الوحدة الأولى: قياس درجة الحرارةMeasurement of Temperature

الخلط بين المصطلحين خطأ شائع. قطرة الماء الساخن التي تسقط على ذراعك لها درجة الحرارة نفسها التي للماء في الفنجان، لأنهما من الغلاية نفسها، لكن أثر الفنجان كله على ذراعك أكبر بكثير، لأن الطاقة الداخلية في الفنجان أكبر.

حاسة اللمس ليست أداة تقدير جيدة لدرجة الحرارة: إذا لمست المقبض المعدني لباب خشبي بيد، والخشب باليد الأخرى، ستشعر أن المعدن أبرد رغم أنهما في درجة الحرارة نفسها. (إثراء: المعدن موصل جيد يسحب الحرارة من يدك بسرعة.)

لذلك نحتاج أداة موضوعية هي الثرمومتر (ميزان الحرارة)، وهو يستخدم خاصية فيزيائية لمادة ثرمومترية تتغير باستمرار مع درجة الحرارة.

حساب درجة الحرارة على المقياس المئوي

الخاصية في الثرمومتر الزئبقي هي حجم كتلة ثابتة من الزئبق، لكن إذا كانت مساحة مقطع الأنبوب منتظمة يمكننا قياس طول خيط الزئبق بدلاً من الحجم. إذا كان الطول L₀ في الثلج، وL₁₀₀ في البخار، وL_T في الجسم المجهول، فإن الطول يتناسب طردياً مع درجة الحرارة:

سُمي باسم العالم الإنجليزي كلفن، ومبني على نقطة ثابتة واحدة: النقطة الثلاثية للماء، وهي درجة الحرارة التي يتعايش فيها معاً بشكل متوازن بخار الماء المشبع والماء النقي والثلج. ووحدته الكلفن (K)، وهي وحدة قياس درجة الحرارة في النظام الدولي.

يتكون أساساً من سلكين من فلزين مختلفين مثل النحاس والحديد، تتصل أطرافهما لتكوين وصلتين. إذا كانت الوصلتان في درجتي حرارة مختلفتين (ساخنة وباردة) تُنتَج قوة دافعة كهربائية؛ وكلما زاد فرق درجة الحرارة زادت القوة الدافعة. إذا ثبتت الوصلة الباردة عند 0°C تستخدم الأخرى كمجس دقيق.

مميزاته

1. يقيس مدى كبيراً جداً من −200°C إلى 1500°C باختيار نوعي فلز مناسبين.
2. لأن الوصلات صغيرة جداً يقيس درجة الحرارة عند نقطة ما (محددة المكان).
3. سريع الاستجابة لانخفاض سعته الحرارية (كتلته صغيرة) ولأن الفلزات موصلات جيدة.
4. خرجه إشارة كهربائية يمكن توصيلها بأداة مناسبة لفحص التغيرات المفاجئة أو السريعة.

العمود الحراري (الثرموبيل)

لأن القوة الدافعة للمزدوجة صغيرة، نصل عدداً كبيراً منها على التوالي إذا أردنا فولتية أكبر، وتسمى المجموعة عموداً حرارياً. وهو حساس جداً حتى إنه يكتشف حرارة عود ثقاب مشتعل من مسافة بعيدة.

تجربة 2-1: لدراسة الحركة البراونية

1. ركب جهازاً كما في الشكل 2-2.
2. أغلق بإحكام خلية زجاجية تحتوي على قليل من الدخان، ثم ضعها تحت المجهر.
3. ركز المجهر على الخلية.
4. لاحظ حركة جسيمات الدخان.

المشاهدة: (1) تشتت جسيمات الدخان الضوء الساقط عليها فتبدو نقاطاً ساطعة. (2) تتحرك بشكل عشوائي غير منتظم. (3) كلما كانت الجسيمات أكبر كانت حركتها أقل.

حركة الجزيئات ودرجة الحرارة

عندما تكون خلية الدخان عند درجة حرارة أعلى نشاهد جسيمات الدخان أكثر حركة (تغير اتجاهاتها أكثر وأكثر)، لأن جزيئات الهواء تقصفها بتكرار أكبر، أي أن الجزيئات تتحرك بسرعة أكبر في درجات الحرارة الأعلى.

