الطاقة الإشعاعية

📅 آخر تحديث: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة
يحمل الضوء المرئي مثل ضوء الشمس طاقة إشعاعية، والتي تستخدم في توليد الطاقة الشمسية .

في الفيزياء ، وتحديدًا عند قياسها بالإشعاع ، تُعرف الطاقة الإشعاعية بأنها طاقة الإشعاع الكهرومغناطيسي [ 1 ] والإشعاع الثقالي . ووحدتها في النظام الدولي للوحدات هي الجول (J). ويمكن حساب كمية الطاقة الإشعاعية بتكامل التدفق الإشعاعي (أو القدرة ) بالنسبة للزمن . ويُستخدم الرمز Q e غالبًا في المراجع العلمية للدلالة على الطاقة الإشعاعية ("e" اختصارًا لكلمة "طاقي"، لتجنب الخلط بينها وبين الكميات الضوئية). وفي فروع الفيزياء الأخرى غير الإشعاع، يُشار إلى الطاقة الكهرومغناطيسية بالرمزين E أو W. ويُستخدم هذا المصطلح تحديدًا عندما ينبعث إشعاع كهرومغناطيسي من مصدر ما إلى البيئة المحيطة. وقد يكون هذا الإشعاع مرئيًا أو غير مرئي للعين البشرية. [ 2 ] [ 3 ]

استخدام المصطلحات وتاريخها

يُستخدم مصطلح "الطاقة الإشعاعية" بشكل شائع في مجالات قياس الإشعاع ، والطاقة الشمسية ، والتدفئة والإضاءة ، ولكنه يُستخدم أحيانًا في مجالات أخرى (مثل الاتصالات ). في التطبيقات الحديثة التي تتضمن نقل الطاقة من مكان إلى آخر، يُستخدم مصطلح "الطاقة الإشعاعية" أحيانًا للإشارة إلى الموجات الكهرومغناطيسية نفسها ، وليس إلى طاقتها (وهي خاصية من خصائص الموجات). في الماضي، استُخدم أيضًا مصطلح "الطاقة الكهروإشعاعية". [ 4 ]

ينطبق مصطلح "الطاقة الإشعاعية" أيضًا على الإشعاع الثقالي . [ 5 ] [ 6 ] على سبيل المثال، نتجت أولى الموجات الثقالية التي رُصدت على الإطلاق عن اصطدام ثقب أسود انبعث منه حوالي 5.3 × 1047 جول من طاقة موجات الجاذبية. [ 7 ]

تحليل

إشعاع تشيرينكوف المتوهج في قلب مفاعل تريغا .

بما أن الإشعاع الكهرومغناطيسي يُمكن تصوره كتيار من الفوتونات ، فإن الطاقة الإشعاعية تُعتبر طاقة فوتونية - الطاقة التي تحملها هذه الفوتونات. وبدلاً من ذلك، يُمكن اعتبار الإشعاع الكهرومغناطيسي موجة كهرومغناطيسية تحمل الطاقة في مجاليها الكهربائي والمغناطيسي المتذبذبين. هذان الرأيان متكافئان تمامًا، ويتم التوفيق بينهما في نظرية الحقل الكمومي (انظر ازدواجية الموجة والجسيم ). [ 8 ]

يمكن أن يمتلك الإشعاع الكهرومغناطيسي ترددات متنوعة . قد تكون نطاقات التردد الموجودة في إشارة كهرومغناطيسية معينة محددة بدقة، كما هو الحال في الأطياف الذرية ، أو قد تكون واسعة، كما هو الحال في إشعاع الجسم الأسود . في نموذج الجسيمات، تتناسب الطاقة التي يحملها كل فوتون طرديًا مع تردده. أما في نموذج الموجات، فتتناسب طاقة الموجة أحادية اللون طرديًا مع شدتها . وهذا يعني أنه إذا كانت لموجتين كهرومغناطيسيتين نفس الشدة ولكن بترددات مختلفة، فإن الموجة ذات التردد الأعلى "تحتوي" على عدد أقل من الفوتونات، لأن كل فوتون يكون أكثر طاقة.

عندما يمتص جسم ما الموجات الكهرومغناطيسية، تتحول طاقة هذه الموجات إلى حرارة (أو إلى كهرباء في حالة المواد الكهروضوئية ). وهذا تأثير مألوف، إذ تُسخّن أشعة الشمس الأسطح التي تُشعّها. غالبًا ما تُربط هذه الظاهرة تحديدًا بالأشعة تحت الحمراء ، ولكن أي نوع من الإشعاع الكهرومغناطيسي يُسخّن الجسم الذي يمتصه. كما يمكن أن تنعكس الموجات الكهرومغناطيسية أو تتشتت ، وفي هذه الحالة تُعاد توجيه طاقتها أو توزيعها.

