [ 18 ]

| مادة | الانبعاثية |
|---|---|
| رقائق الألومنيوم | 0.03 |
| ألومنيوم ، مؤكسد | 0.9 [ 19 ] |
| ألومنيوم، أملس، مصقول | 0.04 |
| ألومنيوم، خشن، مؤكسد | 0.2 |
| أسفلت | 0.88 |
| الطوب | 0.90 |
| خرسانة ، خشنة | 0.91 |
| نحاس مصقول | 0.04 |
| النحاس المؤكسد | 0.87 |
| زجاج ، أملس غير مطلي | 0.95 |
| ثلج | 0.97–0.99 |
| حديد مصقول | 0.06 |
| الحجر الجيري | 0.92 |
| رخام مصقول | 0.89–0.92 |
| طبقة من غاز النيتروجين أو الأكسجين النقي | ~0 [ 20 ] [ 21 ] |
| الطلاء، بما في ذلك اللون الأبيض | 0.9 |
| ورق، أو مواد تسقيف، أو أبيض | 0.88–0.86 |
| الجص ، خشن | 0.89 |
| فضي مصقول | 0.02 |
| فضة مؤكسدة | 0.04 |
| جلد الإنسان | 0.97–0.999 |
| الثلج | 0.8–0.9 |
| بولي تترافلوروإيثيلين (تفلون) | 0.85 |
| ثنائي سيليسيدات المعادن الانتقالية (مثل MoSi 2 أو WSi 2 ) | 0.86–0.93 [ 8 ] |
| الغطاء النباتي | 0.92–0.96 |
| ماء نقي | 0.96 |
ملحوظات:
- تمثل هذه الانبعاثيات إجمالي الانبعاثيات نصف الكروية من الأسطح.
- تنطبق قيم الانبعاثية على المواد السميكة بصريًا . وهذا يعني أن الامتصاصية عند الأطوال الموجية النموذجية للإشعاع الحراري لا تعتمد على سمك المادة. فالمواد الرقيقة جدًا تُصدر إشعاعًا حراريًا أقل من المواد السميكة.
- تم تسجيل معظم قيم الانبعاث في الرسم البياني أعلاه عند درجة حرارة الغرفة، 300 كلفن (27 درجة مئوية؛ 80 درجة فهرنهايت) .
خصائص ذات صلة وثيقة
الامتصاص
توجد علاقة أساسية ( قانون غوستاف كيرشوف للإشعاع الحراري لعام 1859) تربط بين انبعاثية سطح ما وامتصاصه للإشعاع الساقط ( امتصاصية السطح). ينطبق قانون كيرشوف بدقة على التعريفات الطيفية الاتجاهية للانبعاثية والامتصاصية. تفسر هذه العلاقة سبب عدم تجاوز الانبعاثية 1، لأن أعلى امتصاصية - التي تقابل الامتصاص الكامل للضوء الساقط بواسطة جسم أسود تمامًا - تساوي 1 أيضًا. [ 12 ] وبالتالي، فإن الأسطح المعدنية العاكسة للضوء تتميز بانبعاثية منخفضة، لأن الضوء المنعكس لا يُمتص. يبلغ معامل انبعاثية سطح الفضة المصقول حوالي 0.02 عند درجة حرارة الغرفة. يمتص السخام الأسود الإشعاع الحراري بكفاءة عالية؛ إذ تصل انبعاثيته إلى 0.97، ولذلك يُعد السخام تقريبًا جيدًا للجسم الأسود المثالي. [ 22 ] [ 23 ]
باستثناء المعادن المصقولة غير المطلية، لا يُعدّ مظهر السطح للعين مؤشرًا دقيقًا على انبعاثيته عند درجة حرارة الغرفة. فعلى سبيل المثال، يمتص الطلاء الأبيض القليل جدًا من الضوء المرئي. ومع ذلك، عند طول موجي للأشعة تحت الحمراء يبلغ 10×10⁻⁶ متر ، يمتص الطلاء الضوء جيدًا، وله انبعاثية عالية. وبالمثل، يمتص الماء النقي القليل جدًا من الضوء المرئي، ولكنه مع ذلك يمتص الأشعة تحت الحمراء بقوة، وله انبعاثية عالية تبعًا لذلك.
