فيديو السؤال: الإشعاع الحراري الفيزياء

نسخة الفيديو النصية

يدور كوكب حول نجم ويمتص الأشعة تحت الحمراء المنبعثة منه. متوسط قدرة الأشعة تحت الحمراء على سطح الكوكب 450 وات لكل متر مربع. ومتوسط درجة حرارة سطح هذا الكوكب ثابت عند 33 درجة سلزية. مساحة سطح الكوكب الكلية خمسة في 10 أس 12 متر مربع. كم وات من الأشعة تحت الحمراء يبعثها الكوكب؟

لنفترض أن هذا هو النجم، وهذا هو الكوكب الذي يدور حول النجم. يبعث النجم ضوءًا وحرارة. وهذه الحرارة هي الأشعة تحت الحمراء. أثناء دوران الكوكب حول النجم، يمتص الكوكب بعضًا من هذه الأشعة تحت الحمراء. ويبلغ متوسط القدرة لكل وحدة مساحة من هذا الامتصاص 450 وات لكل متر مربع. وهذا يعني أننا إذا فكرنا في مساحة الكوكب الكلية، فإن كل متر مربع من هذه المساحة يستقبل 450 وات من الأشعة تحت الحمراء في المتوسط. ومرة أخرى، نحن نحسب متوسط هذا العدد على الكوكب بأكمله، على الرغم من أن جانبًا واحدًا فقط هو الذي يستقبل الأشعة تحت الحمراء عند أي لحظة؛ وهو الجانب الذي يواجه النجم.

بوجه عام، عندما يمتص جسم ما أشعة تحت حمراء، فإنه يبعثها أيضًا أو يطلق بعضًا منها. وهذا ما يفعله الكوكب هنا، ما يعني أن لدينا عاملين يؤثران على درجة حرارة الكوكب. أحد هذين العاملين هو الأشعة تحت الحمراء التي يمتصها من النجم، والآخر هو الأشعة تحت الحمراء التي يبعثها أو يطلقها. ويمكننا القول إن الكوكب عندما يمتص أشعة تحت حمراء، فإنه يكتسب طاقة أيضًا. وعندما تنبعث منه أشعة تحت حمراء، فإنه يفقد طاقة.

لقد علمنا أمرًا مثيرًا للاهتمام عن هذا الكوكب من نص السؤال. فقد علمنا أن متوسط درجة حرارة سطح الكوكب ثابت عند 33 درجة سلزية. إن قيمة درجة الحرارة ليست بنفس مقدار أهمية كونها ثابتة. فهذا يخبرنا بأن المعدل الذي يمتص به الكوكب الطاقة يساوي المعدل الذي يبعثها به.

لاحظ أن هذا الكوكب لا يمكن أن يمتص طاقة أو يبعثها إلا من خلال استقبال الأشعة تحت الحمراء أو إطلاقها. أما إذا كان هذان العاملان؛ معدل الطاقة الممتصة ومعدل الطاقة المنبعثة، غير متساويين، فإن درجة حرارة الكوكب كانت سترتفع أو ستنخفض. لكنها ليست كذلك، فهي تظل ثابتة. وهذا يعني أنه في المتوسط، يمتص الكوكب 450 وات لكل متر مربع من الأشعة تحت الحمراء، كما أنه يبعث 450 وات لكل متر مربع، ومرة أخرى في المتوسط.

وهكذا، نحن مستعدون للإجابة عن السؤال. كم وات من الأشعة تحت الحمراء يبعثها الكوكب؟ رأينا أن ثبوت درجة حرارة الكوكب يعني أن كل متر مربع في المتوسط يمتص 450 وات من القدرة، وكل متر مربع في المتوسط يبعث هذا المقدار نفسه؛ أي 450 وات. علمنا من السؤال أن كل متر مربع من المساحة على الكوكب يبعث 450 وات. ومن ثم، إذا أردنا أن نعرف ببساطة كم وات من القدرة يبعثها الكوكب، يمكننا ضرب متوسط القدرة المنبعثة هذه لكل متر مربع في المساحة الكلية للكوكب.

يمكننا ملاحظة أنه إذا كانت هذه المساحة بالمتر المربع، فستحذف وحدة المتر المربع في عملية الضرب. وستتبقى لدينا القدرة بوحدة الوات. وبالفعل، نعلم مساحة السطح الكلية لهذا الكوكب، وهي خمسة في 10 أس 12 متر مربع. وكما ذكرنا، عند ضرب هذين العددين معًا، تحذف وحدة المتر المربع. ويتبقى لدينا وحدة الوات فقط. العدد الذي نحسبه هو 2.25 في 10 أس 15 وات. وهذه هي إجابة السؤال: كم وات من الأشعة تحت الحمراء يبعثها الكوكب؟