الأنظمة المفتوحة

الطاقة الإشعاعية هي إحدى آليات دخول الطاقة إلى نظام مفتوح أو خروجها منه . [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] قد يكون هذا النظام من صنع الإنسان، مثل جامع الطاقة الشمسية ، أو طبيعيًا، مثل الغلاف الجوي للأرض . في الجيوفيزياء ، تسمح معظم غازات الغلاف الجوي، بما فيها غازات الاحتباس الحراري ، بمرور الطاقة الإشعاعية الشمسية ذات الموجات القصيرة إلى سطح الأرض، مما يؤدي إلى تسخين التربة والمحيطات. يُعاد إشعاع جزء من الطاقة الشمسية الممتصة على شكل إشعاع ذي موجات أطول (وخاصة الأشعة تحت الحمراء)، ويمتص جزء منه غازات الاحتباس الحراري في الغلاف الجوي. تُنتج الطاقة الإشعاعية في الشمس نتيجةً للاندماج النووي . [ 12 ]

التطبيقات

تُستخدم الطاقة الإشعاعية في التدفئة الإشعاعية . [ 13 ] ويمكن توليدها كهربائيًا بواسطة مصابيح الأشعة تحت الحمراء ، أو امتصاصها من ضوء الشمس واستخدامها لتسخين الماء. تنبعث الطاقة الحرارية من عنصر دافئ (أرضية، جدار، لوحة علوية) وتُدفئ الأشخاص والأشياء الأخرى في الغرف بدلًا من تسخين الهواء مباشرةً. ولهذا السبب، قد تكون درجة حرارة الهواء أقل من درجة حرارة مبنى مُدفأ بالطرق التقليدية، حتى وإن بدت الغرفة مريحة بنفس القدر.

تم ابتكار تطبيقات أخرى متنوعة للطاقة الإشعاعية. [ 14 ] تشمل هذه التطبيقات المعالجة والفحص، والفصل والفرز، ووسيلة للتحكم، ووسيلة للاتصال. تعتمد العديد من هذه التطبيقات على مصدر للطاقة الإشعاعية وكاشف يستجيب لهذا الإشعاع ويُصدر إشارة تمثل إحدى خصائصه. تُنتج كواشف الطاقة الإشعاعية استجابات للطاقة الإشعاعية الساقطة إما على شكل زيادة أو نقصان في الجهد الكهربائي أو تدفق التيار أو أي تغيير آخر قابل للملاحظة، مثل تعريض الفيلم الفوتوغرافي .