الانبعاثات
الانبعاثية (أو القدرة الإشعاعية) هي إجمالي كمية الطاقة الحرارية المنبعثة لكل وحدة مساحة في وحدة الزمن لجميع الأطوال الموجية الممكنة. وتُعرف انبعاثية الجسم عند درجة حرارة معينة بأنها نسبة إجمالي القدرة الإشعاعية للجسم إلى إجمالي القدرة الإشعاعية لجسم أسود مثالي عند تلك الدرجة. ووفقًا لقانون بلانك ، تزداد الطاقة الإشعاعية الكلية مع ارتفاع درجة الحرارة، بينما ينزاح ذروة طيف الانبعاث نحو أطوال موجية أقصر. وتزداد الطاقة المنبعثة عند الأطوال الموجية الأقصر بسرعة أكبر مع ارتفاع درجة الحرارة. على سبيل المثال، يُشع جسم أسود مثالي في حالة اتزان حراري عند 1273 كلفن (1000 درجة مئوية؛ 1832 درجة فهرنهايت) 97% من طاقته عند أطوال موجية أقل من 1000 كلفن. 14 ميكرومتر . [ 8 ]
يُستخدم مصطلح الانبعاثية عمومًا لوصف سطح بسيط ومتجانس مثل الفضة. وتُستخدم مصطلحات مشابهة، مثل الانبعاثية الحرارية والانبعاثية الحرارية السطحية ، لوصف قياسات الإشعاع الحراري على أسطح معقدة مثل منتجات العزل. [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]
قياس الانبعاثية
يمكن قياس انبعاثية سطح ما بشكل مباشر أو غير مباشر من خلال الطاقة المنبعثة منه. في طريقة القياس الإشعاعي المباشر، تُقاس الطاقة المنبعثة من العينة مباشرةً باستخدام مطياف مثل مطياف الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR). [ 26 ] أما في طريقة القياس الحراري غير المباشر، فتُقاس الطاقة المنبعثة من العينة بشكل غير مباشر باستخدام مسعر حراري. إضافةً إلى هاتين الطريقتين الشائعتين، توجد تقنية قياس انبعاث غير مكلفة تعتمد على مبدأ قياس الإشعاع الحراري ثنائي اللون . [ 26 ]
انبعاثات كوكب الأرض

تُحدد انبعاثية الكوكب أو أي جرم سماوي آخر بتركيب وبنية غلافه الخارجي. في هذا السياق، يشمل "غلاف" الكوكب عمومًا غلافه الجوي شبه الشفاف وسطحه غير الغازي. وتعمل الانبعاثات الإشعاعية الناتجة إلى الفضاء عادةً كآلية التبريد الرئيسية لهذه الأجرام المعزولة. ويُنظم التوازن بين جميع مصادر الطاقة الواردة والداخلية مقابل التدفق الخارج درجات حرارة الكواكب. [ 27 ]
بالنسبة للأرض، تتراوح درجات حرارة سطحها عند التوازن بالقرب من نقطة تجمد الماء، 260±50 كلفن (-13±50 درجة مئوية، 8±90 درجة فهرنهايت). وبالتالي، تقع الانبعاثات الأكثر طاقة ضمن نطاق يتراوح بين 4 و50 ميكرومتر تقريبًا، وفقًا لقانون بلانك . [ 28 ] غالبًا ما تُقاس معاملات انبعاث مكونات الغلاف الجوي والسطح بشكل منفصل، ويتم التحقق من صحتها باستخدام بيانات الرصد الفضائي والأرضي، بالإضافة إلى القياسات المختبرية. وتُستخدم هذه المعاملات كمعاملات في بعض النماذج المناخية والأرصادية الأبسط.
سطح
تم استنتاج انبعاثية سطح الأرض (εs ) باستخدام أجهزة محمولة على الأقمار الصناعية من خلال الرصد المباشر للانبعاثات الحرارية السطحية عند نقطة السمت عبر نافذة جوية أقل حجبًا تمتد من 8 إلى 13 ميكرومترًا. [ 29 ] تتراوح القيم بين εs = 0.65 و0.99 تقريبًا، مع اقتصار القيم الدنيا عادةً على المناطق الصحراوية الأكثر قحطًا. تتجاوز انبعاثية معظم مناطق السطح 0.9 نظرًا للتأثير المهيمن للماء؛ بما في ذلك المحيطات والغطاء النباتي الأرضي والثلج/الجليد. تشير التقديرات العالمية المتوسطة لانبعاثية نصف الكرة الأرضية إلى حوالي εs = 0.95. [ 30 ]
أَجواء

يهيمن الماء أيضًا على انبعاثية الغلاف الجوي للكوكب وامتصاصيته في صورة بخار الماء . وتساهم السحب وثاني أكسيد الكربون ومكونات أخرى بشكل كبير إضافي، خاصةً في المناطق التي توجد فيها فجوات في طيف امتصاص بخار الماء. [ 31 ] النيتروجين ( N2)2 ) والأكسجين (O2 )–المكونات الجوية الأساسية–تتفاعل بشكل أقل أهمية مع الإشعاع الحراري في نطاق الأشعة تحت الحمراء. [ 21 ] يُعد القياس المباشر لانبعاثات الغلاف الجوي للأرض (εa) أكثر صعوبة من قياس انبعاثات أسطح الأرض، ويعود ذلك جزئيًا إلى بنية الغلاف الجوي متعددة الطبقات والأكثر ديناميكية.