وعاء مملوء بالهواء ومغلق على منضدة يبقى سليماً ولا يهشمه الضغط الجوي الخارجي، لأن الهواء داخله يبذل ضغطاً نحو الخارج مساوياً للضغط الجوي.

جزيئات الهواء في حركة عشوائية مستمرة. عند ارتطام جزيء بالجدار تكون القوة التي يبذلها على الجدار مساوية ومعاكسة للقوة التي يبذلها الجدار عليه (قانون نيوتن الثالث). والتصادمات العديدة هي سبب القوة على الجدران، والقوة لكل وحدة مساحة هي الضغط.

الغاز محبوس داخل حاقنة، ويُدفع المكبس للداخل لزيادة الضغط الذي يقاس بمقياس الضغط، ويُقرأ الحجم من التدريج. كان روبرت بويل أول من استقصى هذه العلاقة.

التفسير بالنموذج الحركي

الضغط يرجع إلى قصف الجزيئات للجدران. عند خفض الحجم إلى النصف يتضاعف عدد الجزيئات في كل وحدة حجم، فتتضاعف التصادمات بالجدار في كل ثانية، فيتضاعف الضغط. وإذا أصبح الحجم ثلث الحجم الأصلي يصبح الضغط ثلاثة أضعاف.

الهدف: استقصاء العلاقة بين الضغط وحجم عينة من الهواء عند درجة حرارة ثابتة. الجهاز: جهاز التداخل البيني لورشة عمل العلوم، مجس الضغط، حاقنة.

1. صل الحاقنة بمجس الضغط باستخدام أنبوب لدائني.
2. ابدأ بحجم هواء 20 ml ثم سجل الضغط.
3. قلل الحجم 2 ml وانتظر حتى تستقر القراءة قبل تسجيلها.
4. استمر حتى تصل إلى 10 ml.
5. ارسم الحجم مقابل الضغط، ومقلوب الحجم مقابل الضغط.
6. ماذا تستنتج؟

عند تسخين الماء نمده بطاقة، وحسب قانون حفظ الطاقة لا تختفي هذه الحرارة بل تتحول إلى الطاقة الداخلية لجزيئات الماء، وهي في صورتين: طاقة حركية (حركة الجزيئات) وطاقة كامنة (القوى بين الجزيئات).

إذا سخنا 100 g و 1000 g من الماء من 30°C إلى 60°C بالسخان نفسه، تستغرق الـ 1000 g عشرة أضعاف الزمن. وبما أن قدرة السخان ثابتة فإن 1000 g تحتاج 10 أضعاف كمية الحرارة. إذن كمية الحرارة اللازمة تعتمد على كتلة الجسم.

السعة الحرارية تعتمد أيضاً على نوع المادة

100 g من الألومنيوم تحتاج 900 J لرفع درجة حرارتها 10°C، بينما 100 g من النحاس تحتاج 400 J فقط للارتفاع نفسه.

عندما نقول إن الحرارة النوعية للماء 4200 J kg⁻¹ °C⁻¹ نعني أن 4200 J تلزم لرفع درجة حرارة 1 kg ماء 1°C. أما لو أمددنا 1 kg نحاس بـ 4200 J:

الجهاز: أسطوانة مصمتة ذات تجويفين، سخان، فولتميتر، أميتر، مصدر 12 V، مجس درجة حرارة، جهاز جمع بيانات، ميزان.

1. سجل كتلة الأسطوانة m بالميزان.
2. غلف الأسطوانة بالصوف لمنع فقد الحرارة.
3. ضع السخان في أحد التجويفين والمجس في الآخر، وصل السخان بمصدر 12 V.
4. سجل درجة الحرارة المبدئية Ti، ثم شغل السخان مدة t (حوالي 300 s).
5. اقفل السخان واستمر في الرصد، وسجل أعلى درجة Tf.

الجهاز: مسعر نحاسي (وعاء لقياس السعة الحرارية) حرارته النوعية c_c = 400 J kg⁻¹ K⁻¹، سخان، مجس، مصدر 12 V، فولتميتر، أميتر، مسجل بيانات، ميزان.

1. زن السائل m₁، واحصل على كتلة المسعر m_c.
2. صب السائل في المسعر، وضع السخان والثرمومتر فيه، وتأكد من التغليف.
3. سجل Ti، ثم شغل السخان مدة t (حوالي 300 s)، ثم سجل أعلى درجة Tf.

