قانون ستيفان

قانون ستيفان ابتكر العالم النمساوي جوزيف ستيفان قانونه المعروف بقانون القوة الرابعة (T 4 law) في العام 1879م، حيث تم برهنة القانون رياضياً، في العام 1884م على يد زميله العالم النمساوي لودفيج بولتزمان.[١] نص قانون ستيفان يهتم قانون ستيفان بحرارة السطوح والأجسام، وكمية الإشعاع المنبعثة منها بحسب درجات حرارتها ومساحتها، وينص على أنّ: تحول الحرارة مرتبط بدرجة حرارة الأجسام التي تتأثر بالقوة الرابعة، حيث تعتمد القوة الرابعة على مساحة وحجم الجسم أو السطح الذي يمتص هذه الحرارة".[٢] قانون ستيفان-بولتزمان مشاركة العالم لودفيج بولتزمان، أسهمت بتطوير قانون ستيفان وإثبات صحته، فأصبح يعرف بقانون ستيفان-بولتزمان، وينص على أنّ: "مجموع الطاقة الكلية التي تنبعث من الجسم الأسود، ومجموع أطوالها الموجية، يمكن لها أن تزداد بحسب حرارة الجسم ومساحته، متناسبة مع القوة الرابعة".[٢] معادلة قانون ستيفان-بولتزمان المعادلة التي تمثل قانون ستيفان-بولتزمان هي: M = σ T 4،[٢] وتعني رموز المعادلة:[٢] M= مجموع الطاقة المنبعثة من سطح المادة، وتقاس بالواط (watts m-2). σ= ثابت ستيفان-بولتزمان الذي يساوي: 5.6697 × -8 10 k-4 wm-2 T= درجة الحرارة المنبعثة من الجسم وتقاس بالكالفن. ملاحظة: هنالك فائدة لمعادلة قانون ستيفان-بولتزمان، فيمكن فهمها من خلال أخذ أمثلةٍ محددة على ما يسمى (الجسم الأسود) المثالي.[٢] الجسم الأسود الجسم الأسود هو جسم مثالي مفترض، يتميز بامتصاصه كل الضوء الواقع عليه، ولا يعكس منه شيئاً في المقابل، كما لا يسمح للضوء أن يمر من خلاله أبداً، ثمّ يبدأ الجسم الأسود بالإشعاع، بفعل الطاقة الناتجة عن امتصاصه للضوء، أما أفضل مثالٍ على الجسم الأسود، فهو الشمس، أو النجوم التي تقترب بسبب مساحتها وحجمها الكبير من أن تكون مثالية كأجسامٍ سوداء، ويمكن من خلال قانون ستيفان-بولتزمان، معرفة مقدار ما سيصدره الجسم الأسود من ضوء، بعد أن يمتص كل ما وقع عليه من ضوء ليصبح مشعاً، كما يُمكننا القانون من معرفة الطول الموجي لموجات الضوء التي يصدرها الجسم الأسود، من خلال المقياس الوحيد الذي يمثله القانون وهو درجة الحرارة.[٣]