تم قياس وحساب الحدين الأعلى والأدنى لقيمة εa وفقًا لظروف محلية متطرفة ولكنها واقعية. عند الحد الأعلى، تُغلق هياكل السحب المنخفضة الكثيفة (المكونة من رذاذ سائل/جليدي وبخار ماء مشبع) نوافذ نفاذية الأشعة تحت الحمراء، مما يُؤدي إلى ظروف قريبة من ظروف الجسم الأسود مع εa ≈ 1. [ 32 ] عند الحد الأدنى، تُعزز ظروف السماء الصافية (الخالية من السحب) أكبر انفتاح لنوافذ النفاذية. يُؤدي التركيز الأكثر تجانسًا لغازات الدفيئة النزرة طويلة الأمد، بالإضافة إلى ضغوط بخار الماء التي تتراوح بين 0.25 و20 ملي بار، إلى قيم دنيا في نطاق εa = 0.55-0.8 (مع ε = 0.35-0.75 لمحاكاة جو من بخار الماء فقط). [ 33 ] ثاني أكسيد الكربون ( CO2)٢ ) وتساهم غازات الدفيئة الأخرى بنحو ε=0.2 في εaعندما تكون الرطوبة الجوية منخفضة. [ ٣٤ ] كما قيّم الباحثون مساهمة أنواع السحب المختلفة في امتصاصية الغلاف الجوي وانبعاثيته. [ ٣٥ ] [ ٣٦ ] [ ٣٧ ]
في هذه الأيام، يتم تقييم العمليات التفصيلية والخصائص المعقدة لانتقال الإشعاع عبر الغلاف الجوي بواسطة نماذج الدوران العام باستخدام رموز نقل الإشعاع وقواعد البيانات مثل MODTRAN / HITRAN . [ 33 ] وبالتالي تتم محاكاة الانبعاث والامتصاص والتشتت عبر المكان والزمان.
في العديد من التطبيقات العملية، قد لا يكون من الممكن أو الاقتصادي أو الضروري معرفة جميع قيم الانبعاثية محليًا. لذا، يمكن استخدام القيم "الفعّالة" أو "الإجمالية" للغلاف الجوي أو للكوكب بأكمله. ويمكن الاستناد في هذه القيم إلى عمليات رصد عن بُعد (من الأرض أو الفضاء الخارجي) أو تحديدها وفقًا للتبسيطات المستخدمة في نموذج معين. على سبيل المثال، تم تقدير قيمة عالمية فعّالة لـ εa ≈ 0.78 من خلال تطبيق نموذج مثالي لتوازن الطاقة في الغلاف الجوي أحادي الطبقة على الأرض. [ 38 ]
الانبعاثية الفعالة بسبب الغلاف الجوي
أفاد تقرير الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC ) أن التدفق الإشعاعي الحراري الصادر (OLR) يبلغ 239 (237-242) واط/م² ، وأن التدفق الإشعاعي الحراري السطحي (SLR) يبلغ 398 (395-400) واط/م² ، حيث تشير القيم بين قوسين إلى فترات الثقة 5-95% اعتبارًا من عام 2015. تشير هذه القيم إلى أن الغلاف الجوي (بما في ذلك السحب) يقلل من انبعاثية الأرض الإجمالية، مقارنةً بانبعاثات سطحها، بمعامل 239/398 ≈ 0.60. بعبارة أخرى، تُعطى الانبعاثات إلى الفضاء بالمعادلة التالية:أينهي الانبعاثية الفعالة للأرض كما تُرى من الفضاء و تبلغ درجة الحرارة الفعالة للسطح 289 كلفن (16 درجة مئوية؛ 61 درجة فهرنهايت) . [ 39 ] : 934
تاريخ
ظهرت مفاهيم الانبعاثية والامتصاصية، كخصائص للمادة والإشعاع، في كتابات بيير بريفو ، وجون ليزلي ، وبالفور ستيوارت، وغيرهم، في أواخر القرن الثامن عشر وحتى منتصف القرن التاسع عشر. [ 40 ] [ 41 ] [ 42 ] وفي عام 1860، نشر غوستاف كيرشوف وصفًا رياضيًا لعلاقتهما في ظل ظروف التوازن الحراري (أي قانون كيرشوف للإشعاع الحراري ). [ 43 ] وبحلول عام 1884، استنتج جوزيف ستيفان القدرة الإشعاعية لجسم أسود مثالي باستخدام القياسات التجريبية لجون تيندال ، واشتقها لودفيج بولتزمان من مبادئ إحصائية أساسية. [ 44 ] وهكذا، تم تضمين الانبعاثية، التي