تابش: سفر انرژی خورشید به زمین
تابش چیست و چگونه کار می‌کند؟
تابش را می‌توان به ارسال امواج رادیویی تشبیه کرد. همان‌طور که یک ایستگاه رادیویی امواجی را ارسال می‌کند و شما بدون اینکه سیمی وجود داشته باشد، آن را توسط رادیوی خود دریافت می‌کنید، انرژی گرمایی نیز می‌تواند از طریق امواج نامرئی به نام امواج الکترومغناطیسی۲ حرکت کند. این امواج می‌توانند در خلاء۵ (فضای خالی از هوا) نیز سفر کنند، به همین دلیل است که گرمای خورشید می‌تواند از فضا عبور کرده و به زمین برسد.
همه اجسام، از یخچال خانه شما گرفته تا خود شما، در حال تابش انرژی هستند. اما مقدار این انرژی به دمای جسم بستگی دارد. اجسام گرم‌تر، انرژی بیشتری تابش می‌کنند. این انرژی تابش شده وقتی به جسم دیگری برخورد کند، می‌تواند دوباره به گرما تبدیل شود. به این فرآیند جذب۶ می‌گویند.
مقایسه سه روش انتقال گرما
برای درک بهتر تابش، مفید است که آن را با دو روش دیگر انتقال گرما مقایسه کنیم. جدول زیر تفاوت‌های کلیدی این سه روش را نشان می‌دهد.
| روش انتقال گرما | نیاز به محیط مادی | چگونگی انتقال | مثال ملموس |
|---|---|---|---|
| تابش۱ | خیر | از طریق امواج الکترومغناطیسی | گرمای خورشید، گرمای آتش از فاصله |
| هدایت۳ | بله (جامدات بهترند) | برخورد ذرات و انتقال انرژی | داغ شدن دسته قاشق فلزی در ظرف غذا |
| هم‌رفتی۴ | بله (مایعات و گازها) | حرکت توده‌های سیال گرم و سرد | جریان هوا در اتاق، گرم شدن آب در کتری |
رنگ‌ها چه نقشی در تابش دارند؟
شاید برای شما هم پیش آمده باشد که در یک روز تابستانی، با کفش تیره روی آسفالت داغ راه رفته باشید و حس کرده باشید کف پایتان می‌سوزد! این اتفاق به دلیل ویژگی جذب و تابش انرژی توسط رنگ‌های مختلف است.
اجسام با رنگ تیره (مشکی، قرمز تیره، آبی تیره) انرژی تابشی را بسیار خوب جذب می‌کنند و همچنین آن را به خوبی تابش می‌دهند. برعکس، اجسام با رنگ روشن (سفید، نقرهای) انرژی تابشی را ضعیف جذب می‌کنند و بیشتر آن را بازمی‌تابانند۷. به همین دلیل است که:
- در تابستان پوشیدن لباس‌های روشن خنک‌تر است.
- رادیاتورهای خانه اغلب رنگ روشن دارند تا گرمای کمتری از خود ساطع کنند و انرژی ذخیره شود.
- کوله‌پشتی یا صندلی مشکی رنگ داخل ماشین در آفتاب، بسیار داغ می‌شود.
تابش در خدمت زندگی و فناوری
تابش فقط به گرمای خورشید محدود نمی‌شود. این پدیده در بسیاری از وسایل و پدیده‌های اطراف ما نقش اساسی دارد.
یکی از جالب‌ترین کاربردها، ترموگراف۸ یا دوربین‌های تصویربرداری حرارتی است. این دوربین‌ها می‌توانند انرژی تابشی اجسام (حتی در تاریکی مطلق) را تشخیص دهند و یک نقشه رنگی از دماهای مختلف بسازند. از این فناوری برای پیدا کردن افراد در آتش‌سوزی‌ها، تشخیص نقاط داغ در وسایل الکترونیکی و حتی در پزشکی استفاده می‌شود.
اجاق‌های خورشیدی نمونه دیگری از استفاده عملی از تابش هستند. این اجاق‌ها با استفاده از یک آینه منحنی بزرگ، پرتوهای خورشید را در یک نقطه متمرکز می‌کنند. انرژی متمرکز شده، آنقدر دما را بالا می‌برد که می‌تواند برای پخت‌وپز استفاده شود. این یک راه پاک و رایگان برای استفاده از انرژی خورشید است.
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
پاورقی
۱ تابش (Radiation): انتقال انرژی به صورت امواج یا ذرات.
۲ امواج الکترومغناطیسی (Electromagnetic Waves): امواجی که از میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی تشکیل شده‌اند و می‌توانند در خلا حرکت کنند؛ مانند نور مرئی، امواج رادیویی و مادون قرمز.
۳ هدایت (Conduction): انتقال گرما از طریق تماس مستقیم ذرات یک ماده، بدون جابجایی خود ماده.
۴ هم‌رفتی (Convection): انتقال گرما از طریق حرکت سیالات (مایعات یا گازها).
۵ خلا (Vacuum): فضای عاری از ماده.
۶ جذب (Absorption): گرفتن انرژی تابشی توسط یک ماده و تبدیل آن به شکل دیگری از انرژی (معمولاً گرما).
۷ بازتاباندن (Reflection): برگرداندن انرژی تابشی از سطح یک جسم بدون جذب آن.
۸ ترموگراف (Thermograph): وسیله‌ای که تصویری از توزیع دما بر اساس تابش مادون قرمز ایجاد می‌کند.
۹ مادون قرمز (Infrared): بخشی از طیف الکترومغناطیسی که انرژی آن به صورت گرما حس می‌شود.
