พลังงานการแผ่รังสี
พลังงานการแผ่รังสี (อังกฤษ: Radiant Energy) เป็นพลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คำนวณได้จากผลรวมของฟลักซ์ (flux หรือ กำลัง) ที่แผ่ออกมาเมื่อเทียบกับเวลา มีหน่วยเป็น จูล พลังงานจะถูกส่งออกมาจากแหล่งใดแหล่งหนึ่งสู่สิ่งแวดล้อมโดยรอบ อาจมองเห็นหรืออาจมองไม่เห็นได้ด้วยตาเปล่า
คำศัพท์เฉพาะทาง
[แก้]คำว่า "พลังงานการแผ่รังสี" ส่วนใหญ่จะถูกใช้ในสาขาการวัดรังสี, พลังงานจากดวงอาทิตย์, การให้ความร้อนและแสงสว่าง และโทรคมนาคม การส่งกำลังงานจากที่หนึ่งไปอีกที่หนึ่งก็ถือว่าเป็นการแผ่รังสี แต่เราจะเรียกว่าเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า แทนที่จะเรียกว่าพลังงาน
การวิเคราะห์
[แก้]เนื่องจากการแผ่รังสีของแม่เหล็กไฟฟ้า (EM) สามารถถูกนิยามได้ว่าเป็นลำแสงของโฟตอน พลังงานที่แผ่รังสีออกไป ก็สามารถมองได้ว่าพลังงานถูกพาไปกับโฟตอน หรืออีกทางหนึ่ง การแผ่รังสีของ EM สามารถถูกมองได้ว่าเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ที่นำพาพลังงานในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของมันเอง การมองทั้งสองแบบนี้เหมือนกันและใช้แทนกันได้ในทฤษฎีสนามควอนตัม
การแผ่รังสีของ EM มีหลากหลายความถี่ แถบความถี่ของสัญญาณ EM ใด ๆ อาจถูกกำหนดได้ชุดเจน อย่างที่เห็นในแถบความถี่ของอะตอม หรืออาจมีแถบความถี่ที่กว้าง เหมือนการแผ่รังสีของวัตถุดำ ในภาพของโฟตอน พลังงานมี่ถูกนำพาไปในแต่ละโฟตอนมีอัตราส่วนกับความถี่ ในภาพของคลื่น พลังงานของคลื่นสีเดียวมีอัตราส่วนกับความเข้ม นี่หมายความว่าถ้าสองคลื่น EM มีความเข้มเท่ากันแต่ความถี่ต่างกับ ตัวที่มีความถี่สูงกว่าจะมีพลังงานน้อยกว่า
เมื่อคลื่น EM ตกกระทบวัตถุ พลังงานของคลื่นจะเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อน หรือเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้า ถ้าเป็นเซลล์แสงอาทิตย์ คลื่น EM อาจสะท้อนหรือกระจาย พลังงานก็จะสะท้อนหรือกระจายเหมือนกัน
ระบบเปิด
[แก้]พลังงานแผ่รังสีเป็นหนึ่งในกลไกโดยที่พลังงานสามารถเข้าไปหรือออกมาจากระบบเปิด[1] ได้ ระบบนี้อาจเป็นสิ่งที่มนุษย์สร้างขึ้น เช่น ตัวเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ หรือ ตัวเก็บอากาศที่มีตามธรรมชาติ ในสาขาธรณีวิทยา แก๊สในบรรยากาศส่วนมากรวมทั้งแก๊สเรือนกระจก ยอมให้พลังงานที่แผ่รังสีจากดวงอาทิตย์ที่ความยาวคลื่นสั้นผ่านทะลุลงมายังผิวโลกได้ พลังงานนี้ให้ความร้อนกับพื้นดินและมหาสมุทร พลังงานของดวงอาทิตย์ที่ถูกดูดซับไว้บางส่วนถูกสะท้อนกลับไปด้วยความยาวคลื่นที่ยาวกว่า (นำโดยคลื่นอินฟราเรด) พลังงานบางส่วนถูกดูดซับไว้โดยแก๊สเรือนกระจก พลังงานที่แผ่ออกมาจากดวงอาทิตย์ถูกสร้างขึ้นเป็นผลจากปฏิกิริยานิวเคลียร์
การนำไปประยุกต์ใช้งาน
[แก้]
พลังงานแผ่รังสีถูกใช้สำหรับแผ่รังสีความร้อน สามารถให้แสงสว่างกับหลอดอินฟราเรด หรือทำให้น้ำร้อน พลังงานความร้อนจะถูกส่งออกไปจากแหล่งผลิตใต้พื้น หรือหลังฝาผนังหรือบนฝ้า เพื่อให้ความอบอุ่นกับคนหรือสิ่งของที่อยู่ในห้องแทนที่จะให้ความร้อนโดยตรงด้วยอากาศร้อน วิธีนี้ อุณหภูมิของอากาศอาจต่ำกว่าการทำอาคารให้ร้อนโดยวิธีเดิม
