الطاقة الشمسية الجزء السادس...بليز ادخل و شوف و الله موضوع علمي ممتاز

*السلام عليكم و رحمة الله تعالى و بركاته*

الأجسام انتقائية الامتصاص (Selective Obsorbing Bodies):

مع أنه لا يوجد في الطبيعة أجسام سوداء كاملة فيمكننا ال حد كبير زن نعد الشمس وألارض وكثير من الاشياء حولنا خاصة تلك الكتيمة للأشعة كأنها أجسام سوداء تنتطبق عليها قوانين الاشعاع المذكورة .

لكن بالمقابل يوجد الكثير من الأجسام حولنا بما فيها الغلاف الجوي لا تتصرف كأجسام سوداء لأنها لا تمتص أمواج الطاقة الإشعاعية الساقطة عليها كلها وإنما تمتص بعضها وتنفذ عبرها بعضاً منها وتعكس بعضها الآخر لذلك تعرف هذه الأجسام بأنها انتقائيى الامتصاص ويعد الزجاج مثالاً نموذجياً لها إذ أنه يعكس جزءاً من الأمواج الإشعاعية الساقطة عليه ويمتص بعضاً من الأشعة تحت الحمراء والاشعة فوق البنفسجية وينفذ طيف الأشعة المرئية كله ، وكذلك تفعل صفائح البلاستيك الشفافة وكل الأجسام الصلبة الملساء الشافافة والماء والسوائل جميعها والأبخرة والغازات ويعد الثلج مثالاً مثيراً لهذه الأجسام فلونه الأبيض الناصع يدل على قدرته على عكس أمواج إقليم الاشعة المرئية البيضاء كلها وقد لوحظ أن تعرض المفرط للأشعة المرئية المنعكسة من سطح الثلج تؤدي ال ما يعرف بالعمى الثلجي (Snow Bindess) المؤقت لذلك تنحصر قدرة الثلج في امتصاص أمواج الأشعة تحت الحمراء فقط وبالتالي فإنه مشع جيد لها.

ومن وجهة النظر المناخية يعد الغلاف الجوي أهم هذه الأجسام حيث تقوم بعض غازاته مثل الاوكسجين (O₂) والأوزون (O₃) وثاني أوكسيد الكربون (Co₂)وبخار الماء (H₂o) وثاني اكسيد النتروز (N₂o) وغيرها بدرو الماصات الانتقائية بكفاءة عالية لبعض الامواج الإشعاعية الشمسية والأرضية الشكل دون غيرها بينما في الوقت نفسه يسمح الغلاف الجوي بعبور أمواج طيف الأشعة المرئية وتهمل بعض عناصره الأخرى على عكس جزء كبير منها بعبور وذلك مما يؤثر عللا الطاقة الإشعاعية الشمسية الواصلة إلى سطح الأرض والأرضية وبالتالي على مجريات الطقس والمناخ وسنقوم فيما بعد بدراسة تأثير الغلاف الجوي في هذه الأمور بالتفصيل .

اذن يتضج لنا وفقاً لقانون كيركهوف إن هذه الأجسام قادرة على إشعاع أمواج الطاقة الإشعاعية التي امتصها ولا قدرة لها في اشعاع أمواج الطاقة الإشعاعية التي لم تمتصها بالإضافة إلى ذلك لا تشع أمواج الطاقة التي امتصها بكفاءة الأجسام السوداء (الجدول ) لذلك لا تعد هذه الأجسام أجساماً سوداء ولكن مع ذلك وخلال الاستخدامات العامة التي لاتقتضي دقة كبيرة يمكننا التعامل معها م حيث إشعاعها لأمواج الطاقة التي امتصتها عند درجة حرارتها كأنها أجسام سوداء إلى حد مقبول كما هو مبين في الجدول e:

الجدول : كعامل الإشعاعية لبعض الأجسام غير السوداء للأشعة
تحت الحمراء نسبة إلى ما تشعه الأجسام السوداء

الجسم	e	الجسم	e
جلد الإنسان	98%	الصحراء	90%-91%
الماء	95%	الأعشاب الطويلة	0.90
الثلج الجديد	82%-99.5%	الحقول والشجيرات	0.90
الجليد	0.96	الغابات المخروطية	0.90
الأسمنت	0.92	أوراق النباتات	0.90
الرمل الجاف	0.92		0.97-0.98

عن: Lockwood (1979) و Batton (1984)

ميزات الطاقة الإشعاعية الشمسية والأرضية:

باستخدام قوانين الإشعاع, يمكننا أن نحدد بعض الميزات الهامة لكل من الطاقة الإشعاعية الشمسية والأرضية, علماً بأن درجة حرارة سطح الشمس تعادل 5800 ك, ودرجة حرارة سطح الأرض تعادل 288 ك, فاستناداً لقانون وين للإزاحة:

2898

Tk

Max = λ

نلاحظ أن طول الأمواج الكهرومغناطيسية التي يشع عندها سطح الشمس معظم طاقته الإشعاعية تعادل 0.5 مايكرومتر (الشكل), لذلك فإنها تعرف بالطاقة الشمسية الإشعاعية قصيرة الأمواج (Solar Short Radiation), بينما تبلغ طول الأمواج الكهرومغناطيسية لبتي تشع عند سطح الأرض معظم طاقته الإشعاعية 10 مايكرومتر (الشكل), لذلك فإنها تعرف بالطاقة الأرضية الإشعاعية طويلة الأمواج (Terrestrial Longwave Radiation ).والحقيقة أن 99% من طيف أمواج الطاقة الإشعاعية الشمسية المحصورة بين 0.15-4 مايكرومتر, بينما يقع 99% من أمواج الطاقة الإشعاعية الأرضية بين 3-100 مايكرومتر, ضمن طيف الأشعة تحت الحمراء الطويلة الأمواج (8ب ص8, 5ص40,8ص24 ).