تجربة 4-1: تعيين درجة انصهار الثلج

الجهاز: مبرد تجميد فيه ثلج عند −10°C أو أقل، ثرمومتر معملي، حامل، موقد بنزن، كأس زجاجي، ساعة إيقاف.

1. خذ ثلجاً من المبرد واجرشه وضعه في كأس.
2. ضع الثرمومتر برفق حتى تكون البصيلة داخل الثلج تماماً دون أن تلمس القاع.
3. ارصد درجة الحرارة ثم سخن بلهب بطيء.
4. ارصد درجة الحرارة كل 1 min حتى ينصهر كل الثلج ويصل الماء إلى 20°C.
5. ارسم درجة الحرارة مقابل الزمن، واستنتج نقطة الانصهار.

PQ: الثلج يسخن من −10°C إلى 0°C (تغير في درجة الحرارة). QR: تبقى درجة الحرارة ثابتة عند 0°C أثناء الانصهار رغم امتصاص الحرارة. RS: الماء يسخن من 0°C إلى 20°C.

التجمد (الصلب)

العملية العكسية: تحول السائل إلى صلب. تتجمد المادة الخام عند درجة حرارة مساوية لدرجة انصهارها (الماء يتجمد عند 0°C). وأثناء التجمد تنطلق حرارة عند تكون الروابط البين جزيئية، فتأخذ الجزيئات بنية أكثر تنظيماً، ولهذا لا تتغير درجة الحرارة رغم فقد الحرارة للمحيط.

الشوائب تخفض درجة التجمد

تمدد الماء عند تجمده شتاءً قد يفجر الأنابيب في أجهزة تبريد السيارات والمنازل، لذلك يستخدم السائقون مانع التجمد لخفض درجة تجمد الماء، فلا يتجمد حتى لو انخفضت درجة حرارته تحت 0°C.

والملح شائبة أخرى: يوضع على الطرقات شتاءً لمنع تكون الجليد، ويُستخدم الملح مع الثلج لعمل مخلوط تجميد يبرد الأشياء تحت 0°C. لكنه لا يستخدم في جهاز تبريد السيارة لأنه يسبب تآكل أجزائها.

زيادة الضغط تخفض درجة انصهار الثلج

عند ضغط مكعبين من الثلج معاً يلتصقان: تنصهر الأجزاء الواقعة تحت الضغط العالي، وعند انتهاء الضغط يتجمد الماء مرة أخرى فيلتحمان. وبالمثل تتكون كرات الثلج بالضغط باليد، ويصعب السير على الثلج لأن الماء المتكون تحت القدم يتجمد على نعل الحذاء.

التزلج: يحمل طرف النصل الدقيق الوزن الكلي على مساحة صغيرة جداً، فيكون الضغط كافياً لصهر الثلج، وتساعد طبقة الماء على الانزلاق بسهولة. (ونظرية أخرى: الاحتكاك يكوّن طبقة الماء؛ والإجابة غالباً مزيج من التأثيرين.)

تأثير الشوائب على درجة غليان الماء

إضافة الشوائب مثل الملح أو السكر للماء النقي ترفع درجة غليانه. ومانع التجمد في جهاز تبريد السيارة يمكّن الماء من عدم الغليان فوق 100°C. لذلك ماء البحر يغلي عند درجة أعلى قليلاً من الماء العذب.

تأثير الضغط على درجة الغليان

(1) تحت ضغط منخفض: عند تفريغ الناقوس يغلي الماء وهو عند درجة حرارة الغرفة! وعلى قمة الجبل الضغط أقل فيغلي الماء عند درجة أدنى: غلاية في جبل نفوسة (1000 m) تغلي عند نحو 97°C، وعند قمة إيفرست (9000 m) عند 70°C فقط، لذلك يستغرق طهي البيضة وقتاً طويلاً. وللغليان تحت ضغط منخفض ميزة: يحتاج طاقة أقل للتخلص من الماء الزائد (إنتاج اللبن المبخر، بلورات السكر).

(2) تحت ضغط مرتفع: في قدر الضغط يرتفع الضغط إلى نحو 2 ضغط جوي فيغلي الماء عند نحو 120°C، فيُطهى الطعام بسرعة كبيرة. (تجربة الضغط المرتفع لا يجريها إلا المعلم.)