นอกเหนือจากนี้ก็ยังมีการนำไปใช้ในลักษณะดังต่อไปนี้
- การตรวจโรคและการรักษาโรค
- การแยกและเรียงลำดับ
- ตัวกลางในการควบคุม
- ตัวกลางในการสื่อสาร
การนำไปประยุกต์ใช้งานเหล่านี้ต้องใช้แหล่งพลังงานที่แผ่รังสีและตรวจจับสัญญาณการแผ่รังสีที่บอกลักษณะสมบัติของรังสีที่แผ่ออกมา ตัวตรวจจับพลังงานที่แผ่รังสีนี้ จะสร้างสภาวการณ์ให้ทำการเพิ่มหรือลดการแผ่รังสีโดยวิธีทางกระแสไฟฟ้าหรือวิธีอื่น เช่นการปรับเปลี่ยนแผ่นฟิล์มที่รับแสงเป็นต้น
หนึ่งในโทรศัพท์ไร้สายยุคแรก ที่มีพื้นฐานมาจากพลังงานแผ่รังสีถูกประดิษฐ์โดย นิโคลา เทสลา อุปกรณ์ใช้เครื่องส่งและเครื่องรับที่มีการสั่นพ้องที่ความถี่เดียวกัน ทำให้มีการสื่อสารระหว่างกันได้ ในปี ค.ศ. 1916 เขานำเอาการทดลองที่เคยทำเมื่อปี ค.ศ. 1896[2] มาศึกษาใหม่ เขาพบว่า "เมื่อไรก็ตามทีผมได้รับผลกระทบของเครื่องส่ง หนึ่งในวิธีที่ง่ายที่สุด (ในการตรวจจับการส่งสัญญาณแบบไร้สาย) คือ ป้อนสนามแม่เหล็กให้เกิดกระแสในตัวนำ และเมื่อผมทำอย่างนั้น ความถี่ต่ำให้เสียงออกมา"
หน่วยวัดรังสี
[แก้] | ส่วนนี้ต้องการพิสูจน์อักษรเพิ่มเติม – 8 กรกฎาคม 2556 |
หน่วยเอสไอของการวัดปริมาณการแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Radiometry)
| ปริมาณ | หน่วย | มิติ | หมายเหตุ | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ชื่อ | สัญลักษณ์[nb 1] | ชื่อ | สัญลักษณ์ | สัญลักษณ์ | ||||
| พลังงานการแผ่รังสี (Radiant energy) |
Qe[nb 2] | จูล (joule) | J | M⋅L2⋅T−2 | พลังงาน | |||
| ฟลักซ์การแผ่รังสี (Radiant flux) |
Φe[nb 2] | วัตต์ (watt) | W | M⋅L2⋅T−3 | พลังงานการแผ่รังสีต่อหน่วยเวลา หรือเรียกอีกชื่อหนึ่งได้ว่า "กำลังการแผ่รังสี" | |||
| ฟลักซ์เชิงสเปกตรัม (Spectral flux) |
Φeλ[nb 2][nb 3] | วัตต์ต่อเมตร | W⋅m−1 | M⋅L⋅T−3 | พลังงานการแผ่รังสีต่อความยาวคลื่น | |||
| ความเข้มของการแผ่รังสี (Radiant intensity) |
Ie | วัตต์ต่อสเตอเรเดียน | W⋅sr−1 | M⋅L2⋅T−3 | กำลังต่อหน่วยมุมตัน | |||
| ความเข้มเชิงสเปกตรัม (Spectral intensity) |
Ieλ[nb 3] | วัตต์ต่อสเตอเรเดียนต่อเมตร | W⋅sr−1⋅m−1 | M⋅L⋅T−3 | ความเข้มการแผ่รังสีต่อความยาวคลื่น | |||
| ความแผ่รังสี (Radiance) |
Le | วัตต์ต่อสเตอเรเดียนต่อตารางเมตร | W⋅sr−1⋅m−2 | M⋅T−3 | power per unit solid angle per unit projected source area. confusingly called "intensity" in some other fields of study. | |||
| ความแผ่รังสีเชิงสเปกตรัม (Spectral radiance) |
Leλ[nb 3] or Leν[nb 4] |
วัตต์ต่อสเตอเรเดียนต่อลูกบาศก์เมตร หรือ วัตต์ต่อสเตอเรเดียนต่อตารางเมตรต่อเฮิรตซ์ |
W⋅sr−1⋅m−3 หรือ W⋅sr−1⋅m−2⋅Hz−1 |
M⋅L−1⋅T−3 หรือ M⋅T−2 |
commonly measured in W⋅sr−1⋅m−2⋅nm−1 with surface area and either wavelength or frequency. | |||
