Radiasi termal suatu benda adalah radiasi elektromagnetik yang timbul dari bagian internal tersebut energi tubuh, yang dikaitkan dengan gerakan termal partikelnya.
Karakteristik utama radiasi termal benda yang dipanaskan hingga suhu tertentu T adalah:
1. Energi kilauR (T ) -jumlah energi yang dipancarkan per satuan waktu dari suatu satuan permukaan suatu benda, pada seluruh rentang panjang gelombang. Tergantung pada suhu, alam dan kondisi permukaan tubuh yang memancar. Dalam sistem SI R ( T ) memiliki dimensi [W/m2].
2. Kepadatan spektral luminositas energikR ( ,T) =dW/ D - jumlah energi yang dipancarkan oleh satuan permukaan suatu benda per satuan waktu dalam interval satuan panjang gelombang (mendekati panjang gelombang yang bersangkutan ). Itu. kuantitas ini secara numerik sama dengan rasio energi dW, dipancarkan dari suatu satuan luas per satuan waktu dalam rentang panjang gelombang yang sempit dari ke +d , dengan lebar interval ini. Hal ini tergantung pada suhu tubuh, panjang gelombang, serta sifat dan kondisi permukaan benda yang memancarkan. Dalam sistem SI R( , T) memiliki dimensi [W/m 3 ].
Luminositas energik R(T) terkait dengan kepadatan spektral luminositas energik R( , T) sebagai berikut:
(1) [W/m2]
3. Semua benda tidak hanya memancarkan, tetapi juga menyerap gelombang elektromagnetik yang terjadi di permukaannya. Untuk menentukan kapasitas penyerapan suatu benda dalam kaitannya dengan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang tertentu, konsep tersebut diperkenalkan koefisien serapan monokromatik-perbandingan besarnya energi gelombang monokromatik yang diserap permukaan suatu benda dengan besarnya energi gelombang monokromatik datang:
Koefisien serapan monokromatik adalah besaran tak berdimensi yang bergantung pada suhu dan panjang gelombang. Ini menunjukkan berapa sebagian kecil energi gelombang monokromatik yang diserap oleh permukaan benda. Nilai ( , T) dapat mengambil nilai dari 0 hingga 1.
Radiasi secara adiabatik sistem tertutup(tidak terjadinya pertukaran panas dengan lingkungan luar) disebut kesetimbangan. Jika Anda membuat lubang kecil di dinding rongga, keadaan kesetimbangan akan sedikit berubah dan radiasi yang keluar dari rongga akan sesuai dengan radiasi kesetimbangan.
Jika seberkas sinar diarahkan ke dalam lubang seperti itu, maka setelah dipantulkan dan diserap berulang kali pada dinding rongga, sinar tersebut tidak akan dapat keluar kembali. Artinya untuk lubang seperti itu koefisien serapan ( , T) = 1.
Rongga tertutup dengan lubang kecil berfungsi sebagai salah satu modelnya tubuh yang benar-benar hitam.
Tubuhnya benar-benar hitamadalah benda yang menyerap semua radiasi yang datang padanya, apapun arah datangnya radiasi, komposisi spektral dan polarisasinya (tanpa memantulkan atau mentransmisikan apapun).
Untuk benda yang benar-benar hitam, kerapatan luminositas spektral adalah fungsi universal dari panjang gelombang dan suhu F( , T) dan tidak bergantung pada sifatnya.
Semua benda di alam mencerminkan sebagian radiasi yang terjadi di permukaannya dan oleh karena itu tidak diklasifikasikan sebagai benda hitam mutlak. Jika koefisien serapan monokromatik suatu benda sama untuk semua panjang gelombang dan kurangunit(( , T) = Т =konstan<1),maka badan seperti itu disebut abu-abu. Koefisien penyerapan monokromatik benda abu-abu hanya bergantung pada suhu benda, sifatnya, dan keadaan permukaannya.
Kirchhoff menunjukkan bahwa untuk semua benda, apapun sifatnya, rasio kerapatan spektral luminositas energi terhadap koefisien penyerapan monokromatik adalah fungsi universal yang sama dari panjang gelombang dan suhu. F( , T) , sebagai kepadatan spektral luminositas energik dari benda hitam :
Persamaan (3) mewakili hukum Kirchhoff.
hukum Kirchhoff dapat dirumuskan seperti ini: untuk semua benda sistem yang berada dalam kesetimbangan termodinamika, rasio kerapatan spektral luminositas energi terhadap koefisien Penyerapan monokromatik tidak bergantung pada sifat benda, fungsinya sama untuk semua benda, bergantung pada panjang gelombang dan suhu T.
Dari rumus di atas dan rumus (3) jelas bahwa pada suhu tertentu benda abu-abu yang memiliki koefisien serapan besar mengeluarkan emisi lebih kuat, dan benda hitam mengeluarkan emisi paling kuat. Karena untuk benda yang benar-benar hitam( , T)=1, maka dari rumus (3) diperoleh fungsi universal F( , T) mewakili kepadatan luminositas spektral benda hitam
Jadi apa itu radiasi termal?
Radiasi termal adalah radiasi elektromagnetik yang timbul akibat energi gerak rotasi dan vibrasi atom dan molekul dalam suatu zat. Radiasi termal merupakan karakteristik semua benda yang memiliki suhu di atas nol mutlak.