المكعب الكبير من الثلج يستغرق وقتاً أطول لينصهر من المكعب الصغير، لأن لديه حرارة انصهار كامنة أكبر.

تجربة 4-3: قياس l_f للثلج

مسعر نحاسي مغلف فيه ماء كتلته m₁ سُخن مسبقاً إلى نحو 8°C فوق درجة الغرفة. نرصد درجته عند نحو 5°C فوق الغرفة (T_c1)، ثم نضيف قطع ثلج مجففة بورق نشاف واحدة بعد أخرى مع التقليب حتى تصبح 5°C تحت درجة الغرفة (T_c2)، ثم نزن الماء m₂.

تجربة 4-4: قياس l_v للماء

نزن الماء m₁، ونشغل السخان، ونبدأ التوقيت عند بدء الغليان، ونسجل I و V. بعد غليان 10–20% من الماء نطفئ السخان ونغطي الكأس، ونسجل الزمن t والكتلة المتبقية m₂.

البخر يسبب تبريداً

تشعر بالبرودة عند الخروج من حمام السباحة (خاصة مع الرياح) لأن الماء على جسمك يتبخر، والبخر يحتاج حرارة مصدرها جسمك.

تجربة 4-5: كأس به إيثير (سائل متطاير) فوق طبقة رقيقة من الماء على كتلة خشبية؛ ننفخ الهواء في الإيثير بأنبوب زجاجي. بعد قليل يلتصق الكأس بالخشب بسبب طبقة ثلج: تبخر الإيثير خفض درجة حرارته كثيراً تحت 0°C فانتقلت الحرارة من الماء إليه حتى تجمد.

التفسير الجزيئي

جزيئات السائل تتحرك بسرعات مختلفة. الجزيئات الأكثر نشاطاً عند السطح تتغلب على قوى الجذب للأسفل وتهرب إلى الجو، فتترك خلفها جزيئات أبطأ. ولأن درجة الحرارة تتناسب طردياً مع متوسط الطاقة الحركية للجزيئات فإن السائل يبرد.

تطبيقات: (1) التأثير التبريدي للعطر المتطاير والعرق على الجلد. (2) تجفيف الملابس والأرصفة. (3) إسفنجة مبللة على جبهة المحموم لخفض حرارته. (4) الثلاجة المنزلية (مع التكثيف).

تعمل الثلاجة بتطبيق عمليتي البخر والتكثيف، وتستخدم سائل الفريون شديد التطاير الذي يغلي عند نحو −30°C.

1. المضخة الضاغطة تضغط بخار الفريون فترتفع درجة حرارته وضغطه.
2. في المكثف (الأنابيب والريش الخلفية) يتكثف إلى سائل فتنطلق حرارته الكامنة إلى هواء الغرفة (لذلك تكون الريش دافئة).
3. يمر السائل عبر صمام/أنبوب ضيق إلى منطقة ضغط منخفض.
4. في المبخر داخل وحدة التجميد يتبخر الفريون فيمتص الحرارة الكامنة من داخل الثلاجة فيبردها، ثم يعود البخار إلى المضخة.

ويتحكم الثرموستات (منظم درجات الحرارة) في درجة حرارة الهواء داخل الثلاجة.

تجربة 4-2: درجة تجمد النفثالين بمنحنى تبريد

1. ضع نفثالين في أنبوب غليان (ثلث الأنبوب)، وأنزله في كأس ماء مغلٍ حتى ينصهر كله.
2. ضع ثرمومتراً في الأنبوب، وعند نحو 90°C ارفع الأنبوب والثرمومتر خارج الماء.
3. جفف الأنبوب وارصد درجة الحرارة كل دقيقة حتى نحو 65°C.
4. ارسم درجة الحرارة مقابل الزمن، واستنتج درجة التجمد.

AB: النفثالين السائل يبرد من 90°C إلى 79°C. BC: ثبات عند 79°C أثناء التجمد رغم فقد الحرارة. CD: النفثالين الصلب يبرد. إذن درجة تجمد (انصهار) النفثالين = 79°C.

الخصائص التبريدية للماء (جامع البيانات)

نصب ماء ساخناً في كأس ونضع المجس، ونضبط التسجيل كل 30 s لمدة 300 s. منحنى التبريد ينحدر بشدة في البداية ثم يقل انحداره.

