حاسبة الحرارة المشعة

انتقال الحرارة الإشعاعية مفهوم أساسي في الديناميكا الحرارية والفيزياء، يتعامل مع الطاقة المنبعثة من جسم ما بسبب درجة حرارته. وهو أمر بالغ الأهمية في العديد من المجالات، من تصميم المباني الموفرة للطاقة إلى دراسة الظواهر الكونية.

الخلفية التاريخية

تطور فهم انتقال الحرارة الإشعاعية بشكل كبير مع تطور الديناميكا الحرارية في القرن التاسع عشر. وقد تم وضع قانون ستيفان-بولتزمان، وهو أمر بالغ الأهمية لحساب الحرارة الإشعاعية، في أواخر القرن التاسع عشر، مما يوفر علاقة كمية بين درجة حرارة الجسم والطاقة التي يصدرها.

صيغة الحساب

تُشتق صيغة حساب الحرارة الإشعاعية (RH) من قانون ستيفان-بولتزمان:

\[ RH = \sigma \times T^4 \times A \]

حيث:

• \(RH\) هي الحرارة الإشعاعية بالواط (\(W\))،
• \(\sigma\) هو ثابت ستيفان-بولتزمان (\(5.6703 \times 10^{-8} W/m^2K^4\))،
• \(T\) هي درجة الحرارة المطلقة بالكلفن (\(K\))،
• \(A\) هي مساحة الجسم المُشع بالمتر المربع (\(m^2\)).

مثال على الحساب

بالنسبة لجسم مُشع بمساحة \(2 m^2\) ودرجة حرارة مطلقة مقدارها \(300 K\):

\[ RH = 5.6703 \times 10^{-8} \times 300^4 \times 2 \approx 459.3 \text{ W} \]

الأهمية وسيناريوهات الاستخدام

يُعد فهم الحرارة الإشعاعية ضروريًا للتطبيقات التي تتراوح من العمليات الصناعية، مثل الأفران والغلايات، إلى علوم البيئة والهندسة، خاصة في تصميم المباني والعزل الحراري.

الأسئلة الشائعة

1. ما هو ثابت ستيفان-بولتزمان؟

   • هو ثابت فيزيائي يُشير إلى التناسب بين إجمالي الطاقة المُشعّة لكل وحدة مساحة سطح جسم أسود في وحدة زمن والأس الرابع لدرجة الحرارة الديناميكية الحرارية للجسم الأسود.

2. كيف تؤثر المساحة على الحرارة الإشعاعية؟

   • كلما زادت مساحة الجسم المُشع، زادت الطاقة التي يصدرها على شكل حرارة إشعاعية، بافتراض ثبات جميع العوامل الأخرى.

3. هل يمكن استخدام الحرارة الإشعاعية لأغراض التدفئة؟

   • نعم، تستخدم أنظمة التدفئة الإشعاعية هذا المبدأ لتدفئة المساحات عن طريق إشعاع الحرارة من عنصر دافئ، مثل الأرضية أو الجدار أو اللوحة العلوية.

يوفر هذا الحاسبة طريقة سهلة لتقدير الحرارة الإشعاعية من الأجسام، مما يُبسّط الحسابات المعقدة للاستخدام التعليمي والمهني.