وحدات قياس الإشعاع في النظام الدولي للوحدات

وحدات قياس الإشعاع في النظام الدولي للوحدات
  • v
  • ت
  • هـ
كميةوحدةالأبعادملحوظات
اسمالرمز [ رقم 1 ]اسمرمز
الطاقة الإشعاعيةQ e [ nb 2 ]جولجM ⋅ L 2 ⋅ T −2طاقة الإشعاع الكهرومغناطيسي.
كثافة الطاقة الإشعاعيةنحن​جول لكل  متر مكعبJ/m 3م ⋅ ل −1 ⋅ ت −2الطاقة الإشعاعية لكل وحدة حجم.
التدفق الإشعاعيΦ e [ nb 2 ]واطW = J/sم ⋅ ل 2 ⋅ ت −3الطاقة الإشعاعية المنبعثة أو المنعكسة أو المنقولة أو المستقبلة، لكل وحدة زمنية. ويُطلق عليها أحيانًا اسم "القدرة الإشعاعية"، وتُسمى في علم الفلك " السطوع ".
التدفق الطيفيΦ e, ν [ nb 3 ]واط لكل هرتزواط/ هرتزM ⋅ L 2 ⋅ T −2التدفق الإشعاعي لكل وحدة تردد أو طول موجي. ويُقاس الأخير عادةً بوحدة واط/ نانومتر .
Φ e, λ [ nb 4 ]واط لكل مترW/mم ⋅ ل ⋅ ت −3
شدة الإشعاعI e,Ω [ nb 5 ]واط لكل ستراديانمع كبار السنم ⋅ ل 2 ⋅ ت −3التدفق الإشعاعي المنبعث أو المنعكس أو المنقول أو المستقبل، لكل وحدة زاوية مجسمة. هذه كمية اتجاهية .
شدة الطيفI e,Ω, ν [ nb 3 ]واط لكل ستراديان لكل هرتزW⋅sr −1 ⋅Hz −1M ⋅ L 2 ⋅ T −2شدة الإشعاع لكل وحدة تردد أو طول موجي. ويُقاس الطول الموجي عادةً بوحدة واط⋅ستراديان⁻¹⋅نانومتر⁻¹ . وهذه كمية اتجاهية .
I e,Ω, λ [ nb 4 ]واط لكل ستراديان لكل مترW⋅sr −1 ⋅m −1م ⋅ ل ⋅ ت −3
إشراقLe ,Ω [ nb 5 ]واط لكل ستراديان لكل  متر مربعW⋅sr −1 ⋅m −2م ⋅ ت −3التدفق الإشعاعي المنبعث أو المنعكس أو المنقول أو المستقبل من سطح ما ، لكل وحدة زاوية مجسمة لكل وحدة مساحة مسقطة. هذه كمية اتجاهية ، وتُسمى أحيانًا "الشدة".
الإشعاع الطيفي، الشدة النوعيةLe ,Ω, ν [ nb 3 ]واط لكل ستيراديان لكل  متر مربع لكل هرتزW⋅sr −1 ⋅m −2 ⋅Hz −1م ⋅ ت −2إشعاع سطح ما لكل وحدة تردد أو طول موجي. يُقاس الطول الموجي عادةً بوحدة واط⋅ستراديان⁻¹⋅م⁻²⋅نانومتر⁻¹ . هذه كمية اتجاهية ، وتُسمى أحيانًا "الشدة الطيفية".
Le ,Ω, λ [ nb 4 ]واط لكل ستيراديان لكل  متر مربع، لكل مترW⋅sr −1 ⋅m −3م ⋅ ل −1 ⋅ ت −3
كثافة تدفق الإشعاعE e [ nb 2 ]واط لكل متر مربعواط/ م²م ⋅ ت −3التدفق الإشعاعي الذي تتلقاه مساحة سطح ما لكل وحدة مساحة. ويُطلق عليه أحيانًا اسم "الشدة".
الإشعاع الطيفي، كثافة التدفق الطيفيE e, ν [ nb 3 ]واط لكل  متر مربع لكل هرتزواط / متر⁻² هرتز⁻¹م ⋅ ت −2شدة الإشعاع على سطح ما لكل وحدة تردد أو طول موجي. ويُطلق عليها أحيانًا اسم "الشدة الطيفية". تشمل وحدات كثافة التدفق الطيفي غير التابعة للنظام الدولي للوحدات (SI) وحدة جانسكي (1  Jy =10 −26  واط⋅م −2 ⋅هرتز −1 ) ووحدة التدفق الشمسي (1  sfu =10 −22  واط⋅م −2 ⋅هرتز −1 =10 4  Jy ).
E e, λ [ nb 4 ]واط لكل  متر مربع، لكل مترواط/ م³م ⋅ ل −1 ⋅ ت −3
راديوسيتيJ e [ nb 2 ]واط لكل متر مربعواط/ م²م ⋅ ت −3التدفق الإشعاعي الخارج من (المنبعث والمنعكس والمنفذ من) سطح ما لكل وحدة مساحة. ويُطلق عليه أحيانًا اسم "الشدة".
الإشعاع الطيفيJ e, ν [ nb 3 ]واط لكل  متر مربع لكل هرتزواط / متر⁻² هرتز⁻¹م ⋅ ت −2الإشعاعية السطحية لكل وحدة تردد أو طول موجي. ويُقاس الطول الموجي عادةً بوحدة واط / متر مربع/ نانومتر . ويُطلق عليه أحيانًا اسم "الشدة الطيفية".
J e, λ [ nb 4 ]واط لكل  متر مربع، لكل مترواط/ م³م ⋅ ل −1 ⋅ ت −3
إشعاع متألقأنا [ ملاحظة 2 ]واط لكل  متر مربعواط/ م²م ⋅ ت −3التدفق الإشعاعي المنبعث من سطح ما لكل وحدة مساحة. هذا هو المكون المنبعث من الإشعاعية. "الانبعاث الإشعاعي" مصطلح قديم لهذه الكمية. ويُطلق عليها أحيانًا "الشدة".
الخروج الطيفيMe , ν [ nb 3 ]واط لكل  متر مربع لكل هرتزواط / متر⁻² هرتز⁻¹م ⋅ ت −2الإشعاع المنبعث من سطح ما لكل وحدة تردد أو طول موجي. ويُقاس الطول الموجي عادةً بوحدة واط / متر مربع/ نانومتر . "الانبعاث الطيفي" مصطلح قديم يُستخدم للإشارة إلى هذه الكمية، ويُطلق عليها أحيانًا "الشدة الطيفية".
Me , λ [ nb 4 ]واط لكل  متر مربع، لكل مترواط/ م³م ⋅ ل −1 ⋅ ت −3
التعرض الإشعاعيهو​جول لكل  متر مربعJ/m 2م ⋅ ت −2الطاقة الإشعاعية التي تتلقاها مساحة سطح ما لكل وحدة مساحة، أو ما يعادلها من إشعاع سطح متكامل على مدى فترة الإشعاع. ويطلق على هذا أحيانًا اسم "التدفق الإشعاعي".
التعرض الطيفيHe , ν [ nb 3 ]جول لكل  متر مربع لكل هرتزJ⋅m −2 ⋅Hz −1م ⋅ ت −1التعرض الإشعاعي لسطح ما لكل وحدة تردد أو طول موجي. ويُقاس هذا الأخير عادةً بوحدة جول/متر مربع / نانومتر . ويُطلق عليه أحيانًا اسم "التدفق الطيفي".
He , λ [ nb 4 ]جول لكل  متر مربع، لكل مترJ/m 3م ⋅ ل −1 ⋅ ت −2
انظر أيضاً:
  1. ↑ توصي منظمات المعايير بأن يتم الإشارة إلى الكميات الإشعاعيةباللاحقة "e" (اختصارًا لـ "الطاقة") لتجنب الخلط بينها وبينالكميات الضوئية أو الفوتونية .
  2. 1 2 3 4 5 رموز بديلة تُرى أحيانًا: W أو E للطاقة الإشعاعية، P أو F للتدفق الإشعاعي، I للإشعاعية، W للإخراج الإشعاعي.
  3. 1 2 3 4 5 6 7 يتم الإشارة إلى الكميات الطيفية المعطاة لكل وحدة تردد باللاحقة " ν " (الحرف اليوناني nu ، لا يجب الخلط بينه وبين الحرف "v"، الذي يشير إلى كمية ضوئية).
  4. 1 2 3 4 5 6 7 الكميات الطيفية المعطاة لكل وحدة طول موجي يتم الإشارة إليها باللاحقة " λ ".
  5. 1 2 يتم الإشارة إلى الكميات الاتجاهية باللاحقة " Ω ".

