පදාර්ථ හා විකිරණ [1.තාප විකිරණය (iii)]

ඔන්න අද අපි මේ කතාකරන්නෙ පදාර්ථ හා විකිරණ පාඩමෙ 3 වන ලිපිය. මීට කලින් ලිපි කියෙව්වෙ නැත්තන් මෙතනින් ගිහිල්ල කියවන්න.
ඉතින් අද අපි කතා කරන්න යන්නෙ වැදගත් කොටසක්. ඒ තමයි මේ ස්ටෙෆාන් නියමය කියන්නෙ.

ස්ටෙෆාන් නියමය

කලින් අපි තාප විකිරණ ගැන කතාකළානෙ. ඉතින් ඉස්සර විදාඥයො පරීක්ෂණ කළා රත් වෙච්ච වස්තුවකින් පිටවන තාප විකිරණ සම්බන්ධව. ඔය අතරින් ප්‍රධානම විද්‍යාඥයෙක් තමයි මේ ස්ටෙෆාන් කියන්නෙ. මෙයා එයාගෙ අධ්‍යයන වලින් එයාගෙම කියල නියමයක් ඉදිරිපත් කළා. ඒකට තමයි කියන්නෙ ස්ටෙෆාන් නියමය කියල. මේ පරීක්ෂණ කළේ 1870 ගණන් වල. හරියටම කිව්වොත් මේ නියමය කිව්වෙ 1879 දි. ඉතින් පේනවනෙ මේ තාප විකිරණ අධ්‍යයනයට ලොකු ඉතිහාසයක් තියනව කියල. අපි බලමු මේ නියමයෙන් මොකක්ද කිව්වෙ කියල.

රත්වූ ක්‍ෘෂ්ණ වස්තුවක ඒකක වර්ගඵලයකින් තත්පරයකදී නිකුත් කරනු ලබන මුළු ශක්ති ප්‍රමාණය , එම වස්තුව පවතින තාපගතික උෂ්ණත්වයේ 4 වන බලයට සමානුපාතික වේ.

මේක මෙහෙම ලියන්න පුලුවන් ,

E α T⁴

ඕකෙ සමානුපාතිකත්වයේ නියතය (සමානුපාතයක් සමීකරණයක් කරන්න නියතයක් දාන්න ඕනෙ කියල දන්නවනෙ. අන්න ඒ නියතෙට තමයි සමානුපාතිකත්වයේ නියතය කියන්නෙ.) σ (සිග්මා). ඒකට කියනව ස්ටෙෆාන් නියතය නැත්තන් ස්ටෙෆාන් බෝල්ට්ස්මාන් නියතය කියලත් කියනව. ඒකෙ අගය තමයි මේ, ඒකක දිහාත් බලන්නකො. සමීකරණෙම්මයි ඇවිල්ල තියෙන්නෙ.

 එතකොට මේ සමීකරණය මෙහෙම ලියන්න පුලුවන්,

E = σT⁴ 

ඔය E වලින් කියවෙන්නෙ 1s දී ඒකක වර්ගඵලයකින් පිටවෙච්ච මුළු විකිරණ ශක්තියනෙ. එතකොට ඒ වස්තුවෙන් පිටවෙච්ච මුළු විකිරණ ශක්තිය ගන්නෙ කොහොමද? 

මේ සමීකරණයෙන් ගනන් හැදුවහම තමයි හරියටම මේ කියන කතාව අවබෝධ වෙන්නෙ. 
හැබැයි ගනන් හදන්න කලින් ඔයාල ඉගෙන ගෙන ඉන්න ඕනෙ ප්‍ෘෂ්ඨික අවශෝෂකතාව සහ ප්‍ෘෂ්ඨික විමෝචකතාව කියන එක. එහෙනම් අපි දැන් ඒ ගැන බලමු.

