الأشعة تحت الحمراء – أي الأسطح أفضل انبعاثًا وامتصاصًا
العلومالطاقة13–14 سنةمختبر افتراضي
جارٍ التحميل…
سجّل الدخول للتشغيلالتجربة أ: مكعب ليسلي مملوء بماء ساخن، أوجهه سوداء غير لامعة وبيضاء غير لامعة وفضية باهتة وفضية لامعة. وجّه كل وجه نحو كاشف للأشعة تحت الحمراء على مسافة ثابتة، وصفّر الكاشف، وسجّل القراءات في جدول وقارن بينها في مخطط أعمدة بينما يبرد الماء ببطء. التجربة ب: صفيحة سوداء غير لامعة وصفيحة فضية لامعة على البعد نفسه من مدفأة، وعلى ظهر كل منهما دبوس مثبت بالشمع؛ قِس الزمن الذي يستغرقه كل دبوس حتى يسقط، وتابع التمثيل البياني لدرجة حرارة الصفيحتين. وتشرح قائمة تحقق للاختبار العادل واستنتاج تلقائي وملاحظة لماذا يبعث الطلاء الأبيض الأشعة تحت الحمراء بقدر يقارب الطلاء الأسود.
الدرس: الإشعاع الحراري: انبعاث الأشعة تحت الحمراء وامتصاصها بأسطح مختلفة (مكعب ليسلي)
ماذا تعرض
تبعث الأجسام كلها أشعة تحت حمراء، وكلما كان الجسم أسخن زاد ما يبعثه. وتتوقف كمية ما يبعثه السطح عند درجة حرارة معينة على انبعاثيته: فالأسطح السوداء غير اللامعة قريبة من الباعث المثالي، أما المعدن اللامع فيبعث قليلًا جدًا لأنه يعكس الأشعة تحت الحمراء. والسطح الجيد الامتصاص جيد الانبعاث أيضًا. وفي هذا النموذج تتناسب قراءة الكاشف مع ε(T⁴ − T_room⁴) وتقل مع المسافة. يبدو الطلاء الأبيض مختلفًا جدًا عن الطلاء الأسود، لكنه عند الأطوال الموجية تحت الحمراء التي يبعثها الماء الدافئ (نحو 10 µm) يسلك سلوك سطح أسود تقريبًا.
طريقة الاستخدام
في «أ. الانبعاث – مكعب ليسلي» اختر وجهًا («أسود غير لامع» أو «أبيض غير لامع» أو «فضي باهت» أو «فضي لامع»)، واضغط «تصفير الكاشف»، وانتظر حتى تثبت القراءة ثم اضغط «تسجيل النتيجة». ويقوم «قياس تلقائي للأوجه الأربعة» بذلك عنك. استخدم «تجديد الماء الساخن» إذا برد الماء. وفي «ب. الامتصاص – الدبابيس والشمع» اضغط «تشغيل المدفأة» ولاحظ أي دبوس يسقط أولًا؛ غيّر «المدفأة» و«بعد الصفيحة عن المدفأة» ثم اضغط «تجربة جديدة».
المعاملات القابلة للتغيير
- التجربة أ. الانبعاث – مكعب ليسلي, ب. الامتصاص – الدبابيس والشمع
- الوجه المقابل للكاشف أسود غير لامع, أبيض غير لامع, فضي باهت, فضي لامع
- درجة حرارة الماء الساخن 40–90 °C
- مسافة الكاشف 5–30 cm
- درجة حرارة الغرفة 15–30 °C
- قدرة المدفأة 500–2000 W
- بعد الصفيحة عن المدفأة 4–15 cm
أسئلة للاستكشاف
- لماذا يجب أن تبقى مسافة الكاشف ودرجة حرارة الماء ثابتتين عند مقارنة الأوجه؟
- لماذا يبعث الوجه الأبيض غير اللامع من الأشعة تحت الحمراء ما يقارب الوجه الأسود غير اللامع؟
- لماذا يسقط الدبوس عن الصفيحة السوداء غير اللامعة قبل الدبوس عن الصفيحة الفضية اللامعة؟