Radiasi termal tubuh manusia termasuk dalam rentang gelombang elektromagnetik inframerah. Radiasi tersebut pertama kali ditemukan oleh astronom Inggris William Herschel. Pada tahun 1865, fisikawan Inggris J. Maxwell membuktikan bahwa radiasi infra merah bersifat elektromagnetik dan terdiri dari gelombang dengan panjang 760 nm hingga 1-2 mm. Paling sering, seluruh rentang radiasi IR dibagi menjadi beberapa area: dekat (750 nm-2.500nm), rata-rata (2.500 nm - 50.000nm) dan jangka panjang (50.000 nm-2.000.000nm).
Mari kita perhatikan kasus ketika benda A terletak di rongga B, yang dibatasi oleh cangkang C yang reflektif (tidak dapat ditembus radiasi) ideal (Gbr. 1). Akibat pemantulan berulang kali dari permukaan bagian dalam cangkang, radiasi akan disimpan di dalam rongga cermin dan sebagian diserap oleh benda A. Dalam kondisi seperti itu, sistem rongga B - benda A tidak akan kehilangan energi, tetapi hanya akan ada. menjadi pertukaran energi terus menerus antara benda A dan radiasi yang mengisi rongga B.
Gambar.1. Refleksi ganda gelombang panas dari dinding cermin rongga B
Jika distribusi energi tetap tidak berubah untuk setiap panjang gelombang, maka keadaan sistem tersebut akan setimbang, dan radiasi juga akan setimbang. Satu-satunya jenis radiasi kesetimbangan adalah termal. Jika karena alasan tertentu keseimbangan antara radiasi dan benda bergeser, maka mulai terjadi proses termodinamika yang akan mengembalikan sistem ke keadaan setimbang. Jika benda A mulai mengeluarkan lebih banyak daripada yang diserapnya, maka tubuh mulai kehilangan energi internal dan suhu tubuh (sebagai ukuran energi internal) akan mulai turun, yang akan mengurangi jumlah energi yang dipancarkan. Suhu tubuh akan turun hingga jumlah energi yang dikeluarkan sama dengan jumlah energi yang diserap tubuh. Dengan demikian akan terjadi keadaan setimbang.
Radiasi termal kesetimbangan memiliki sifat-sifat sebagai berikut: homogen (kerapatan fluks energi yang sama di semua titik rongga), isotropik (kemungkinan arah rambat sama-sama mungkin), tidak terpolarisasi (arah dan nilai vektor kekuatan medan listrik dan medan magnet di semua titik rongga berubah secara kacau).
Karakteristik kuantitatif utama dari radiasi termal adalah:
- luminositas energik adalah jumlah energi radiasi elektromagnetik pada seluruh rentang panjang gelombang radiasi termal yang dipancarkan suatu benda ke segala arah dari suatu satuan luas permukaan per satuan waktu: R = E/(S t), [J/(m 2 s)] = [W /m 2 ] Luminositas energi bergantung pada sifat benda, suhu benda, keadaan permukaan benda, dan panjang gelombang radiasi.
- kepadatan luminositas spektral - luminositas energik suatu benda untuk panjang gelombang tertentu (λ + dλ) pada suhu tertentu (T + dT): R λ,T = f(λ, T).
Luminositas energik suatu benda dalam panjang gelombang tertentu dihitung dengan mengintegrasikan R λ,T = f(λ, T) untuk T = const:
- koefisien penyerapan
- perbandingan energi yang diserap tubuh dengan energi yang datang. Jadi, jika radiasi dari fluks dФ inc jatuh pada suatu benda, maka salah satu bagiannya dipantulkan dari permukaan benda - dФ neg, bagian lainnya masuk ke dalam tubuh dan sebagian berubah menjadi panas dФ abs, dan bagian ketiga , setelah beberapa kali refleksi internal, melewati benda ke luar dФ inc : α = dФ abs./dФ bawah.
Koefisien serapan α bergantung pada sifat benda penyerap, panjang gelombang radiasi yang diserap, suhu dan keadaan permukaan benda.
- koefisien serapan monokromatik- koefisien penyerapan radiasi termal dengan panjang gelombang tertentu pada suhu tertentu: α λ,T = f(λ,T)
Di antara benda-benda tersebut terdapat benda-benda yang mampu menyerap semua radiasi termal dengan panjang gelombang berapa pun yang menimpanya. Benda penyerap idealnya disebut tubuh yang benar-benar hitam. Bagi mereka α =1.
Ada juga benda abu-abu yang memiliki α<1, но одинаковый для всех длин волн инфракрасного диапазона.
Model benda hitam berupa bukaan rongga kecil dengan cangkang tahan panas. Diameter lubang tidak lebih dari 0,1 diameter rongga. Pada suhu konstan, sejumlah energi dipancarkan dari lubang, sesuai dengan luminositas energik benda yang benar-benar hitam. Tapi lubang hitam adalah sebuah idealisasi. Namun hukum radiasi termal benda hitam membantu mendekati pola sebenarnya.
2. Hukum radiasi termal
1. Hukum Kirchhoff. Radiasi termal adalah keseimbangan - jumlah energi yang dipancarkan suatu benda adalah seberapa banyak energi yang diserapnya. Untuk tiga benda yang terletak dalam rongga tertutup kita dapat menulis:
Hubungan yang ditunjukkan juga akan berlaku jika salah satu benda adalah AC:
Karena untuk benda hitam α λT .