ප්‍ෘෂ්ඨික අවශෝෂකතාවය හා විමෝචකතාවය

අපි පලවෙනි ලිපියෙන් කිව්වනෙ රත්වෙච්ච වස්තුවකින් තාප විකිරණ පිටවෙන සීග්‍රතාවය ඒ වස්තුවෙ ප්‍ෘෂ්ඨික ස්වභාවය මත රඳා පවතිනව කියල. ඇයි මතක නැද්ද ලෙස්ලි ඝනකය.😀
ඉතින් මේ ප්‍ෘෂ්ඨික විමෝචකතාව කියන එක සංකේතවත් කරන්නෙ e අකුරෙන්. 
ඔන්න දැන් ඔයාලට අවබෝධ කරගන්න දෙයක් තියනව. ඒක තමයි මේ e ගෙ අර්ථ දැක්වීම. මේක අර්ථ දක්වන්න අපි ගන්නව ( මේක අපි විතරක් ගන්න එකක් නෙවේ. විමෝචකතාවය මෙහෙම තමයි අර්ථ දක්වන්නෙ ) ක්‍ෘෂ්ණ වස්තුවකුයි, ක්‍ෘෂ්ණ නොවන වස්තුවකුයි. 
එතකොට e කියන්නෙ, 
ක්‍ෘෂ්ණ නොවන වස්තුවකින් ඒකක කාලයකදී ඒකක වර්ගඵලයකින් පිටකරන විකිරණ ශක්තියත් (E₁) ඊට සමාන උෂ්ණත්වයේ පවතින පූර්ණ ක්‍ෘෂ්ණ වස්තුවක් මඟින් ඒකක කාලයකදි ඒකක වර්ගඵලයකින් පිටකරන විකිරණ ශක්තියත් (E₀) අතර අනුපාතය.
සමීකරණයක් විදිහට ලිව්වොත්,
e = E₁/E₀ මෙහෙම ලියන්න පුලුවන්.

e ට තියෙන්නෙ පුලුවන් උපරිම අගය ගැන දැන් ඔයාලට තේරෙන්න ඕනෙ. නැත්තන් වැඩක් නෑ. e ට තියෙන්න පුලුවන් උපරිම අගය 1 යි. ඇයි කවදාවත් පූර්ණ ක්‍ෘෂ්ණ වස්තුවකට වඩා වැඩිපුර විකිරණ පිටකරන ක්‍ෘෂ්ණ නොවන වස්තුවක් තියෙන්න බෑනෙ. ඒ නිසා කවදාවත් ලවයට එන්නෙ නෑ හරයට වඩා විශාල සංඛ්‍යාවක්. එතකොට හැමතිස්සෙම මේ අගය 1 ට අඩුයි. පූර්ණ ක්‍ෘෂ්ණ වස්තුවක් නම් විතරක් e =1 වෙනව. මං මේ හැමතැනම e කියල කිව්වෙ ප්‍ෘෂ්ඨික අවශෝෂකතාව. එතකොට,

E = σT⁴  

මේ සමීකරණෙට තව e එකක් එනව. ඒ මොකක් උනොත්ද? ඒ වස්තුව ක්‍ෘෂ්ණ නොවන වස්තුවක් උනොත්. ක්‍ෘෂ්ණ වස්තුවක්නම් ඉතින් ඔය සමීකරණෙම තමයි. මොකද e = 1 යිනෙ.

(e = 1 කියන එක තව විදිහකට කිව්වොත් විකිරණ පිටවීම සීයට සීයයි.100%)

දැන් අපි බලමු ප්‍ෘෂ්ඨික අවශෝෂකතාවය ගැන. මේක අර්ථ දක්වන්නෙ වෙනස් විදිහකට. හැබැයි හරි සරල දෙයක් තියෙන්නෙ. බලන්නකෝ,

එතකොට අපි මුලින් කිව්වනෙ ක්‍ෘෂ්ණ වස්තු හොඳ තාප අවශෝෂක වගේම විමෝචකද වෙනව කියල. එතකොට ඔයාලට දැන් පැහැදිළි වෙනව පූර්ණ ක්‍ෘෂ්ණ වස්තුවකට a වල අගය 1 යි කියල.