عُرّفت كعامل تناسب إضافي لقانون ستيفان-بولتزمان ، واستخدامها في التقييمات اللاحقة للسلوك الإشعاعي للأجسام الرمادية. فعلى سبيل المثال، طبّق سفانتي أرهينيوس التطورات النظرية الحديثة على دراسته عام 1896 لدرجات حرارة سطح الأرض المحسوبة من توازن إشعاع الكوكب مع الفضاء. [ 45 ] وبحلول عام 1900، استنتج ماكس بلانك تجريبياً قانوناً عاماً لإشعاع الجسم الأسود ، موضحاً بذلك مفهومي الانبعاثية والامتصاصية عند أطوال موجية محددة. [ 46 ]
معاملات قياس الإشعاع الأخرى
| كمية | وحدات النظام الدولي للوحدات | ملحوظات | |
|---|---|---|---|
| اسم | رمز. | ||
| الانبعاثية نصف الكروية | ε | غير متوفر | الإشعاع الخارج من سطح ما ، مقسومًا على الإشعاع الخارج من جسم أسود عند نفس درجة حرارة ذلك السطح. |
| الانبعاثية الطيفية نصف الكروية | ε ν ε λ | غير متوفر | الإثارة الطيفية لسطح ما ، مقسومة على الإثارة الطيفية لجسم أسود عند نفس درجة حرارة ذلك السطح. |
| الانبعاثية الاتجاهية | ε Ω | غير متوفر | الإشعاع المنبعث من سطح ما ، مقسومًا على الإشعاع المنبعث من جسم أسود عند نفس درجة حرارة ذلك السطح. |
| الانبعاثية الطيفية الاتجاهية | ε Ω, ν ε Ω, λ | غير متوفر | الإشعاع الطيفي المنبعث من سطح ما ، مقسومًا على الإشعاع الطيفي لجسم أسود عند نفس درجة حرارة ذلك السطح. |
| الامتصاص نصف الكروي | أ | غير متوفر | التدفق الإشعاعي الذي تمتصه سطح ما ، مقسومًا على التدفق الإشعاعي الذي يستقبله ذلك السطح. يجب عدم الخلط بين هذا المصطلح و" الامتصاصية ". |
| الامتصاص الطيفي نصف الكروي | A ν A λ | غير متوفر | التدفق الطيفي الذي تمتصه سطح ما ، مقسومًا على التدفق الطيفي الذي يستقبله ذلك السطح. يجب عدم الخلط بين هذا وبين " الامتصاص الطيفي ". |
| الامتصاص الاتجاهي | أ Ω | غير متوفر | الإشعاع الممتص بواسطة سطح ما ، مقسومًا على الإشعاع الساقط على ذلك السطح. يجب عدم الخلط بين هذا المصطلح و" الامتصاصية ". |
| الامتصاص الطيفي الاتجاهي | A Ω, ν A Ω, λ | غير متوفر | الإشعاع الطيفي الممتص بواسطة سطح ما ، مقسومًا على الإشعاع الطيفي الساقط على ذلك السطح. يجب عدم الخلط بين هذا المصطلح و" الامتصاص الطيفي ". |
| الانعكاس نصف الكروي | R | غير متوفر | التدفق الإشعاعي المنعكس من سطح ما ، مقسومًا على التدفق الإشعاعي الذي يستقبله ذلك السطح. |
| الانعكاس الطيفي نصف الكروي | R ν R λ | غير متوفر | التدفق الطيفي المنعكس من سطح ما ، مقسومًا على التدفق الطيفي الذي يستقبله ذلك السطح. |
| الانعكاس الاتجاهي | R Ω | غير متوفر | الإشعاع المنعكس من سطح ما ، مقسومًا على الإشعاع الذي يستقبله ذلك السطح. |
| الانعكاس الطيفي الاتجاهي | R Ω, ν R Ω, λ | غير متوفر | الإشعاع الطيفي المنعكس من سطح ما ، مقسومًا على الإشعاع الطيفي الذي يستقبله ذلك السطح. |
| نفاذية نصف كروية | تي | غير متوفر | التدفق الإشعاعي المنقول بواسطة سطح ما ، مقسومًا على التدفق الإشعاعي الذي يستقبله ذلك السطح. |
| النفاذية الطيفية نصف الكروية | T ν T λ | غير متوفر | التدفق الطيفي المنقول بواسطة سطح ما ، مقسومًا على التدفق الطيفي الذي يستقبله ذلك السطح. |