واستناداً إلى قانون وين الثاني:

T_k⁵×10^-14×1.8435= E_max

تبلغ الطاقة القصوى التي يشعها 1سم2من سطح الشمس حوالي 121×10 ³ لانجلي/د, بينما لا تزيد كمية الطاقة القصوى التي يشعها 1سم2 من سطح الأرض عن 0.03653 لانجلي/د. بذلك فإن ما تشعه واحدة المساحة من سطح الأرض عن طاقة إشعاعية قصوى أشد مما تشعه واحدة المساحة من سطح الأرض من طاقة إشعاعية قصوى أشد مما تشعه واحدة المساحة من سطح الأرض من طاقة إشعاعية قصوى بحوالي 3.313×10 ³ مرة.

ووفقاً لقانون ستيفان بولتزمان:

T_k⁴× 10× E= 80123

فإن مجموع ما يشعه 1سم2 من سطح الأرض, الذي يشع 0.56 لانجلي/د.

وأخيراً,لا بد من ملاحظة أن الطاقة الإشعاعية الشمسية تصدر من سطح الشمس منطلقة عبر الفضاء داخلة إلى سطح الأرض عبر الغلاف الجوي ، لذلك عادة ما تعرف بـ ( الاشعة الشمسية الداحلة Income Solar Radiation) وبما أن سطح الأرض والاجسام التي عليه تتعرض لهذه الأشعة وتمتصها أي تستشعها أو بكلمة أخرى تتشمش بها لذلك تعرض هذه الأشعة الشمسية الداخلة بالتشمس (Insolation) أيضا وهذه التسمية مشتقة من عبارة (Income Solar Radiation) واختصارا لها وفيما يلي من هذه الطاقة الإشعاعية الأرضية تنطلق من سطحها عابرة غلافها الجوي إلى الفضاء الخارجي لذلك تعرف بالأشعة الأرضية الخارجة (Outgoing Trrestrial Radiation) أو العائدة (Terrestrial Back Radiation ) .

تأثيرات الغلاف الجوي كجسم انتقائي الامتصاص للطاقة الإشعاعية :

من وجهة النظر المناخية يعد الغلاف الجوي أهم الأجسام انتقائية الامتصاص للطاقة الإشعاعية الشمسية و الأرضية إذ تقوم بعض غازاته كما هو مبين في الشكل / / بدور الماصات الانتقائية بكفاءة عالية ففي طبقات الجو العالية ( حوالي 90كم) تقوم جويئات الاكسجين (O₂) بامتصاص الأشعة فوق البنفسجية المتطرفة و البعيدة التي تتراوح أطوال أمواجها بين 10 – 100 نم وتقوم جزيئات الأوكسجين (O₃) عند ارتفاع يتراوح بين 10 – 55 كم بامتصاص زمواج الأشعة فوق البنفسجية البعيدة والقريبة المحصورة بين 200 – 320نم وبعض أمواج الأشعة تحت الحمراء يناهز طولها 960نم .

وعند الاتفاعات التي تقل عن 10كم تقوم جزيئات بخار الماء (H₂O) بامتصاص معظم أمواج إقليم الأشعة تحت الحمراء الأرضية بين 000 1 – 000 8 والتي تزيد عن 000 12 نم أيضاً كما تقوم جزيئات ثاني أوكسيد الكربون (Co₂) بامتصاص أمواج هذه الأشعة عند 000 4 نم وبين 000 13 – 000 17 نم وتقوم جزيئات الميثان (CH4) بامتصاص عند 2500نم و 7000نم جزيئات النتروز (NO2) عند 400 نم و 7000 نم لذلك يمكننا أن ندع هذه الغازات بـ " الغازات الحرارية " ولا تستطيع هذه الغازات امتصاص أمواج الأشعة الأرضية تحت الحمراء المحصورة بين 8000-14000 نم والى حد ما بين 4000-6000نم وبين 17000-21000 نم ( الشكل ) فتنطلق هذه الأمواج عابرة الغلاف الجوي إلى الفضاء الخارجي لذلك فإنها تدعى نوافذ الغلاف الجوي (Atmospheric Windows) .

» الطاقة الشمسية الجزء الثامن...جد علمي...
» الطاقة الشمسية الجزء الثالث...
» الطاقة الشمسية الجزء الرابع ... ثقف نفسك معي ...
» الطاقة الشمسية...
» مكــــــــــانة المرأة في الإسلام ... الجزء السادس 6 ...