انظر أيضاً

ملاحظات ومراجع

  1. ↑ " الطاقة الإشعاعية ". المعيار الفيدرالي 1037C
  2. ↑ جورج فريدريك باركر، الفيزياء: دورة متقدمة ، صفحة 367
  3. ↑ هارديس، جوناثان إي، " رؤية الطاقة الإشعاعية ". PDF .
  4. ↑ أمثلة: US 1005338 "جهاز الإرسال" ، US 1018555 "الإشارة بواسطة الطاقة الكهروضوئية" ، و US 1597901 "جهاز الراديو" .   
  5. ↑ كينيفيك، دانيال (15 أبريل 2007). السفر بسرعة الفكر: أينشتاين والبحث عن موجات الجاذبية . مطبعة جامعة برينستون . ISBN 978-0-691-11727-0تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 مارس 2016 .
  6. ↑ سياما، دينيس (17 فبراير 1972). "تقليص خسائر المجرة" . مجلة نيو ساينتست : 373. تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 مارس 2016 .
  7. ↑ أبوت، بي بي (11 فبراير 2016). "رصد موجات الجاذبية الناتجة عن اندماج ثقبين أسودين" . رسائل المراجعة الفيزيائية . 116 (6) 061102. arXiv : 1602.03837 . Bibcode : 2016PhRvL.116f1102A . doi : 10.1103/PhysRevLett.116.061102 . PMID 26918975 . 
  8. ↑ لونغ إير، مالكولم (2013). "الفصل 9: ازدواجية الموجة والجسيم". مفاهيم الكم في الفيزياء . مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN 978-1-107-01709-2.
  9. ↑ موران، إم جيه وشابيرو، إتش إن، أساسيات الديناميكا الحرارية الهندسية ، الفصل 4. "حفظ الكتلة لنظام مفتوح"، الطبعة الخامسة، جون وايلي وأولاده. ISBN 0-471-27471-2.
  10. ↑ روبرت و. كريستوفرسون، الأنظمة الجيولوجية الأولية ، الطبعة الرابعة. برنتيس هول، 2003. 608 صفحة. ISBN 0-13-101553-2
  11. ↑ جيمس جرير ميلر وجيسي إل. ميلر، الأرض كنظام مؤرشف في 22-04-2021 في آلة Wayback .
  12. ↑ تحويل الطاقة . assets.cambridge.org. (مقتطف)
  13. ↑ US 1317883 "طريقة لتوليد الطاقة الإشعاعية وإسقاطها عبر الهواء الحر لإنتاج الحرارة" 
  14. ↑ الفئة 250، الطاقة الإشعاعية. مؤرشفة بتاريخ 2009-07-03 في Wayback Machine ، مكتب براءات الاختراع والعلامات التجارية الأمريكي. مارس 2006.

للمزيد من القراءة

  • كافيرلي، دونالد فيليب، مدخل إلى الإلكترونيات والطاقة الإشعاعية . نيويورك، ماكجرو هيل، 1952.
  • ويتاكر، إي تي (أبريل 1929). "ما هي الطاقة؟". المجلة الرياضية . 14 (200). الجمعية الرياضية: 401-406 . doi : 10.2307/3606954 . JSTOR 3606954. S2CID 187889019 .