تدقيق لغوي: أ. موانا دبس

موقع الإشعاع الحراري من الطيف الكهرطيسي

يمتدُّ الإشعاع الكهرطيسي الحراري أو الإشعاع تحت الأحمر (كما يسمّى أحياناً) ضمن مجال طول موجي من 1mm إلى 750nm، ويمكن تقسيمه إلى ثلاثة أجزاء، هي: ^[1]

1- المجال تحت الأحمر البعيد

يمتدُّ ضمن مجال طول موجي من 1mm حتى 10µm. ويتمُّ امتصاص هذا الإشعاع ضمن الحركات الجزيئيّة في السوائل والفونونات ضمن الأجسام الصلبة، وضمنَ بخار الماء في الغلاف الجوي الأرضي، الأمر الذي يجعل الغلاف الجوي عاتماً بالنسبة له.

2- المجال تحت الأحمر المتوسط

يمتدُّ ضمن مجال طولٍ موجي من 10µm حتى 2.5µm. ويُمكن للأجسام الساخنة أن تصدر هذا الإشعاع، كما يصدر جسم الإنسان هذا الإشعاع في الدرجات العادية من الحرارة، ويتمُّ امتصاص هذا المجال من قبل الاهتزازات الجزيئيّة للذرات.

3- المجال تحت الأحمر القريب

يمتدُّ ضمن مجال طولٍ موجي من 2500nm حتى 750nm. ويُمكن الكشف عن تواترات هذا المجال ببعض أنواع أفلام التصوير الضوئي، وتصدر الغازات والأجسام الصلبة، عندما تُسخَّن إلى بضعة آلاف الدرجات، هذهِ الإشعاعات الكهرطيسية، وتكون ناتجةً عن الاهتزازات الحرارية لجزيئاتها.

الجسم الأسود

نقول عن جسم أنَّه جسم أسود إذا كان بإمكانه امتصاص الإشعاعات التي لها أطوال موجية مُختلفة، بمعنى أنَّ معامل امتصاصه يساوي الواحد. من أجل تصميم جسمٍ أسود مخبري نأخذ وعاء أُحدث في سطحه الجانبي ثقب صغير، والوعاء موجود عندَ درجة حرارة ثابتة، ومن الداخل طُلي باللون الأسود، فعندما يدخل شعاع يعاني انعكاساتٍ متتالية، ويُمتص قبل أن تتاح له فرصة الخروج.

كما يُمكن تحقيق الأجسام السوداء مخبرياً باستخدام أجسام صلبة متوهجة محمولة إلى درجات حرارية مرتفعة (300 K) وبنياتها معقدة نوعاً ما، ومصباح التنغستين هو مثال تقريبي لها، ولشدة إشعاع الجسم الأسود (مقدار الطاقة الصادرة عن واحدة السطح من جسم أسود في واحدة الطول الموجي في واحدة الزمن) تابع عام يُدعى تابع توزُّع إشعاع الجسم الأسود. ^{[2] [3]}

آليات فقدان الحرارة

تنتقل الحرارة من نقطةٍ ذات درجة حرارةٍ مرتفعة إلى نقطةٍ أخرى ذات درجة حرارةٍ منخفضة بواحدة أو أكثر من طرق ثلاث، هي: ^[4]

1- الحمل

وفيه ينتقل الجسم الساخن بنفسه حاملاً حرارته معهُ من النقطة الأعلى درجة حرارة إلى النقطة الأقل، وتكون هذهِ الوسيلة لانتقال الحرارة موجودةً في الأجسام الغازية والسائلة فقط، وانتقال الحرارة بطريقة الحمل يتمُّ بطريقةٍ آليّة، وفي الاتجاه الرأسي إلى أعلى، وعندما نستعين بمؤثِّرٍ خارجي.

فإنَّ الحمل في هذهِ الحالة يُسمى حملاً قسرياً، وتكون تيارات الحمل هي المسؤولة عن فقدان الحرارة من الأجسام الساخنة بفعل التبريد. ولتيارات الحمل تطبيقات كثيرة في الحياة العملية، إذ يستفاد منها في أعمال التدفئة، وتزويد المنازل والمنشآت بالمياه الساخنة، وعمليات تكييف الهواء، كما أنَّ الحمل هو المسؤول عن ظاهرة نسيم البر والبحر.