عند وضع جسمين بدرجتي حرارة مختلفتين في اتصال حراري، تنتقل الطاقة الحرارية من الأعلى درجة إلى الأدنى حتى يصبح الجسمان عند نفس درجة الحرارة، ويقال إنهما في حالة توازن حراري.

الناس حول المشواة يشعرون بحرارة عالية دون أن يلمسوا الفحم. تنتقل الحرارة بثلاث عمليات: التوصيل والحمل والإشعاع، وكلها تسهم في نقل الحرارة من الفحم إلى الناس.

تجربة 5-1: جهاز إنجنهاوز

قضبان متساوية الأبعاد من مواد مختلفة (نحاس، حديد، زجاج، خشب) مغطاة بطبقة متساوية من الشمع، ونصب ماءً مغلياً في الحوض لتنغمر أطرافها فيه، ثم نراقب طول الشمع المنصهر.

المشاهدة: ينصهر الشمع لمسافة أبعد على النحاس، ثم الحديد، ثم الزجاج، ثم الخشب.

آليتا التوصيل الحراري

جميع الأجسام الصلبة تتكون من ذرات أو جزيئات، والفرق المهم: الفلزات تحوي إلكترونات حرة كثيرة تتحرك عشوائياً بين الجزيئات، بينما اللافلزات تحوي إلكترونات حرة قليلة جداً.

1. الاهتزاز الجزيئي: عند تسخين طرف القضيب تهتز جزيئاته بشدة وتزاحم المجاورة فتجعلها تهتز، فتنتقل الطاقة الحركية خطوة خطوة. شائعة في النحاس والخشب، وهي بطيئة نسبياً.
2. الانتشار الحر للإلكترونات: في الفلزات تتحرك الإلكترونات الحرة أسرع عند التسخين وتنتشر حاملة الطاقة إلى الأجزاء الأبرد، ثم تنقلها إلى الجزيئات بالتصادم. لذلك التوصيل في الفلزات أسرع بكثير.

التوصيل في السوائل والغازات

يمكن توصيل الحرارة فيها بتصادم الجزيئات السريعة بالبطيئة، لكنه غير فعال لأن التصادمات أقل تكراراً في السوائل وأقل كثيراً في الغازات حيث الجزيئات أكثر تباعداً. لذلك الهواء موصل أردأ من الماء، والماء أردأ من معظم الأجسام الصلبة. ومعظم السوائل (باستثناء الزئبق المصهور) موصلات رديئة.

تجربة 5-2: الماء موصل رديء

ثلج مغلف بشاش معدني في قاع أنبوب اختبار مملوء بالماء، ونسخن الطرف العلوي: يغلي الماء أعلى الأنبوب دون أن تشعر الأصابع الممسكة بالقاع بأي ألم، وينصهر الثلج ببطء شديد.

تجربة 5-3: الحمل في الماء

بلورات برمنجنات البوتاسيوم في قاع دورق ماء كبير مستدير، ولهب صغير تحت الدورق: تيارات أرجوانية ترتفع رأسياً في المركز ثم تهبط بطول الجوانب.

تجربة 5-4: الحمل في الهواء

صندوق بمدخنتين ونافذة زجاجية، وشمعة مشتعلة تحت إحدى المدخنتين، وورقة تحترق ببطء (دخان بلا لهب) فوق الأخرى: يهبط الدخان في مدخنة ويرتفع في المدخنة التي فوق الشمعة.

آلية الحمل

عند تسخين الماء عند القاع (أو الهواء فوق الشمعة) فإنه يتمدد فتقل كثافته عن المائع المحيط فيرتفع، وتهبط المناطق الأبرد الأكثر كثافة لتحل محله، فيتكون تيار حمل.

تصلنا حرارة الشمس رغم الفراغ بين الشمس والأرض؛ فالتوصيل والحمل غير ممكنين في الفراغ. ترسل الشمس موجات كهرومغناطيسية بترددات وأطوال موجية مختلفة لكنها بسرعة واحدة في الفراغ (الوحدة 6). الضوء جزء من هذا الطيف، والجزء الذي يجعلنا نشعر بالدفء هو الموجات دون الحمراء، وتسمى حرارتها حرارة إشعاعية.

