نبذة تعريفية عن الأشعة تحت الحمراء

2011 تجارب علمية الحرارة والطاقة

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الأشعة تحت الحمراء الفيزياء

تطلق جميع الأجسام الساخنة طاقة على هيئة أشعة تحت حمراء.

إن نصف الطاقة التي تنتقل من الشمس إلى الأرض هي عبارة عن إشعاعات تحت حمراء. وهذه الأشعة غير مرئية، غير أننا نستطيع أن نشعر بها على جلودنا ونستخدمها في طهي الطعام.

عندما تتحرك الذرّات الموجودة داخل الأجسام فإنها تصدر طاقة على شكل موجات. وتتكون هذه الموجات من مجالات كهربائية ومغناطيسية تتبدل بصورة دائمة. تسمى هذه الطاقة "الأشعة الكهرطيسية" (المغناطيسية – الكهربائية).

 

وتستطيع الأشعة الكهرطيسية الانتقال عبر معظم الأجسام الصلبة والسوائل الغازات، كما تستطيع الانتقال عبر الخواء (الفراغ) الفضائي، حيث لا توجد أي ذرّات تقريباً.

وهذه هي الطريقة التي ينتقل بواسطتها الضوء إلى الأرض عبر الفضاء من الشمس على شكل موجات من الأشعة الكهرطيسية.

وهناك أشكال متعددة للأشعة الكهرطيسية، ولكلٍ منها طول موجي مختلف (المسافة بين قمتين متتاليتين).

 

ويشكل الضوء المرئي أحد أشكال الأشعة الكهرطيسية. تصدر الأشعة المرئية عن الأجسام الحارة لدرجة التوهج، كالشمس أو الأسلاك الرفيعة في مصابيح التوهج الكهربائية.

وربما تكون على اطلاع حول أشكال الأطوال الموجية المختلفة للضوء المرئي – التي تشكل مختلف ألوان قوس قزح، لكن معظم الموجات الكهرطيسية غير مرئية.

وإذا وقفت أمام نار مكشوفة ستشعر بدفء ينبعث من نوع آخر من الأشعة الكهرطيسية؛ إنها الأشعة تحت الحمراء.

 

الأشعة المنبعثة من الشمس

إن الأشعة تحت الحمراء لها طول موجي أكبر من الطول الموجي للضوء، وهي أطول بقليل من الجزء الأحمر من الضوء المرئي، ومن هنا جاءت التسمية "تحت الحمراء".

إن نصف طاقة الشمس التي تصل إلينا تأتي على شكل أشعة تحت حمراء، أما بقية الطاقة التي تنبعث من الشمس فتصلنا على شكل ضوء مرئي وأشعة فوق بنفسجية ذات طول موجي أقصر.

ويحوي الضوء المرئي والضوء فوق البنفسجي كميات كافية من الطاقة لتغيير الطريقة التي تتحرك من خلالها الجسيمات داخل الجزيئات وتحدث بذلك التفاعلات الكيميائية.

 

قد يُصاب المرء بحروق إذا اقترب كثيراً من الأشعة تحت الحمراء، غير أن الحروق التي تسببها الشمس ترجع عادةً إلى تأثيرات الأشعة فوق البنفسجية والتغيرات الكيميائية التي تلحقها بالجلد.

يستطيع الضوء فوق البنفسجي أن يخترق الغيوم، لذا من السهل أن يصاب الإنسان بحروق الشمس في يومٍ غائم، إذ يُصاب جلدك بحروق بفعل الأشعة فوق البنفسجية.

وكما هو الحال بالنسبة للضوء المرئي فإن الأشعة تحت الحمراء تنعكس بواسطة المرايا والأجسام ذات الألوان الباهتة كالثلج، وتمتصها الأجسام السوداء.

 

وعند امتصاص الأشعة تحت الحمراء فإنها تجعل الذرّات تهتز على نحو أسرع ما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة.

ومن الأمثلة الشائعة التي تدل على الأشعة تحت الحمراء هي الحرارة التي تشعر بها عندما تقف بمحاذاة نار مشتعلة أو مدفأة كهربائية، وكذلك الحرارة التي تنبعث من ألواح الآجر داخل المدفأة بعد انطفاء نارها، كما يمكنك أن تشعر بهذه الأشعة من الحرارة المنبعثة من الرصيف بعد غروب الشمس في يوم حار.

إن الحرارة الصادرة عن الشمس على شكل أشعة تحت حمراء يمكن استغلالها بطرق عديدة، إذ يمكن استخدام الطاقة الحرارية في طهي الطعام والتدفئة أو تحويلها إلى طاقة كهربائية.

 

ولعلك شاهدت ألواح الخلايا الشمسية في أعلى المباني أو المنازل، حيث تقوم هذه الألواح بالتقاط الأشعة تحت الحمراء المنبعثة من الشمس وتحويلها إلى طاقة كهربائية تستعمل في شحن البطاريات.

وتستخدم هذه البطاريات في الإنارة وتشغيل الأدوات الكهربائية، بل وفي تشغيل السيارات الكهربائية أيضاً. وتستخدم الطاقة الشمسية في بعض المناطق الصحراوية في تسخين المياه التي تستخدم بدورها في تشغيل المولدات الكهربائية.

ستصنع في هذا النشاط فرناً يعتمد على الطاقة الحرارية التي تنبعث من الشمس وتستخدمه في تحميص حلوى "المارشملو" (حلوى الخِطْمِي التي تعد من سكّر وهلام وزلال البيض).

 

حرارة استثنائية

إن عدداً كبيراً من سكان العالم محرمون من الكهرباء أو الحطب أو الغاز الطبيعي بما يكفي لإشعال النار من أجل طهي طعامهم.

وإذا كان هؤلاء الناس يعيشون في مناطق شديدة الحرارة فإنهم يستطيعون استخدام الطاقة الشمسية لطهي طعامهم، إذ يمكن عكس أشعة الشمس وتركيزها لتصبح أقوى وأكثر حرارة.

 

وهذا الراهب في هضبة التبت يستخدم فرناً يستمد حرارته من الطاقة الشمسية. يتألف هذا الفرن الشمسي من سطح مقوس عاكس لأشعة الشمس، حيث يقوم بتركيز الأشعة على آنية لطهي الطعام، لينتج درجة حرارة عالية.

إن الطاقة الشمسية الموجودة في ضوء الشمس تنعكس وتتركز بالطريقة نفسها التي ينعكس ويركز فيها الضوء المرئي. وتستطيع صنع مدفأة شمسية تعمل بالطريقة ذاتها في النشاط الوارد في الصفحات التالية.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]