| النفاذية الاتجاهية | تي أوم | غير متوفر | الإشعاع المنبعث من سطح ما ، مقسوماً على الإشعاع الذي يستقبله ذلك السطح. |
| النفاذية الطيفية الاتجاهية | T Ω,ν T Ω, λ | غير متوفر | الإشعاع الطيفي المنبعث من سطح ما ، مقسومًا على الإشعاع الطيفي الذي يستقبله ذلك السطح. |
| معامل التوهين نصف الكروي | μ | م −1 | التدفق الإشعاعي الممتص والمشتت بواسطة حجم لكل وحدة طول، مقسومًا على التدفق الذي يتلقاه ذلك الحجم. |
| معامل التوهين الطيفي نصف الكروي | μ ν μ λ | م −1 | التدفق الإشعاعي الطيفي الممتص والمشتت بواسطة حجم لكل وحدة طول، مقسومًا على التدفق الذي يستقبله ذلك الحجم. |
| معامل التوهين الاتجاهي | μ Ω | م −1 | الإشعاع الممتص والمشتت بواسطة حجم لكل وحدة طول، مقسومًا على الإشعاع الذي يستقبله ذلك الحجم. |
| معامل التوهين الطيفي الاتجاهي | μ Ω, ν μ Ω, λ | م −1 | الإشعاع الطيفي الممتص والمشتت بواسطة حجم لكل وحدة طول، مقسومًا على الإشعاع الذي يستقبله ذلك الحجم. |
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ ينص قانون ستيفان -بولتزمان على أن معدل انبعاث الإشعاع الحراري هو σT⁴ ، حيث σ = 5.67 × 10⁻⁸ واط /م² · ك⁴ ، ودرجة الحرارة T بالكلفن. انظر: تريفيل ، جيمس س. (2003). طبيعة العلم: دليل شامل للقوانين والمبادئ التي تحكم كوننا . هوتون ميفلين هاركورت . ص 377. ISBN 978-0-618-31938-1.
- ↑ بوهين، كريج ف.؛ هوفمان، دونالد ر. (1998). امتصاص وتشتت الضوء بواسطة الجسيمات الصغيرة . وايلي. ص 123-126 . ISBN 978-0-471-29340-8.
- ↑ ناريمانوف، إيفجيني إي.؛ سموليانينوف، إيغور آي. (2012). "ما وراء قانون ستيفان-بولتزمان: الموصلية الحرارية الفائقة". مؤتمر الليزر والإلكترونيات الضوئية 2012. الملخص الفني لجمعية البصريات الأمريكية. المادة QM2E.1. جمعية البصريات الأمريكية. arXiv : 1109.5444 . CiteSeerX : 10.1.1.764.846 . doi : 10.1364/QELS.2012.QM2E.1 . ISBN 978-1-55752-943-5. S2CID 36550833 .
- ↑ غوليك، ف.أ.؛ كروجر، م.؛ كاردار، م. (2012). "الإشعاع الحراري من الأجسام الأسطوانية الطويلة" . مجلة الفيزياء E. 85 ( 4) 046603. arXiv : 1109.1769 . Bibcode : 2012PhRvE..85d6603G . doi : 10.1103/PhysRevE.85.046603 . hdl : 1721.1/71630 . PMID 22680594. S2CID 27489038 .
- ↑ "قصة نجاح البحث والتطوير في مجال النوافذ منخفضة الانبعاثية" (ملف PDF) . البحث والتطوير في مجال النوافذ وأغلفة المباني: خارطة طريق للتقنيات الناشئة . وزارة الطاقة الأمريكية . فبراير 2014. ص 5.
- ↑ فريكه، يوشين؛ بورست، والتر ل. (2013). أساسيات تكنولوجيا الطاقة . وايلي-في سي إتش . ص 37. ISBN 978-3-527-33416-2.
- ↑ فريكه، يوشين؛ بورست، والتر ل. (2013). "9. الطاقة الشمسية لتسخين المساحات والمياه الساخنة" . أساسيات تكنولوجيا الطاقة . وايلي-في سي إتش. ص 249. ISBN 978-3-527-33416-2.
- 1 2 3 شاو، غاوفينغ؛ وآخرون (2019). "تحسين مقاومة الأكسدة للطلاءات عالية الانبعاثية على السيراميك الليفي لأنظمة الفضاء القابلة لإعادة الاستخدام" . علم التآكل . 146 : 233-246 . arXiv : 1902.03943 . Bibcode : 2019Corro.146..233S . doi : 10.1016/j.corsci.2018.11.006 . hdl : 1959.4/unsworks_60404 . S2CID 118927116 .
