الإشعاع هو عملية فيزيائية ينتج عنها نقل الطاقة باستخدام الموجات الكهرومغناطيسية. تسمى العملية العكسية للإشعاع بالامتصاص. دعونا نفكر في هذه المسألة بمزيد من التفصيل ، ونقدم أيضًا أمثلة على الإشعاع في الحياة اليومية والطبيعة.
فيزياء حدوث الاشعاع
أي جسم يتكون من ذرات ، والتي بدورها تتكون من نوى موجبة الشحنة ، والإلكترونات ، والتي تشكل أغلفة إلكترونية حول النوى وتكون سالبة الشحنة. يتم ترتيب الذرات بطريقة يمكن أن تكون في حالات طاقة مختلفة ، أي أنه يمكن أن يكون لها طاقة أعلى وأقل. عندما يكون للذرة أقل طاقة ، يقال إنها حالتها الأساسية ، أي حالة طاقة أخرى للذرة تسمى متحمس.
يرجع وجود حالات طاقة مختلفة للذرة إلى حقيقة أن إلكتروناتها يمكن أن توجد عند مستويات طاقة معينة. عندما ينتقل الإلكترون من مستوى أعلى إلى مستوى أدنى ، تفقد الذرة الطاقة ، والتي تشع في الفضاء المحيط بها على شكل فوتون - جسيم حاملموجات كهرومغناطيسية. على العكس من ذلك ، فإن انتقال الإلكترون من مستوى أدنى إلى مستوى أعلى يكون مصحوبًا بامتصاص فوتون.
هناك عدة طرق لنقل إلكترون الذرة إلى مستوى طاقة أعلى ، والتي تتضمن نقل الطاقة. يمكن أن يكون هذا التأثير على ذرة الإشعاع الكهرومغناطيسي الخارجي ، ونقل الطاقة إليها بوسائل ميكانيكية أو كهربائية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للذرات استقبال الطاقة ثم إطلاقها من خلال التفاعلات الكيميائية.
الطيف الكهرومغناطيسي
قبل الانتقال إلى أمثلة الإشعاع في الفيزياء ، تجدر الإشارة إلى أن كل ذرة تصدر أجزاء معينة من الطاقة. يحدث هذا لأن الحالات التي يمكن أن يكون فيها الإلكترون في الذرة ليست اعتباطية ، ولكنها محددة بدقة. وبناءً على ذلك ، فإن الانتقال بين هذه الحالات يكون مصحوبًا بانبعاث كمية معينة من الطاقة.
من المعروف من الفيزياء الذرية أن الفوتونات المتولدة نتيجة للتحولات الإلكترونية في الذرة لها طاقة تتناسب طرديًا مع تردد التذبذب وتتناسب عكسًا مع الطول الموجي (الفوتون هو موجة كهرومغناطيسية تتميز حسب سرعة الانتشار والطول والتردد). نظرًا لأن ذرة مادة ما يمكنها فقط إصدار مجموعة معينة من الطاقات ، فهذا يعني أن الأطوال الموجية للفوتونات المنبعثة محددة أيضًا. مجموعة كل هذه الأطوال تسمى الطيف الكهرومغناطيسي.
إذا كان الطول الموجي للفوتونتقع بين 390 نانومتر و 750 نانومتر ، ثم يتحدثون عن الضوء المرئي ، حيث يمكن للشخص أن يدركه بأم عينيه ، إذا كان الطول الموجي أقل من 390 نانومتر ، فإن هذه الموجات الكهرومغناطيسية لها طاقة عالية وتسمى الأشعة فوق البنفسجية ، الأشعة السينية أو إشعاع جاما. للأطوال التي تزيد عن 750 نانومتر ، تكون طاقة الفوتون الصغيرة مميزة ، وتسمى الأشعة تحت الحمراء أو الدقيقة أو الإشعاع الراديوي.
الاشعاع الحراري للهيئات
أي جسم لديه درجة حرارة غير الصفر المطلق يشع طاقة ، في هذه الحالة نتحدث عن الإشعاع الحراري أو الحراري. في هذه الحالة ، تحدد درجة الحرارة كلاً من الطيف الكهرومغناطيسي للإشعاع الحراري وكمية الطاقة المنبعثة من الجسم. كلما ارتفعت درجة الحرارة ، زادت الطاقة التي يشعها الجسم في الفضاء المحيط ، وكلما زاد طيفه الكهرومغناطيسي ينتقل إلى منطقة التردد العالي. عمليات الإشعاع الحراري موصوفة بقوانين ستيفان بولتزمان ، بلانك وفين.
أمثلة للإشعاع في الحياة اليومية
كما ذكرنا سابقاً ، أي جسم يشع طاقة على شكل موجات كهرومغناطيسية ، ولكن هذه العملية لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة ، لأن درجات حرارة الأجسام المحيطة بنا عادة ما تكون منخفضة للغاية ، لذا فإن طيفها تقع في التردد المنخفض غير المرئي للمنطقة البشرية.
مثال صارخ للإشعاع في النطاق المرئي هو المصباح الكهربائي المتوهج. عند المرور في لولب ، يقوم التيار الكهربائي بتسخين خيوط التنغستن حتى 3000 كلفن ، تؤدي درجة الحرارة المرتفعة هذه إلى إصدار الفتيل موجات كهرومغناطيسية ، بحد أقصىالتي تقع في جزء الطول الموجي الطويل من الطيف المرئي.
مثال آخر للإشعاع في المنزل هو فرن الميكروويف ، الذي يصدر أفران ميكروويف غير مرئية للعين البشرية. تمتص هذه الموجات بواسطة أجسام تحتوي على الماء ، مما يزيد من طاقتها الحركية ، ونتيجة لذلك ، ترتفع درجة حرارتها.
أخيرًا ، أحد الأمثلة على الإشعاع في الحياة اليومية في نطاق الأشعة تحت الحمراء هو المبرد الخاص بالرادياتير. لا نرى إشعاعها بل نشعر بدفئها
كائنات مشعة طبيعية
لعل أبرز مثال على الإشعاع في الطبيعة هو نجمنا - الشمس. تبلغ درجة الحرارة على سطح الشمس حوالي 6000 كلفن ، لذا فإن أقصى إشعاع لها يقع عند طول موجي قدره 475 نانومتر ، أي أنها تقع ضمن الطيف المرئي.
تعمل الشمس على تدفئة الكواكب المحيطة بها والأقمار الصناعية ، والتي تبدأ أيضًا في التوهج. هنا من الضروري التمييز بين الضوء المنعكس والإشعاع الحراري. لذلك ، يمكن رؤية أرضنا من الفضاء على شكل كرة زرقاء على وجه التحديد بسبب انعكاس ضوء الشمس. إذا تحدثنا عن الإشعاع الحراري للكوكب ، فإنه يحدث أيضًا ، ولكنه يقع في منطقة طيف الميكروويف (حوالي 10 ميكرون).
إلى جانب الضوء المنعكس ، من المثير للاهتمام إعطاء مثال آخر للإشعاع في الطبيعة ، والذي يرتبط بالصراصير. لا يرتبط الضوء المرئي المنبعث منها بأي شكل من الأشكال بالإشعاع الحراري وهو نتيجة تفاعل كيميائي بين الأكسجين الجوي وسيفيرين (مادة موجودة في خلايا الحشرات). هذه الظاهرةاسم تلألؤ بيولوجي.