Ini adalah hukum Kirchhoff: rasio kerapatan spektral luminositas energi suatu benda dengan koefisien serapan monokromatiknya (pada suhu tertentu dan untuk panjang gelombang tertentu) tidak bergantung pada sifat benda dan sama untuk semua benda. kerapatan spektral luminositas energik pada suhu dan panjang gelombang yang sama.
Akibat wajar dari hukum Kirchhoff:
1. Luminositas energetik spektral benda hitam adalah fungsi universal dari panjang gelombang dan suhu tubuh.
2. Luminositas energi spektral benda hitam adalah yang terbesar.
3. Luminositas energi spektral suatu benda sembarang sama dengan hasil kali koefisien serapannya dan luminositas energi spektral suatu benda yang benar-benar hitam.
4. Setiap benda pada suhu tertentu memancarkan gelombang dengan panjang gelombang yang sama dengan yang dipancarkannya pada suhu tertentu.
Sebuah studi sistematis tentang spektrum sejumlah unsur memungkinkan Kirchhoff dan Bunsen membangun hubungan yang jelas antara spektrum serapan dan emisi gas dan individualitas atom-atom yang bersangkutan. Jadi itu diusulkan analisis spektral, yang dengannya Anda dapat mengidentifikasi zat yang konsentrasinya 0,1 nm.
Distribusi kerapatan spektral luminositas energi untuk benda yang benar-benar hitam, benda abu-abu, benda sembarang. Kurva terakhir memiliki beberapa maksimum dan minimum, yang menunjukkan selektivitas emisi dan penyerapan benda-benda tersebut.
2. Hukum Stefan-Boltzmann.
Pada tahun 1879, ilmuwan Austria Joseph Stefan (secara eksperimental untuk benda sembarang) dan Ludwig Boltzmann (secara teoritis untuk benda hitam) menetapkan bahwa luminositas energi total pada seluruh rentang panjang gelombang sebanding dengan pangkat empat suhu absolut benda:
3. Hukum Anggur.
Fisikawan Jerman Wilhelm Wien pada tahun 1893 merumuskan hukum yang menentukan posisi kerapatan spektral maksimum luminositas energik suatu benda dalam spektrum radiasi benda hitam bergantung pada suhu. Menurut hukum, panjang gelombang λ maks, yang merupakan kerapatan spektral maksimum luminositas energi benda hitam, berbanding terbalik dengan suhu absolutnya T: λ maks = в/t, di mana в = 2,9*10 -3 m·K adalah konstanta Wien.
Jadi, dengan meningkatnya suhu, tidak hanya energi radiasi total yang berubah, tetapi juga bentuk kurva distribusi kerapatan spektral luminositas energi. Dengan meningkatnya suhu, kerapatan spektral maksimum bergeser ke arah panjang gelombang yang lebih pendek. Oleh karena itu hukum Wien disebut hukum perpindahan.
Hukum Anggur Berlaku dalam pirometri optik- metode untuk menentukan suhu dari spektrum radiasi benda berpemanas tinggi yang jauh dari pengamat. Metode inilah yang pertama kali menentukan suhu Matahari (untuk 470 nm T = 6160 K).
Hukum yang disajikan tidak memungkinkan kita untuk secara teoritis menemukan persamaan distribusi kerapatan spektral luminositas energik pada panjang gelombang. Karya Rayleigh dan Jeans, di mana para ilmuwan mempelajari komposisi spektral radiasi benda hitam berdasarkan hukum fisika klasik, menimbulkan kesulitan mendasar yang disebut bencana ultraviolet. Dalam rentang gelombang UV, luminositas energik benda hitam seharusnya mencapai tak terhingga, meskipun dalam percobaan menurun hingga nol. Hasil ini bertentangan dengan hukum kekekalan energi.
4. Teori Planck. Seorang ilmuwan Jerman pada tahun 1900 mengajukan hipotesis bahwa benda tidak mengeluarkan emisi secara terus menerus, tetapi dalam porsi yang terpisah - kuanta. Energi kuantum sebanding dengan frekuensi radiasi: E = hν = h·c/λ, dengan h = 6,63*10 -34 J·s Konstanta Planck.
Dipandu oleh gagasan tentang radiasi kuantum benda hitam, ia memperoleh persamaan kerapatan spektral luminositas energi benda hitam:
Rumus ini sesuai dengan data eksperimen pada seluruh rentang panjang gelombang pada semua suhu.
Matahari merupakan sumber utama radiasi panas di alam. Radiasi matahari menempati rentang panjang gelombang yang luas: dari 0,1 nm hingga 10 m atau lebih. 99% energi matahari terjadi pada kisaran 280 hingga 6000 nm. Per satuan luas permukaan bumi, di pegunungan terdapat 800 hingga 1000 W/m2. Satu per dua miliar panas mencapai permukaan bumi - 9,23 J/cm2. Untuk kisaran radiasi termal dari 6000 hingga 500000 nm menyumbang 0,4% energi matahari. Di atmosfer bumi, sebagian besar radiasi infra merah diserap oleh molekul air, oksigen, nitrogen, dan karbon dioksida. Jangkauan radio juga sebagian besar diserap oleh atmosfer.
Banyaknya energi yang dibawa sinar matahari per 1 s pada luas 1 meter persegi yang terletak di luar atmosfer bumi pada ketinggian 82 km tegak lurus sinar matahari disebut konstanta matahari. Itu sama dengan 1,4 * 10 3 W/m 2.
Distribusi spektral kerapatan fluks normal radiasi matahari bertepatan dengan distribusi spektral benda hitam pada suhu 6000 derajat. Oleh karena itu, Matahari relatif terhadap radiasi termal adalah benda hitam.