- 1 2 آيلي، أبليميت؛ يين، شياوبو؛ يانغ، رونغوي (أكتوبر 2021). "إمكانية التبريد الإشعاعي العالمي للسماء مُعدّلة حسب الكثافة السكانية والطلب على التبريد" . الغلاف الجوي . 12 (11): 1379. Bibcode : 2021Atmos..12.1379A . doi : 10.3390/atmos12111379 .
- ↑ تشين، ميجي؛ بانغ، دان؛ تشين، شينغيو؛ يان، هونغجي؛ يانغ، يوان (2022). "التبريد الإشعاعي السلبي النهاري: الأساسيات، وتصميم المواد، والتطبيقات" . EcoMat . 4 e12153 . doi : 10.1002/eom2.12153 . S2CID 240331557.
يعمل التبريد الإشعاعي السلبي النهاري (PDRC) على تبديد الحرارة الأرضية إلى الفضاء الخارجي شديد البرودة دون استخدام أي مدخلات طاقة أو إنتاج أي تلوث. وله القدرة على التخفيف في آن واحد من مشكلتي أزمة الطاقة والاحتباس الحراري.
- ↑ "الحساسية المناخية" . الجمعية الكيميائية الأمريكية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21-07-2014 .
- 1 2 3 سيجل، روبرت (2001). انتقال الحرارة بالإشعاع الحراري، الطبعة الرابعة . مطبعة سي آر سي . ص 41. ISBN 978-1-56032-839-1.
- ↑ سيجل، روبرت؛ هاول، جون ر. (1992). انتقال الحرارة بالإشعاع الحراري ( الطبعة الثالثة). تايلور وفرانسيس. ISBN 0-89116-271-2.
- 1 2 3 4 "العزل الحراري - انتقال الحرارة بالإشعاع - الكميات الفيزيائية والتعريفات" . ISO 9288:2022 . كتالوج ISO . 1989. تاريخ الاطلاع : 15 مارس 2015 .
- ↑ جان سوفا، ماري كولاريكوفا: معادلة التصوير الحراري: من العلاقة المفاهيمية إلى الصياغة الكمية عبر العامل البصري الهندسي . arXiv:2508.11455 [physics.optics]، 2025. رابط arXiv
- ↑ بالنسبة لجسم أسود تمامًا، يبلغ طيف إشعاعه الحراري ذروته عند الطول الموجي المحدد بقانون فين : λ max = b / T ، حيث تُقاس درجة الحرارة T بالكلفن، والثابت b ≈ 2.90×10⁻³ متر -كلفن. تبلغ درجة حرارة الغرفة حوالي 293 كلفن. ضوء الشمس نفسه إشعاع حراري ينبعث من سطح الشمس الساخن. تتوافق درجة حرارة سطح الشمس، التي تبلغ حوالي 5800 كلفن، بشكل جيد مع ذروة الطول الموجي لضوء الشمس، والتي تقع عند الطول الموجي الأخضر الذي يبلغ حوالي 0.5×10⁻⁶ متر . انظر: ساها، كشوديرام (2008). الغلاف الجوي للأرض: فيزياؤه وديناميكياته . سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا . ص 84. ISBN 978-3-540-78427-2.
- ↑ بريستر، إم. كوين (1992). انتقال الإشعاع الحراري وخصائصه . جون وايلي وأولاده . ص 56. ISBN 978-0-471-53982-7.
- ↑ دليل ASHRAE لعام 2009: الأساسيات - إصدار IP . أتلانتا: الجمعية الأمريكية لمهندسي التدفئة والتبريد وتكييف الهواء. 2009. ISBN 978-1-933742-56-4.يشير مصطلح "IP" إلى وحدات البوصة والرطل؛ كما يتوفر إصدار من الدليل بوحدات القياس المترية. الانبعاثية هي قيمة عددية بسيطة، ولا تعتمد على نظام الوحدات.
- ↑ لا يؤثر اللون المرئي لسطح الألومنيوم المؤكسد بشكل كبير على انبعاثيته. انظر "انبعاثية المواد" . شركة الصناعات الكهروضوئية. مؤرشف من الأصل بتاريخ 19-09-2012.
- ↑ تروغلر، ويليام سي. (1995). "الكيمياء البيئية للغازات النزرة في الغلاف الجوي". مجلة التعليم الكيميائي . 72 (11): 973. Bibcode : 1995JChEd..72..973T . doi : 10.1021/ed072p973 .