ඉතින් ඔන්න අපි ස්ටෙෆාන් නියමය ගැන ඔයාලට ගොඩාක් පැහැදිළිව කියල දුන්න. ආහ්... අර විමෝචකතාවෙට e , අවශෝෂකතාවෙට a ගත්තෙ ඒවගෙ ඉංග්‍රීසි වචන වලින්.

e = emissivity

a = absorptivity

හරිනෙ. 

දැන් ඔයාල කරන්න ඕනෙ ගනන් හදල මේක හොඳටම පුලුවන් කරගන්න එක. 

එහෙනම් මේ ගනන් ටික හදන්නකෝ.

1. A හා B ගෝල දෙකක අරයන් පිළිවෙළින් 8mm හා 4mm වේ. ගෝල දෙකෙහි ප්‍ෘෂ්ඨීය ස්වභාවය සර්වසම වන අතර පිළිවෙළින් සෙ.127 හා සෙ.527 උෂ්ණත්ව වල පවතී. ගෝල දෙකෙන් විකිරණ පිටවීමේ සීග්‍රතා අතර අනුපාතය සොයන්න.
2. විකිරණ තාපකයක දඟරය 0.6m දිගකින් හා 5mm අරයකින් යුක්තය. තාපකය 1.5 kW ලෙස සටහන් කර ඇත්නම් එහි ක්‍රියාකාරී උෂ්ණත්වය නිර්ණය කරන්න. මෙහිදී ඔබ ගන්නා උපකල්පන ඇතොත් ඒවාද සඳහන් කරන්න.
3. ප්‍ෘෂ්ඨික වර්ගඵලය 5 cm² වූ වස්තුවකින් සෙ.727 උෂ්ණත්වයකදී 5.4 J s¯¹ සීග්‍රතාවයකින් ශක්තිය විමෝචනය කරයි. වස්තුවේ ප්‍ෘෂ්ඨික විමෝචකතාව e සොයන්න.
4. දිග 1m හා විශ්කම්භය 1.5mm වන නික්‍රෝම් කම්බියක් සෙ.900 උෂ්ණත්වයකට නංවා ඇති විට එහි විකිරණ පිටවීමේ ක්ෂමතාව කොපමණද? 900සෙ. දී නික්‍රෝම් වල ප්‍ෘෂ්ඨික විමෝචකතාව 0.092 වේ.
5. සෙල්සියස් අංශක 127 උෂ්ණත්වයේ ඇති ක්‍ෘෂ්ණ වස්තුවකින් වර්ග මීටරයට වොට් 1 × 10⁶ සීග්‍රතාවයකින් ශක්තිය විමෝචනය කරයි.ඉන් ශක්තිය විමෝචනය වීමේ සීග්‍රතාව වර්ග මීටරයට වොට් 16 × 10⁶ වන්නේ කිනම් උෂ්ණත්වයකදීද?

මේ තියෙන්නෙ ගොඩක් ලේසි ගනන් ටිකක්. තියරිය තේරෙන්න තමයි දුන්නෙ. බලන්න ඔයාලට මේ උත්තර ආවද කියල.

1. 1:4
2. 1088K
3. 0.19
4. 46.4W
5. 800K

ඔයාලට මේ උත්තර ආවෙ නැත්තන් පහළින් comment කරන්න. කියලදෙන්නම්. මේවගෙදි ස්ටෙෆාන් නියතයට අපි අර කලින් ඉගෙන ගත්ත අගය දාන්නෙ. 

එහෙනම් ඊළඟට අපිට කතාකරන්න තියෙන්නෙ ක්‍ෘෂ්ණ වස්තු විකිරණයේ තීව්‍රතා ව්‍යාප්තිය ගැන. එහෙනම් අපි ඊළඟ ලිපියෙන් ඒ ගැන ඉගෙන ගමු.

ඔයාලට මේ පාඩම ගැන ගැටළු මොනවහරි තියනවනම් අනිවාර්‍යයෙන් පහළින් comment කරන්න. ඔයාලගෙ යාලුවන්ටත් මේ දේවල් ඉගෙන ගන්න මේක share කරන්න අමතක කරන්න එපා.