2- النقل

وفيهِ تنتقل الحرارة من نقطة في الجسم ذات درجة حرارة مرتفعة إلى أخرى ذات درجة حرارة منخفضة دون أن تعاني انتقال لأجزاء الجسم، ويُفسَّر التوصيل الحراري بأنَّ جزيئات الجسم عندَ النقطة ذات درجة الحرارة المرتفعة تكون ذات طاقةٍ حركيةٍ كبيرة.

أمّا جزيئات الجسم عندَ النقطة ذات درجة الحرارة المنخفضة تكون ذات طاقةٍ حركية صغيرة، فبفعل تصادم جزيئات المنطقتين بعضهما مع بعض تنخفض طاقة الأولى، وتزداد طاقة الثانية، وينشأ عن هذا انخفاض درجة حرارة الأولى وارتفاع درجة حرارة الثانية إلى أن تتساوى الدرجتان، ويتمُّ التوصيل الحراري في الأجسام الصلبة والسائلة والغازية.

3- الإشعاع

كما نعلم أنَّ أي جسمٍ ساخن لدرجةٍ كافية يصدر إشعاعاً مرئياً، أي أنَّ هنالك علاقة وثيقة بين الحرارة والإشعاع، كون أي جسم مُسخَّن حتى الابيضاض تكون درجة حرارته أعلى من جسم مسخن حتى الاحمرار. كما وتنتقل الحرارة عن طريق الإشعاع من الجسم الساخن إلى الجسم البارد دون حركة ظاهرة للجسمين المعنيين.

ويُفسَّر هذا بأنَّه عندَ الجسم الساخن تتحوَّل الحرارة إلى نوعٍ من الموجات الكهرطيسية تُعرف بالموجة الحرارية أو موجات الأشعة تحت الأحمر، وتقطع هذِه الموجات المسافة بين الجسمين المعنيين بسرعةٍ تساوي سرعة الضوء، وعند امتصاصها بواسطة الجسم البارد تتحوَّل إلى حرارة مرَّة أخرى، فترتفع درجة حرارة الجسم.

تنتقل الحرارة بالإشعاع خلال الأجسام الصلبة والسائلة والغازية، إضافةً لقدرتها على الانتقال خلال الفراغ، وينتقل الإشعاع الحراري بشكل خطوطٍ مستقيمة، ويخضع لقانون التربيع العكسي ولقوانين الانعكاس والانكسار.

أجهزة الكشف عن الإشعاع الحراري

يُمكن الكشف عن الإشعاع الحراري تحت الأحمر الصادر عن جسمٍ ما بقياس درجة حرارة سطحه، إذ أنَّ التغيرات في درجة حرارة السطح تعكس الاختلافات في تدفق الدم ضمن النُّسج تحت الجلد، وتَحمل معلوماتٍ تشخيصية. من الاستخدامات التجريبية للتصوير الحراري تحديد موقع الحبل السري، والكشف عن الخثرات الوريدية، وتحديد مواقعها، والكشف عن الشريان السباتي أحادي الجانب.

وتكشف المصورات الحرارية الإشعاع في المجال تحت الأحمر، وتولِّد صوراً تُدعى المخططات الحرارية، ولما كانت جميع الأجسام تصدر فوق درجة الصفر المطلق الإشعاع تحت الأحمر، لذا فإنَّ التصوير الحراري يجعل المرء قادراً على رؤية بيئته بوجود إنارةٍ مرئية أو من دونها.

وبما أنَّ مقدار الإشعاع الذي يصدره جسم معين يزداد مع ارتفاع درجة حرارته، لذا فإنَّ التصوير الحراري يَسمح برؤية التغيرات في درجة الحرارة، فعندما ترى الأجسام الحارة من خلال مصورة حرارية، فإنها تبرز بوضوحٍ مقابل الخلفيات الأكثر برودة، فيصبح البشر والحيوانات مرئيان بسهولةٍ في بيئتهما المحيطة.

نظراً لأهمية التصوير الحراري بالإشعاع تحت الأحمر (Infrared Thermography (IRT))، فإنَّ استخدامه يتزايد بشكلٍ كبير، حيثُ يستخدم عمال المطافئ التصوير الحراري للرؤية من خلال الدخان، ولإيجاد الأفراد، ولتحديد مقر النار المشتعلة، كما يمكن استخدامه للوقاية من حرائق الغابات، ولمراقبة الجودة، ومراقبة التغيرات البيئية الطبيعية المفاجئة، مثل: الانفجارات البركانية، والانهيارات الأرضية، وغيرها الكثير من التطبيقات الصناعية، والتجارية، والعسكرية. ^{[5] [6]}