- 1 2 هوبفنر، م.؛ ميلز، م.؛ بوهلر، س.؛ أورفال، ج.؛ ستيلر، ج. (24 مايو 2012). "تأثير الاحتباس الحراري الطبيعي للأكسجين (O2) والنيتروجين (N2) في الغلاف الجوي " . رسائل البحوث الجيوفيزيائية . 39 (L10706) 2012GL051409. Bibcode : 2012GeoRL..3910706H . doi : 10.1029/2012GL051409 . ISSN 1944-8007 . S2CID 128823108 .
- ↑ "جدول الانبعاثية الكلية" (ملف PDF) . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 11-07-2009.جدول انبعاثات مقدم من إحدى الشركات؛ لم يتم تقديم أي مصدر لهذه البيانات.
- ↑ "العوامل المؤثرة" . جمعية إيفيثرم - المعهد الافتراضي للقياسات الحرارية. مؤرشف من الأصل بتاريخ 12 يناير 2014. تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 يوليو 2014 .
- ↑ "ASTM C835 – 06(2013)e1: طريقة الاختبار القياسية للانبعاثية الكلية نصف الكروية للأسطح حتى 1400 درجة مئوية" . ASTM International . تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 أغسطس 2014 .
- ↑ كروجر، آبي؛ سيفيل، كارل (2012). البناء الأخضر: المبادئ والممارسات في البناء السكني . سينجايج ليرنينج . ص 198. ISBN 978-1-111-13595-9.
- سعد، عبد الله أ.؛ مارتينيز، كارلوس؛ ترايس، رودني و. (13 فبراير 2023). "انتقال الحرارة بالإشعاع أثناء الطيران فوق الصوتي: مراجعة لقياس الانبعاثية وطرق تحسينها في السيراميك فائق الحرارة" . المجلة الدولية لهندسة وعلوم السيراميك. 5 ( 2 ) e10171 . doi : 10.1002 / ces2.10171 . ISSN 2578-3270 .
- ↑ "المناخ وميزانية طاقة الأرض" . مرصد الأرض التابع لوكالة ناسا. 14 يناير 2009. تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 أكتوبر 2022 .
- ↑ بيتي، غرانت دبليو. (2006). مدخل إلى الإشعاع الجوي ( الطبعة الثانية). ماديسون، ويسكونسن: دار نشر ساندوغ. ص 68. ISBN 978-0-9729033-1-8.
- ↑ "قاعدة بيانات الانبعاثية العالمية ASTER: أكثر تفصيلاً بمئة مرة من سابقتها" . مرصد الأرض التابع لناسا. 17 نوفمبر 2014. تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 أكتوبر 2022 .
- ↑ "مبادرة قاعدة بيانات الانبعاثية المشتركة" . مختبر الدفع النفاث التابع لناسا . تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 أكتوبر 2022 .
- ↑ "الاستشعار عن بعد: نطاقات الامتصاص والنوافذ الجوية" . مرصد الأرض التابع لناسا . 17 سبتمبر 1999. تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 أكتوبر 2022 .
- ↑ ليو، لي؛ تشانغ، تينغ؛ وو، يي؛ نيو، تشنكونغ؛ وانغ، تشي (2018). "استخلاص الانبعاثية الفعالة للسحب باستخدام جهاز قياس السحب بالأشعة تحت الحمراء الأرضي المدمج مع بيانات مقياس ارتفاع السحب" . الاستشعار عن بعد . 10 (2033): 2033. Bibcode : 2018RemS...10.2033L . doi : 10.3390/rs10122033 .
- 1 2 مندوزا، فيكتور م..؛ فالانويفا، إلبا إي؛ جاردونو، رينيه. سانشيز مينيسيس، أوسكار (31 يناير 2017). “الانبعاثية الجوية مع سماء صافية محسوبة بواسطة E-Trans/HITRAN”. البيئة الجوية . 155 : 174– 188. بيب كود : 2017AtmEn.155..174M . دوى : 10.1016/j.atmosenv.2017.01.048 . ردمك 1352-2310 .
- ↑ ستالي، د.و.؛ جوريكا، ج.م. (1 مارس 1972). "الانبعاثية الجوية الفعالة في ظل سماء صافية" . مجلة الأرصاد الجوية التطبيقية . 11 (2): 349-356 . Bibcode : 1972JApMe..11..349S . doi : 10.1175/1520-0450(1972)011 < 0349 :EAEUCS > 2.0.CO ; 2. ISSN 1520-0450 .
- ↑ غراهام، ستيف (1 مارس 1999). "السحب والإشعاع" . مرصد الأرض التابع لناسا . تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 أكتوبر 2022 .