الأجسام الساخنة مثل المكواة ترسل أيضاً حرارة إشعاعية، وكلما كان الجسم أسخن كانت كمية الحرارة الإشعاعية أكبر. وجميع الأسطح تمتص الإشعاع دون الأحمر فترتفع درجة حرارتها.

امتصاص الإشعاع: سطح أسود وسطح فضي

نغلف طرفي مجسين برقائق ألومنيوم، ونلون إحداهما بالأسود (القناة A)، ونضعهما على مسافة متساوية من مصباح 100 W، ونسجل كل 1 s لمدة 60 s.

المشاهدة: الرقيقة السوداء تمتص الإشعاع بمعدل أسرع. الاستنتاج: الأسطح السوداء القاتمة تمتص الإشعاع دون الأحمر أسرع من الأسطح البيضاء اللامعة.

انبعاث الإشعاع: علبة سوداء وعلبة لامعة

علبتان متماثلتان من القصدير (سوداء ولامعة) نملؤهما بماء مغلٍ في وقت واحد ونغطيهما، ونسجل كل 10 s لمدة 10 min.

المشاهدة: تهبط درجة حرارة العلبة السوداء أسرع لأنها تبعث حرارة أكثر. الاستنتاج: الأسطح السوداء القاتمة مصادر أفضل لانبعاث الإشعاع دون الأحمر.

نتائج

1. حبس الهواء كعازل: للطيور ريش وللثدييات (القطط والدببة القطبية) فرو يحجز الهواء العازل فيقل فقد الحرارة، والإنسان يحتاج الملابس للسبب نفسه.
2. أحاسيس مختلفة: المقبض الفلزي يبدو أبرد من خشب الباب (أو الرخام أبرد من السجادة) لأن الفلز يوصل الحرارة بعيداً عن يدك أسرع بكثير.

استخدامات الموصلات الجيدة

1. أواني الطهي والغلايات والقدور من الألومنيوم أو الفولاذ الذي لا يصدأ.
2. قضبان اللحام من الحديد وطرفها من النحاس لأنه موصل أفضل.
3. المبادلات الحرارية (كالتي في المغسلة) من النحاس: الماء القذر الساخن يسخن الماء النظيف البارد خلال جدران الأنبوب.

استخدامات الموصلات الرديئة (العوازل)

1. مقابض القدور والغلايات وأواني الشاي وأسلاك اللحام من الخشب أو اللدائن.
2. حصائر الطاولة من الفلين.
3. نشارة الخشب لتغطية قطع الثلج.
4. المغرفة الخشبية للحساء الساخن والأرز.
5. البطاطين والملابس الصوفية.
6. الزجاج الليفي ورغوة البوليسترين في جدران المنازل وصناديق الثلج والثلاجات، والزجاج المزدوج، وعزل السقف (كتان سميك أو ألياف زجاجية 10 cm).

نتائج

1. نسيم البحر ونسيم البر (العرض المتحرك).
2. تيارات الحمل في الغرفة: حرارة الجسم تسخن الهواء القريب بالتوصيل، فيرتفع لأنه أقل كثافة ويهبط الهواء الأبرد.
3. تيارات الحمل في بركة ماء: شتاءً تبرد الطبقات العليا فتصبح أكثف وتهبط. والماء شاذ: كثافته القصوى عند 4°C، وأي تبريد إضافي يجعله يتمدد، فتتوقف تيارات الحمل عند وصول القاع إلى 4°C، وتتجمد الطبقة العليا ليصبح الجليد طافياً عازلاً يحمي الحياة البحرية.

تطبيقات يومية

1. جهاز الماء الساخن المنزلي: يسخن الماء في الغلاية فيتمدد وتقل كثافته فيرتفع إلى النصف العلوي من الأسطوانة، ويهبط الماء البارد من الخزان إلى النصف الأدنى ثم إلى الغلاية بسبب فرق الضغط. وماسورة الفائض للحالات التي يسخن فيها الماء جداً ويتمدد كثيراً. ويكون صنبور الماء الساخن أدنى من الخزان.
2. الغلاية الكهربائية: ملف التسخين دائماً عند القاع.
3. مكيف الهواء: يُركب قرب السقف؛ الهواء البارد يهبط والدافئ يرتفع إليه فيبرد.
4. الثلاجة: وحدة التجميد عند القمة.