| ความรับอาบรังสี (Irradiance) |
Ee[nb 2] | วัตต์ต่อตารางเมตร | W⋅m−2 | M⋅T−3 | power incident on a surface, also called radiant flux density. sometimes confusingly called "intensity" as well. | |||
| ความรับอาบรังสีเชิงสเปกตรัม (Spectral irradiance) |
Eeλ[nb 3] or Eeν[nb 4] |
วัตต์ต่อลูกบาศก์เมตร หรือ วัตต์ต่อตารางเมตรต่อเฮิรตซ์ |
W⋅m−3 หรือ W⋅m−2⋅Hz−1 |
M⋅L−1⋅T−3 หรือ M⋅T−2 |
commonly measured in W⋅m−2⋅nm−1 or 10−22W⋅m−2⋅Hz−1, known as solar flux unit.[nb 5] | |||
| ความเปล่งรังสี (Radiant emittance) |
Me[nb 2] | วัตต์ต่อตารางเมตร | W⋅m−2 | M⋅T−3 | power emitted from a surface. | |||
| ความเปล่งรังสีเชิงสเปกตรัม / (Spectral radiant emittance) |
Meλ[nb 3] or Meν[nb 4] |
วัตต์ต่อลูกบาศก์เมตร หรือ วัตต์ต่อตารางเมตรต่อเฮิรตซ์ |
W⋅m−3 หรือ W⋅m−2⋅Hz−1 |
M⋅L−1⋅T−3 หรือ M⋅T−2 |
power emitted from a surface per wavelength or frequency. | |||
| Radiosity | Je หรือ Jeλ[nb 3] | วัตต์ต่อตารางเมตร | W⋅m−2 | M⋅T−3 | emitted plus reflected power leaving a surface. | |||
| Radiant exposure | He | จูลต่อตารางเมตร | J⋅m−2 | M⋅T−2 | ||||
| ความหนาแน่นของพลังงานการแผ่รังสี (Radiant energy density) |
ωe | จูลต่อลูกบาศก์เมตร | J⋅m−3 | M⋅L−1⋅T−2 | ||||
| ดูเพิ่ม SI · การวัดรังสี (Radiometry) · การวัดแสง (Photometry) | ||||||||
- ↑ Standards organizations recommend that radiometric quantities should be denoted with a suffix "e" (for "energetic") to avoid confusion with photometric or photon quantities.
- 1 2 3 4 5 Alternative symbols sometimes seen: W or E for radiant energy, P or F for radiant flux, I for irradiance, W for radiant emittance.
- 1 2 3 4 5 6 Spectral quantities given per unit wavelength are denoted with suffix "λ" (Greek) to indicate a spectral concentration. Spectral functions of wavelength are indicated by "(λ)" in parentheses instead, for example in spectral transmittance, reflectance and responsivity.
- 1 2 3 Spectral quantities given per unit frequency are denoted with suffix "ν" (Greek)—not to be confused with the suffix "v" (for "visual") indicating a photometric quantity.
- ↑ NOAA / Space Weather Prediction Center includes a definition of the solar flux unit (SFU).
ดูเพิ่ม
[แก้]
อ้างอิง
[แก้]- ↑ Moran, M.J. and Shapiro, H.N., Fundamentals of Engineering Thermodynamics, Chapter 4. "Mass Conservation for an Open System", 5th Edition, John Wiley and Sons. ISBN 0-471-27471-2.
- ↑ Anderson, Leland I. (editor), Nikola Tesla On His Work With Alternating Currents and Their Application to Wireless Telegraphy, Telephony and Transmission of Power, 2002, ISBN 1-893817-01-6.