- ↑ كوكس، ستيفن ك. (1 فبراير 1976). "ملاحظات حول الانبعاثية الفعالة للأشعة تحت الحمراء للسحب" . مجلة علوم الغلاف الجوي . 33 (2): 287-289 . Bibcode : 1976JAtS...33..287C . doi : 10.1175/1520-0469(1976)033 < 0287 :OOCIEE > 2.0.CO ; 2. ISSN 1520-0469 .
- ↑ تشيلك، بيتر؛ راماسوامي، ف. (1 يناير 1982). "تقريب بسيط لانبعاثية الأشعة تحت الحمراء للسحب المائية" . مجلة علوم الغلاف الجوي . 39 (1): 171-177 . Bibcode : 1982JAtS...39..171C . doi : 10.1175/1520-0469(1982)039 < 0171:SAFIEO > 2.0.CO ; 2. ISSN 1520-0469 .
- ↑ "مجموعة أدوات علوم المناخ التابعة للجمعية الكيميائية الأمريكية - الاحترار الجوي - نموذج أحادي الطبقة للغلاف الجوي" . الجمعية الكيميائية الأمريكية . تم الاطلاع عليه في 1 ديسمبر 2022 .
- ↑ الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (2021). ماسون-ديلموت، ف.؛ تشاي، ب.؛ بيراني، أ.؛ كونورز، س. ل.؛ وآخرون (محررون). تغير المناخ 2021: الأسس العلمية الفيزيائية (ملف PDF) . مساهمة الفريق العامل الأول في التقرير التقييمي السادس للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ. مطبعة جامعة كامبريدج (قيد النشر).
- ^ بريفوست، بيير (أبريل ١٧٩١). ""ذاكرة توازن النار"" . ملاحظات سور لا فيزيك (بالفرنسية). الثامن والثلاثون (1): 314 – 323.
- ↑ ليزلي، جون (1804). بحث تجريبي في طبيعة وانتشار الحرارة . إدنبرة: ج. ماومان.
- ↑ ستيوارت، بلفور (1866). رسالة تمهيدية في الحرارة . أكسفورد، مطبعة كلارندون.
- ^ كيرشوف ، جوستاف (1860). "Ueber das Verhältniss zwischen dem Emissionsvermögen und dem Absorptionsvermögen der Körper für Wärme and Licht" . Annalen der Physik und Chemie . 109 (2): 275– 301. بيب كود : 1860AnP...185..275K . دوى : 10.1002/andp.18601850205 .
- ^ بولتزمان، لودفيج (1884). "Ableitung des Stefan'schen Gesetzes, betreffend die Abhängigkeit der Wärmestrahlung von der Temperatur aus der Electromagnetischen Lichttheorie" [ اشتقاق قانون ستيفان، فيما يتعلق باعتماد الإشعاع الحراري على درجة الحرارة، من النظرية الكهرومغناطيسية للضوء ] . Annalen der Physik und Chemie (باللغة الألمانية). 258 (6): 291– 294. بيب كود : 1884AnP...258..291B . دوى : 10.1002/andp.18842580616 .
- ↑ سفانتي أرهينيوس (1896). "حول تأثير حمض الكربونيك في الهواء على درجة حرارة الأرض" . المجلة الفلسفية ومجلة العلوم . 41 (251): 237-276 . doi : 10.1080/14786449608620846 .
- ^ بلانك ، ماكس (1901). "Über das Gesetz der Energieverteilung im Normalspektrum" . أنالين دير فيزيك . 4 (3): 553–563 . بيب كود : 1901AnP...309..553P . دوى : 10.1002/andp.19013090310 .
للمزيد من القراءة
- "الانبعاثية الطيفية والانبعاثية" . ساوثهامبتون، بنسلفانيا: Temperatures.com, Inc. مؤرشف من الأصل في 24 أبريل 2017.موقع إلكتروني ودليل مفتوح يركز على المجتمع، ويضم موارد متعلقة بالانبعاثية الطيفية والانبعاثية. يركز هذا الموقع على البيانات والمراجع والروابط المتاحة للموارد المتعلقة بالانبعاثية الطيفية كما تُقاس وتُستخدم في قياس درجة الحرارة بالإشعاع الحراري والتصوير الحراري.
- "معاملات الانبعاثية لبعض المواد الشائعة" . engineeringtoolbox.com.الموارد والأدوات والمعلومات الأساسية لهندسة وتصميم التطبيقات التقنية. يقدم هذا الموقع قائمة شاملة بمواد أخرى لم يتم تناولها أعلاه.
- الكميات الفيزيائية
- القياس الإشعاعي
- انتقال الحرارة