3. Radiasi dari benda nyata dan tubuh manusia
Radiasi termal dari permukaan tubuh manusia berperan besar dalam perpindahan panas. Ada beberapa metode perpindahan panas: konduktivitas termal (konduksi), konveksi, radiasi, penguapan. Tergantung pada kondisi di mana seseorang berada, masing-masing metode ini mungkin memiliki peran dominan (misalnya, pada suhu lingkungan yang sangat tinggi, peran utama adalah penguapan, dan dalam air dingin - konduksi, dan suhu air 15 derajat adalah lingkungan yang mematikan bagi orang telanjang, dan setelah 2-4 jam pingsan dan kematian terjadi karena hipotermia otak). Porsi radiasi dalam total perpindahan panas dapat berkisar antara 75 hingga 25%. Dalam kondisi normal, sekitar 50% dalam keadaan istirahat fisiologis.
Radiasi termal, yang berperan dalam kehidupan organisme hidup, dibagi menjadi panjang gelombang pendek (dari 0,3 hingga 3 mikron) dan panjang gelombang yang panjang (dari 5 hingga 100 mikron). Sumber radiasi gelombang pendek adalah Matahari dan nyala api terbuka, dan organisme hidup secara eksklusif merupakan penerima radiasi tersebut. Radiasi gelombang panjang dipancarkan dan diserap oleh organisme hidup.
Nilai koefisien penyerapan tergantung pada rasio suhu medium dan benda, luas interaksinya, orientasi area tersebut, dan untuk radiasi gelombang pendek - pada warna permukaan. Jadi, pada orang kulit hitam hanya 18% radiasi gelombang pendek yang dipantulkan, sedangkan pada ras kulit putih sekitar 40% (kemungkinan besar, warna kulit orang kulit hitam dalam evolusi tidak ada hubungannya dengan perpindahan panas). Untuk radiasi gelombang panjang, koefisien serapannya mendekati 1.
Menghitung perpindahan panas secara radiasi merupakan tugas yang sangat sulit. Hukum Stefan-Boltzmann tidak dapat digunakan untuk benda nyata, karena benda tersebut memiliki ketergantungan luminositas energik yang lebih kompleks pada suhu. Ternyata itu tergantung suhu, sifat benda, bentuk benda, dan keadaan permukaannya. Dengan perubahan suhu, koefisien σ dan eksponen suhu berubah. Permukaan tubuh manusia memiliki konfigurasi yang kompleks, orang tersebut mengenakan pakaian yang mengubah radiasi, dan prosesnya dipengaruhi oleh postur tubuh orang tersebut.
Untuk benda abu-abu, daya radiasi pada seluruh rentang ditentukan dengan rumus: P = α d.t. σ·T 4 ·S Mengingat, dengan perkiraan tertentu, benda nyata (kulit manusia, bahan pakaian) mendekati benda abu-abu, kita dapat menemukan rumus untuk menghitung daya radiasi benda nyata pada suhu tertentu: P = α· σ·T 4 ·S Dalam kondisi berbeda suhu benda yang memancar dan lingkungan: P = α·σ·(T 1 4 - T 2 4)·S
Ada ciri-ciri kerapatan spektral luminositas energi benda nyata: pada 310 KE, yang sesuai dengan suhu rata-rata tubuh manusia, radiasi termal maksimum terjadi pada 9700 nm. Setiap perubahan suhu tubuh menyebabkan perubahan kekuatan radiasi termal dari permukaan tubuh (cukup 0,1 derajat). Oleh karena itu, studi tentang area kulit yang terhubung melalui sistem saraf pusat ke organ tertentu membantu mengidentifikasi penyakit yang menyebabkan perubahan suhu cukup signifikan ( termografi zona Zakharyin-Ged).
Metode pijat non-kontak yang menarik dengan biofield manusia (Juna Davitashvili). Daya radiasi panas telapak tangan 0,1 W, dan sensitivitas termal kulit adalah 0,0001 W/cm 2 . Jika Anda bertindak berdasarkan zona-zona di atas, Anda secara refleks dapat merangsang kerja organ-organ ini.
4. Efek biologis dan terapeutik dari panas dan dingin
Tubuh manusia secara konstan memancarkan dan menyerap radiasi panas. Proses ini bergantung pada suhu tubuh manusia dan lingkungan. Radiasi infra merah maksimum tubuh manusia berada pada 9300 nm.
Dengan iradiasi IR dosis kecil dan menengah, proses metabolisme ditingkatkan dan reaksi enzimatik, proses regenerasi dan perbaikan dipercepat.
Sebagai hasil dari aksi sinar infra merah dan radiasi tampak, zat aktif biologis (bradikinin, kalidin, histamin, asetilkolin, terutama zat vasomotor, yang berperan dalam implementasi dan pengaturan aliran darah lokal) terbentuk di jaringan.
Sebagai hasil dari aksi sinar infra merah, termoreseptor di kulit diaktifkan, informasi darinya dikirim ke hipotalamus, akibatnya pembuluh darah di kulit membesar, volume darah yang bersirkulasi di dalamnya meningkat, dan berkeringat. meningkat.
Kedalaman penetrasi sinar infra merah tergantung pada panjang gelombang, kelembapan kulit, pengisiannya dengan darah, derajat pigmentasi, dll.
Eritema merah muncul pada kulit manusia di bawah pengaruh sinar infra merah.