نتائج

1. لون وقوام الملبس: الملابس السوداء القاتمة غير مريحة في الأيام المشمسة لأنها تمتص كمية كبيرة من الحرارة الإشعاعية، بخلاف البيضاء اللامعة.
2. سرطان الجلد: مع تلف طبقة الأوزون يزداد تعرض الإنسان للإشعاع فوق البنفسجي من الشمس، وهو أحد أسباب سرطان الجلد.

تطبيقات

1. الدورق المفرغ (الترموس): يقلل فقد الحرارة بأربع طرق. الفراغ بين الجدارين يمنع التوصيل والحمل عبر الجوانب، والهواء المحبوس فوق السائل موصل رديء، والسدادة لدائنية (رديئة التوصيل)، والجدران مطلية بالفضي لتعكس الحرارة الإشعاعية إلى داخل السائل. ولا يحدث حمل وبخر إلا عند نزع السدادة.
2. إبريق الشاي اللامع: مصدر رديء للإشعاع فيبقى الشاي دافئاً أطول، وماص رديء فيبقي البارد بارداً أطول.
3. المستنبت الزجاجي (الصوبة): يمر الإشعاع دون الأحمر قصير الموجة من الشمس خلال الزجاج فتمتصه التربة والنباتات، فتبعث إشعاعاً دون أحمر أطول موجة لأنها أبرد، وهذا لا يستطيع المرور خلال الزجاج، فتُحبس الحرارة.

الموجات حولنا: موجات الماء على الشواطئ، والصوت، والضوء من الشمس، والموجات اللاسلكية، وأشعة جاما وإكس والميكرومترية. والموجات تحمل طاقة؛ فالموجات الزلزالية تسبب تلفيات كبيرة للمباني.

عند إلقاء حصاة في بركة ساكنة تتحرك موجات دائرية للخارج. وعند تثبيت طرف حبل بجدار وتحريك الطرف الآخر لأعلى ولأسفل تتحرك الموجات جانبياً بينما يتحرك الحبل نفسه لأعلى ولأسفل؛ الحبل هو الوسط. والأجسام الطافية (أوراق الشجر) تعلو وتهبط ولا تتحرك جانبياً.

نمد زنبركاً طويلاً رفيعاً على أرضية ناعمة، ونثبت طرفاً ونحرك الآخر يساراً ويميناً بشكل متكرر، فنرى سنام (قمم وقيعان) تتحرك بعيداً نحو الجدار. إزاحة الجسيمات تكون على شكل زوايا قائمة مع اتجاه حركة الموجة.

نحرك طرف الزنبرك للأمام وللخلف (دفع وجذب) فنرى انضغاطات وتخلخلات (تمددات) تتحرك بطوله. إزاحة الجسيمات تكون على خط واحد مع اتجاه حركة الموجة.

حوض الأمواج أداة لتوليد الموجات المائية وبيان خواصها (الانعكاس والانكسار). يتكون من: حوض بقاع زجاجي ضحل، ومصدر ضوء (مصباح) أعلى الحوض مباشرة، وشاشة بيضاء أسفله لالتقاط صورة الظلال.

تُنتج موجات مستوية بمتذبذب مستقيم من الخشب أو اللدائن، وموجات دائرية بمتذبذب كروي، يهزهما محرك. وتُرى الموجات خطوطاً ناصعة وداكنة على الشاشة تبين مواضع القمم والقيعان.

من الماء العميق إلى الماء الضحل

نضع لوحاً زجاجياً في الحوض لتكوين منطقة ضحلة: يتناقص الطول الموجي (λ₂ < λ₁)، والسرعة في الضحل أبطأ (v₂ < v₁)، أما التردد فلا يتغير لأن المصدر هو الذي يحدده.

يمتد الطيف من أشعة جاما (الأقصر طولاً موجياً والأعلى تردداً) إلى الموجات اللاسلكية (الأطول طولاً موجياً والأدنى تردداً). الطيف مستمر: لا فجوات فيه، ولا حد فاصل بين نوع والذي يليه بل تتداخل الموجات المتتالية. والضوء المرئي مجرد أحد الأعضاء السبعة.

تشمل الموجات اللاسلكية: UHF (فوق العالي)، VHF (العالي جداً)، والقصيرة والمتوسطة والطويلة.