آلية كلفن هلمهولتز

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى: تصفح، ‏ ابحث

يالإنكليزية Kelvin–Helmholtz mechanism وهي عملية فلكية عندما يبرد سطح النجم أو الكوكب. وتسبب هذه البرودة سقوطا في الضغط ونتيجة لذلك ينكمش النجم أو الكوكب. وبدوره هذا الضغط يرفع من حرارة نواة النجم أو الكوكب. وتدل هذه الآلية على أن الحرارة المركزية للمشتري وزحل والأقزام البنية غير كافية لحدوث اندماج نووي. ولهذا يقدر سبب أشعاع المشتري وزحل طاقة إلى الخارج أكثر من الطاقة التي يكتسبها من الشمس..[1]

أقترحت هذه النظرية أساسا من قبل اللورد كلفن وهرمان فون هلمهولتز في أواخر سنة 1800 لشرح طاقة الشمس. في منتصف القرن التاسع أصبح قانون بقاء الطاقة مقبولا، وبالتالي يجب أن تملك الشمس مصدر للطاقة لتستمر في الإشعاع, وبسبب عدم معرفة التفاعلات النووية في ذلك الوقت اعتقدوا أن مصدر الطاقة هو انكماش الجاذبية.

لكن سرعان ما أوضح آرثر إيدنجتون أن الإشعاع الشمسي بهذه الآلية لا يدوم إلا ملايين السنين وهذا ما يناقض الأدلة الجيولوجية والبيولوجية التي تشير غلى أن عمر الأرض بلايين السنيين. وبقي مصدر الطاقة الشمسية غير معروف حتى سنة 1930 حين اكتشفت التفاعلات والاندماج النووي بواسطة هانز بيته.

الطاقة المتولدة بسبب ألية كلفن-هلمهولتز[عدل]

كان يعتقد بأن طاقة الوضع (الطاقة الكامنة للجاذبية) الشمسية الناتجة عن انكماش الشمس هي سبب الإشعاع الشمسي. ولحساب الطاقة الصادرة عن الشمس بمثل هذه الآلية (على افتراض تجانس الكثافة)، وعلى فرض الشكل تقريبا هو اتحاد مركزي من القشور. وبالتالي يمكن إيجاد طاقة الجاذبية الكامنة من ميكانيك نيوتن حسب المعادلة:

U = -\frac{Gm_1m_2}{r}

حيث G ثابت الجاذبية الشمسي، والكتلتين m1,m2 هي لقشرتين بسماكة dr. والكتلة الكلية لشعاع r تتم بالتكامل من الصفر إلى نصف قطر الشمس R

U = -G\int_{0}^{R} \frac{m(r) 4 \pi r^2 \rho}{r}\, dr

حيث R هو نصف القطر الخارجي للكرة وmr هي الكتلة في نصف القطر r . ويكون تغير الكتلة mr كتابع للحجم والكثافة :

U = -G\int_{0}^{R} \frac{4 \pi r^3 \rho 4 \pi r^2 \rho}{3r}\, dr = -\frac{16}{15}G \pi^2 \rho^2 R^5

و بإعادة الصياغة بالتعويض بالكتلة الكلية تصبح:

U = -\frac{3M^2G}{5R}

و بما أن تجانس الكثافة غير صحيح، يمكن الحصول على قيمة تقريبية للحياة المتوقعة لشمسنا بإدخال القيم المعروفة لدينا لكتلة الشمس ونصف قطرها ومن ثم القسمة على ضياء المعروف أيضا مع ملاحظة أن هذا الحساب يوجد فيه تقريب آخر هو بأن الطاقة المنبعثة من الشمس ليس ثابتة:

\frac{U}{L_\bigodot} \approx \frac{2.3 \times 10^{41}\ \mathrm{J}}{4 \times 10^{26}\ \mathrm{W}} \approx 18,220,650\ \mathrm{years}

حيث L هي الضياء الشمسي وهذه القيمة تدل على أن الطاقة الشمسية بهذه الآلية ليست صحيحة وهي تتناقض مع الأدلة الجيولوجية.[2]

المراجع[عدل]

  1. ^ Patrick G. J. Irwin (2003). Giant Planets of Our Solar System: Atmospheres, Composition, and Structure. Springer. ISBN 3540006818. 
  2. ^ R. Pogge (2006 January 15). "The Kelvin-Helmholtz Mechanism". Lecture 12: As Long as the Sun Shines. Ohio State University. اطلع عليه بتاريخ 2009-11-05.