Ini digunakan dalam praktik klinis untuk mempengaruhi hemodinamik lokal dan umum, meningkatkan keringat, mengendurkan otot, mengurangi rasa sakit, mempercepat resorpsi hematoma, infiltrat, dll.
Dalam kondisi hipertermia, efek antitumor dari terapi radiasi—termoradioterapi—meningkat.
Indikasi utama penggunaan terapi IR: proses inflamasi akut non-purulen, luka bakar dan radang dingin, proses inflamasi kronis, bisul, kontraktur, perlengketan, cedera sendi, ligamen dan otot, miositis, mialgia, neuralgia. Kontraindikasi utama: tumor, radang bernanah, perdarahan, kegagalan peredaran darah.
Pilek digunakan untuk menghentikan pendarahan, menghilangkan rasa sakit, dan mengobati penyakit kulit tertentu. Pengerasan menyebabkan umur panjang.
Di bawah pengaruh dingin, detak jantung dan tekanan darah menurun, dan reaksi refleks terhambat.
Dalam dosis tertentu, dingin merangsang penyembuhan luka bakar, luka bernanah, tukak trofik, erosi, dan konjungtivitis.
Kriobiologi- mempelajari proses yang terjadi dalam sel, jaringan, organ dan tubuh di bawah pengaruh suhu non-fisiologis yang rendah.
Digunakan dalam pengobatan cryoterapi Dan hipertermia. Cryotherapy mencakup metode yang didasarkan pada pendinginan jaringan dan organ dalam dosis tertentu. Cryosurgery (bagian dari cryotherapy) menggunakan pembekuan jaringan lokal untuk tujuan pengangkatannya (bagian dari amandel. Jika semuanya - cryotonsilektomi. Tumor dapat diangkat, misalnya kulit, leher rahim, dll.) Cryoextraction berdasarkan cryoadhesion (adhesi pada tubuh basah ke pisau bedah beku ) - pemisahan bagian dari organ.
Dengan hipertermia, fungsi organ dapat dipertahankan secara in vivo untuk beberapa waktu. Hipotermia dengan bantuan anestesi digunakan untuk menjaga fungsi organ tanpa adanya suplai darah, karena metabolisme jaringan melambat. Jaringan menjadi resisten terhadap hipoksia. Anestesi dingin digunakan.
Pengaruh panas dilakukan dengan menggunakan lampu pijar (lampu Minin, Solux, penangas panas ringan, lampu sinar IR) menggunakan media fisik yang mempunyai kapasitas panas tinggi, konduktivitas termal yang buruk dan kemampuan menahan panas yang baik: lumpur, parafin, ozokerit, naftalena, dll.
5. Dasar fisik termografi
Termografi, atau pencitraan termal, adalah metode diagnostik fungsional berdasarkan pencatatan radiasi infra merah dari tubuh manusia.
Ada 2 jenis termografi:
- kontak termografi kolesterik: Metode ini menggunakan sifat optik kristal cair kolesterik (campuran multikomponen ester dan turunan kolesterol lainnya). Zat-zat tersebut secara selektif mencerminkan panjang gelombang yang berbeda, yang memungkinkan untuk memperoleh gambar medan termal permukaan tubuh manusia pada film-film zat-zat ini. Aliran cahaya putih diarahkan ke film. Panjang gelombang yang berbeda dipantulkan secara berbeda dari film tergantung pada suhu permukaan dimana kolesterik diterapkan.
Di bawah pengaruh suhu, penderita kolesterol dapat berubah warna dari merah menjadi ungu. Hasilnya, gambar berwarna dari medan termal tubuh manusia terbentuk, yang mudah diuraikan, mengetahui hubungan suhu-warna. Ada kolesterik yang memungkinkan Anda mencatat perbedaan suhu 0,1 derajat. Dengan demikian, dimungkinkan untuk menentukan batas-batas proses inflamasi, fokus infiltrasi inflamasi pada berbagai tahap perkembangannya.
Dalam onkologi, termografi memungkinkan untuk mengidentifikasi kelenjar metastasis dengan diameter 1,5-2 mm di kelenjar susu, kulit, kelenjar tiroid; dalam bidang ortopedi dan traumatologi, menilai suplai darah ke setiap segmen anggota tubuh, misalnya sebelum amputasi, mengantisipasi kedalaman luka bakar, dll; di bidang kardiologi dan angiologi, mengidentifikasi gangguan fungsi normal sistem kardiovaskular, gangguan peredaran darah akibat penyakit getaran, peradangan dan penyumbatan pembuluh darah; varises, dll.; dalam bedah saraf, menentukan lokasi lesi konduksi saraf, memastikan lokasi kelumpuhan saraf yang disebabkan oleh pitam; dalam kebidanan dan ginekologi, menentukan kehamilan, lokalisasi tempat anak; mendiagnosis berbagai proses inflamasi.
- Teletermografi - didasarkan pada konversi radiasi infra merah dari tubuh manusia menjadi sinyal listrik yang direkam pada layar pencitra termal atau alat perekam lainnya. Metodenya non-kontak.
Radiasi IR dirasakan oleh sistem cermin, setelah itu sinar IR diarahkan ke penerima gelombang IR, yang bagian utamanya adalah detektor (fotoresistor, bolometer logam atau semikonduktor, termoelemen, indikator fotokimia, konverter elektron-optik, piezoelektrik detektor, dll.).
