انتقال گرما از طریق تابش

یکی از راه‌های انتقال گرما تابش است. در تابش گرما عمدتاً از طریق موج الکترومغناطیس انتقال می‌یابد و در نتیجه نیاز به محیط مادی نیست. در این بخش این شیوه انتقال گرما را بررسی می‌کنیم.

تابش گرمایی، انرژی منتشرشده به وسیله ماده با موج الکترومغناطیسی است، که شامل همه موادی که دارای دمای بالاتر از صفر مطلق هستند، می‌باشد. تابش گرمایی بدون حضور ماده، از میان فضای خالی منتشر می‌شود و تابش گرمایی نتیجه حرکات تصادفی اتم‌ها و مولکول‌ها در ماده است. از آنجا که این اتم‌ها و مولکول‌ها از ذرات باردار تشکیل شده‌اند (پروتون‌ها و الکترون‌ها) حرکات آن‌ها باعث انتشار امواج الکترومغناطیسی، که حامل انرژی هستند می‌باشد.

بر خلاف روش‌های رسانش و همرفت، انتقال گرمای اشعه‌های گرمایی می‌تواند در یک نقطه کوچک با استفاده از آینه های منعکس کننده متمرکز شود که در جمع آوری انرژی خورشیدی تولیدی مورد بهره برداری قرار می‌گیرد. برای مثال، نور خورشید منعکس شده از آینه‌ها، برج انرژی خورشیدی PS10 را گرم می‌کند و در طول روز می‌تواند آب را تا 285 درجه سانتی‌گراد (545 فارنهایت) گرم کند.

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. نظریه 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.

سرعت انتقال گرما به روش تابش، نیازی به وجود ماده نیست، در این طریق گرما به صورت نور یا امواج الكترومغناطیسی از چشمه‌های داغ و ملتهب به اطراف گسیل می‌شود.

یك دسته از امواج الكترومغناطیسی، پرتوهای فرو سرخ هستند این پرتوها وقتی به جسمی بتابند گرمای زیادی تولید می‌کنند.

در تابش ماده منتقل نمی‌شود لذا نیازی به محیط مادی یا مولکول‌هایی كه انرژی گرمایی را منتقل كنند نیست، یعنی می‌توانند در خلأ نیز انجام گیرد.

انتقال گرما به طریق تابش بسیار سریع (با سرعت نور) صورت می‌گیرد اما در روش‌های رسانایی و همرفتی بسیار كند است.

سرعت انتقال گرما از طریق همرفتی ( سرعت انتقال گرما از طریق رسانایی ) انتقال سرعت گرما از طریق تابش انتقال گرمای تابشی از دو نظر با دو روش قبلی تفاوت دارد: اول اینکه در این روش برای انتقال گرما نیازی به محیط مادی نیست و این عمل در خلاء هم صورت می‌گیرد. دوم این که انتقال گرمای هدایتی و جا به‌ جایی در جهت کاهش دما صورت می‌گیرد در حالی که انتقال گرمای تابشی می‌تواند بین دو جسم که توسط یک محیط سرد از یکدیگر جدا شده‌اند هم صورت بگیرد.

تئوری‌های مختلفی برای تابش ارائه شده است. یک تئوری، تابش را به انتشار بسته‌های انرژی به نام فوتون مرتبط می‌داند. در تئوری دیگر تابش به صورت انتشار امواج الکترو مغناطیس در نظر گرفته می‌شود.

تابش گرمایی بخشی از طیف الکترومغناطیس است که طول موجش در محدوده 0.1 تا 100 میکرومتر است و شامل قسمتی از امواج ماورای بنفش، کل امواج مرئی و مادون قرمز است. این نوع تابش در اثر حرکات چرخشی و ارتعاشی مولکولی، اتم‌ها و الکترون‌های مواد حاصل می‌شود. تشعشع گرمایی به طور دائم در کل اشکال ماده (جامد، مایع و گاز) که دارای دمای بالاتر از صفر مطلق هستند صورت می‌گیرد.

مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: مرتضی عرفانیان

تنظیم: مریم فروزان کیا