Sinyal listrik dari penerima ditransmisikan ke amplifier, dan kemudian ke perangkat kontrol, yang berfungsi untuk menggerakkan cermin (memindai objek), memanaskan sumber cahaya titik TIS (sebanding dengan radiasi termal), dan memindahkan film fotografi. Setiap kali film disinari dengan TIS sesuai dengan suhu tubuh di lokasi penelitian.
Setelah perangkat kontrol, sinyal dapat dikirim ke sistem komputer dengan tampilan. Hal ini memungkinkan Anda untuk menyimpan termogram dan memprosesnya menggunakan program analitik. Kemampuan tambahan disediakan oleh pencitra termal berwarna (warna yang suhunya serupa ditunjukkan dalam warna kontras), dan isoterm dapat digambar.
Banyak perusahaan baru-baru ini menyadari fakta bahwa “menjangkau” klien potensial terkadang cukup sulit; bidang informasi mereka dipenuhi dengan berbagai jenis pesan iklan sehingga tidak lagi dianggap.
Penjualan telepon aktif menjadi salah satu cara paling efektif untuk meningkatkan penjualan dalam waktu singkat. Panggilan dingin ditujukan untuk menarik pelanggan yang sebelumnya belum pernah melamar suatu produk atau layanan, tetapi karena beberapa faktor merupakan pelanggan potensial. Setelah menghubungi nomor telepon, manajer penjualan yang aktif harus memahami dengan jelas tujuan panggilan dingin tersebut. Bagaimanapun, percakapan telepon memerlukan keahlian dan kesabaran khusus dari manajer penjualan, serta pengetahuan tentang teknik dan teknik negosiasi.
Luminositas energi tubuh- - besaran fisika yang merupakan fungsi suhu dan secara numerik sama dengan energi yang dipancarkan suatu benda per satuan waktu dari suatu satuan luas permukaan ke segala arah dan melintasi seluruh spektrum frekuensi. J/dtk m²=W/m²
Kepadatan spektral luminositas energik- fungsi frekuensi dan suhu yang mencirikan distribusi energi radiasi pada seluruh spektrum frekuensi (atau panjang gelombang). , Fungsi serupa dapat ditulis dalam panjang gelombang
Dapat dibuktikan bahwa kerapatan spektral luminositas energi, yang dinyatakan dalam frekuensi dan panjang gelombang, dihubungkan oleh hubungan:
Tubuhnya benar-benar hitam- idealisasi fisika yang digunakan dalam termodinamika, suatu benda yang menyerap semua radiasi elektromagnetik yang datang padanya di semua rentang dan tidak memantulkan apapun. Terlepas dari namanya, benda yang benar-benar hitam dapat memancarkan radiasi elektromagnetik dengan frekuensi berapa pun dan memiliki warna secara visual. Spektrum radiasi suatu benda yang benar-benar hitam hanya ditentukan oleh suhunya.
Pentingnya benda yang benar-benar hitam dalam pertanyaan tentang spektrum radiasi termal benda (abu-abu dan berwarna) secara umum, selain fakta bahwa ini mewakili kasus non-sepele yang paling sederhana, juga terletak pada kenyataan bahwa pertanyaannya spektrum radiasi termal kesetimbangan benda dengan warna apa pun dan koefisien refleksi direduksi dengan metode termodinamika klasik menjadi pertanyaan tentang radiasi benda yang benar-benar hitam (dan secara historis hal ini telah dilakukan pada akhir abad ke-19, ketika masalah radiasi benda yang benar-benar hitam mengemuka).
Benda hitam mutlak tidak ada di alam, jadi dalam fisika model digunakan untuk eksperimen. Itu adalah rongga tertutup dengan lubang kecil. Cahaya yang masuk melalui lubang ini akan diserap seluruhnya setelah dipantulkan berulang kali, dan lubang akan tampak hitam pekat dari luar. Namun ketika rongga ini dipanaskan, ia akan menghasilkan radiasi tampak sendiri. Karena radiasi yang dipancarkan oleh dinding bagian dalam rongga, sebelum keluar (bagaimanapun juga, lubangnya sangat kecil), dalam sebagian besar kasus akan mengalami penyerapan dan radiasi baru dalam jumlah besar, kita dapat mengatakan dengan yakin bahwa radiasi di dalam rongga berada dalam kesetimbangan termodinamika dengan dinding. (Faktanya, lubang sama sekali tidak penting untuk model ini, lubang hanya diperlukan untuk menekankan pengamatan mendasar dari radiasi yang terletak di dalamnya; lubang dapat, misalnya, ditutup sepenuhnya, dan dibuka dengan cepat hanya jika kesetimbangan telah tercapai. ditetapkan dan pengukuran sedang dilakukan).
2. Hukum radiasi Kirchhoff- hukum fisika yang ditetapkan oleh fisikawan Jerman Kirchhoff pada tahun 1859. Dalam rumusan modernnya, hukum tersebut berbunyi sebagai berikut: Rasio emisivitas suatu benda terhadap kapasitas penyerapannya adalah sama untuk semua benda pada suhu tertentu dan frekuensi tertentu dan tidak bergantung pada bentuk, komposisi kimia, dll.
Diketahui bahwa ketika radiasi elektromagnetik mengenai suatu benda, sebagian dipantulkan, sebagian diserap, dan sebagian lagi ditransmisikan. Fraksi radiasi yang diserap pada frekuensi tertentu disebut kapasitas penyerapan tubuh. Sebaliknya, setiap benda yang dipanaskan mengeluarkan energi menurut suatu hukum yang disebut emisivitas tubuh.
Nilai dan dapat sangat bervariasi ketika berpindah dari satu benda ke benda lain, namun menurut hukum radiasi Kirchhoff, rasio kemampuan emisi dan penyerapan tidak bergantung pada sifat benda dan merupakan fungsi universal dari frekuensi ( panjang gelombang) dan suhu:
Menurut definisi, benda yang benar-benar hitam menyerap semua radiasi yang mengenainya, yaitu untuknya. Oleh karena itu, fungsinya bertepatan dengan emisivitas suatu benda yang benar-benar hitam, yang dijelaskan oleh hukum Stefan-Boltzmann, sehingga emisivitas suatu benda dapat ditemukan hanya berdasarkan kapasitas penyerapannya.
Hukum Stefan-Boltzmann- hukum radiasi benda hitam. Menentukan ketergantungan kekuatan radiasi suatu benda yang benar-benar hitam pada suhunya. Pernyataan hukum: Kekuatan radiasi suatu benda yang benar-benar hitam berbanding lurus dengan luas permukaan dan pangkat empat suhu benda: P = Sεσ T 4, di mana ε adalah derajat emisivitas (untuk semua zat ε< 1, для абсолютно черного тела ε = 1).
Menggunakan hukum Planck untuk radiasi, konstanta σ dapat didefinisikan sebagai konstanta Planck, k- Konstanta Boltzmann, C- kecepatan cahaya.
Nilai numerik J s −1 m −2 K −4.
Fisikawan Jerman W. Wien (1864-1928), dengan mengandalkan hukum termo- dan elektrodinamika, menetapkan ketergantungan panjang gelombang l max yang sesuai dengan fungsi maksimum aku , T , pada suhu T. Menurut hukum perpindahan Wien,aku maks =b/T
yaitu panjang gelombang l maks sesuai dengan nilai maksimum kerapatan spektral luminositas energi aku, T benda hitam, berbanding terbalik dengan suhu termodinamikanya, B- Konstanta Wien: nilai eksperimennya adalah 2,9 · 10 -3 m K. Oleh karena itu, ekspresi (199,2) disebut hukum offset Kesalahannya adalah menunjukkan pergeseran posisi fungsi maksimum aku, T ketika suhu meningkat ke wilayah dengan panjang gelombang pendek. Hukum Wien menjelaskan mengapa, ketika suhu benda yang dipanaskan menurun, radiasi gelombang panjang semakin mendominasi spektrumnya (misalnya, transisi panas putih ke panas merah ketika logam mendingin).
Meskipun hukum Stefan-Boltzmann dan Wien memainkan peran penting dalam teori radiasi termal, hukum tersebut merupakan hukum khusus karena tidak memberikan gambaran umum tentang distribusi frekuensi energi pada suhu yang berbeda.
3. Biarkan dinding rongga ini memantulkan sepenuhnya cahaya yang menimpanya. Mari kita tempatkan benda di dalam rongga yang akan memancarkan energi cahaya. Medan elektromagnetik akan muncul di dalam rongga dan, pada akhirnya, akan diisi dengan radiasi yang berada dalam keadaan kesetimbangan termal dengan benda. Kesetimbangan juga akan terjadi ketika pertukaran panas suatu benda yang diteliti dengan lingkungan sekitarnya dihilangkan sepenuhnya (misalnya, kita akan melakukan eksperimen mental ini dalam ruang hampa, ketika tidak ada fenomena konduktivitas termal dan konveksi). Hanya melalui proses emisi dan penyerapan cahaya keseimbangan akan tercapai: benda yang memancar akan memiliki suhu yang sama dengan suhu radiasi elektromagnetik yang secara isotropis mengisi ruang di dalam rongga, dan setiap bagian permukaan benda yang dipilih akan memancarkan sebagai banyak energi per satuan waktu yang diserapnya. Dalam hal ini, keseimbangan harus terjadi terlepas dari sifat-sifat benda yang ditempatkan di dalam rongga tertutup, yang bagaimanapun juga mempengaruhi waktu yang diperlukan untuk mencapai keseimbangan. Kepadatan energi medan elektromagnetik dalam rongga, seperti yang akan ditunjukkan di bawah, dalam keadaan setimbang hanya ditentukan oleh suhu.
Untuk mengkarakterisasi radiasi termal kesetimbangan, tidak hanya kepadatan energi volumetrik yang penting, tetapi juga distribusi energi ini pada spektrum. Oleh karena itu, kita akan mengkarakterisasi radiasi kesetimbangan yang mengisi ruang di dalam rongga secara isotropis menggunakan fungsi tersebut kamu ω - kerapatan radiasi spektral, yaitu, energi rata-rata per satuan volume medan elektromagnetik, didistribusikan dalam interval frekuensi dari ω hingga ω + δω dan berhubungan dengan nilai interval ini. Jelas maksudnya kamuω harus sangat bergantung pada suhu, jadi kami menyatakannya kamu(ω, T). Kepadatan Energi Total kamu(T) dikaitkan dengan kamu(ω, T) rumus.
Sebenarnya, konsep suhu hanya berlaku untuk radiasi termal kesetimbangan. Dalam kondisi kesetimbangan, suhu harus tetap konstan. Namun, konsep suhu sering juga digunakan untuk mengkarakterisasi benda pijar yang tidak setimbang dengan radiasi. Selain itu, dengan perubahan yang lambat pada parameter sistem, pada periode waktu tertentu dimungkinkan untuk mengkarakterisasi suhunya, yang akan berubah secara perlahan. Jadi, misalnya jika tidak ada masuknya panas dan radiasi tersebut disebabkan oleh penurunan energi benda bercahaya, maka suhunya juga akan menurun.
Mari kita buat hubungan antara emisivitas benda yang benar-benar hitam dan kerapatan spektral radiasi kesetimbangan. Untuk melakukan ini, kami menghitung aliran energi yang datang pada satu area yang terletak di dalam rongga tertutup yang diisi dengan energi elektromagnetik dengan kepadatan rata-rata kamu ω . Biarkan radiasi jatuh pada suatu satuan luas dalam arah yang ditentukan oleh sudut θ dan ϕ (Gbr. 6a) dalam sudut padat dΩ:
Karena radiasi kesetimbangan bersifat isotropik, fraksi yang merambat pada sudut padat tertentu sama dengan energi total yang mengisi rongga. Aliran energi elektromagnetik melewati suatu satuan luas per satuan waktu
Mengganti melakukanΩ ekspresi dan integrasi pada ϕ dalam batas (0, 2π) dan pada θ dalam batas (0, π/2), kita memperoleh fluks energi total yang terjadi pada satuan luas:
Jelasnya, dalam kondisi kesetimbangan, ekspresi (13) perlu disamakan dengan emisivitas benda yang benar-benar hitam Rω, mengkarakterisasi fluks energi yang dipancarkan oleh platform dalam interval frekuensi satuan di dekat ω:
Dengan demikian, terlihat bahwa emisivitas benda hitam seluruhnya, hingga faktor c/4, bertepatan dengan kerapatan spektral radiasi kesetimbangan. Kesetaraan (14) harus dipenuhi untuk setiap komponen spektral radiasi, oleh karena itu berikut ini F(ω, T)= kamu(ω, T) (15)
Sebagai kesimpulan, kami menunjukkan bahwa radiasi benda hitam mutlak (misalnya, cahaya yang dipancarkan oleh lubang kecil di rongga) tidak lagi berada dalam kesetimbangan. Secara khusus, radiasi ini tidak isotropik, karena tidak merambat ke segala arah. Namun distribusi energi pada spektrum radiasi tersebut akan bertepatan dengan kerapatan spektral radiasi kesetimbangan yang secara isotropis mengisi ruang di dalam rongga. Hal ini memungkinkan kita untuk menggunakan relasi (14), yang valid pada suhu berapa pun. Tidak ada sumber cahaya lain yang memiliki distribusi energi serupa di seluruh spektrum. Misalnya, pelepasan listrik dalam gas atau pancaran cahaya akibat pengaruh reaksi kimia memiliki spektrum yang sangat berbeda dengan pancaran benda yang benar-benar hitam. Distribusi energi pada spektrum benda pijar juga sangat berbeda dari pancaran benda yang benar-benar hitam, yang lebih tinggi jika membandingkan spektrum sumber cahaya umum (lampu pijar dengan filamen tungsten) dan benda yang benar-benar hitam.
4. Berdasarkan hukum pemerataan energi berdasarkan derajat kebebasan: untuk setiap osilasi elektromagnetik, rata-rata terdapat energi yang merupakan jumlah dari dua bagian kT. Separuhnya disumbangkan oleh komponen listrik gelombang, dan separuhnya lagi disumbangkan oleh komponen magnetis. Dengan sendirinya, radiasi kesetimbangan dalam suatu rongga dapat direpresentasikan sebagai sistem gelombang berdiri. Banyaknya gelombang berdiri dalam ruang tiga dimensi diberikan oleh:
Dalam kasus kami, kecepatannya ay harus ditetapkan sama C, apalagi dua gelombang elektromagnetik yang frekuensinya sama, tetapi polarisasinya saling tegak lurus, dapat bergerak searah, maka (1) tambahannya harus dikalikan dua:
Jadi, Rayleigh dan Jeans, energi diberikan pada setiap getaran. Mengalikan (2) dengan , kita memperoleh kerapatan energi yang berada pada interval frekuensi dω:
Mengetahui hubungan emisivitas suatu benda yang berwarna hitam seluruhnya F(ω, T) dengan kepadatan kesetimbangan energi radiasi termal, misalnya F(ω, T) kita menemukan: Ekspresi (3) dan (4) disebut Rumus Rayleigh-Jeans.
Rumus (3) dan (4) cukup sesuai dengan data eksperimen hanya untuk panjang gelombang yang panjang; pada panjang gelombang yang lebih pendek, kesesuaian dengan eksperimen tersebut sangat berbeda. Selain itu, integrasi (3) pada ω dalam rentang dari 0 hingga kepadatan energi kesetimbangan kamu(T) memberikan nilai yang sangat besar. Hasil ini, disebut bencana ultraviolet, jelas bertentangan dengan eksperimen: keseimbangan antara radiasi dan benda yang memancar harus ditetapkan pada nilai yang terbatas kamu(T).
Bencana sinar ultraviolet- istilah fisik yang menggambarkan paradoks fisika klasik, yang terdiri dari fakta bahwa kekuatan total radiasi termal dari setiap benda yang dipanaskan pasti tidak terbatas. Paradoks ini mendapatkan namanya karena fakta bahwa kepadatan daya spektral radiasi seharusnya meningkat tanpa batas seiring dengan memendeknya panjang gelombang. Intinya, paradoks ini menunjukkan, jika bukan inkonsistensi internal fisika klasik, setidaknya terdapat perbedaan yang sangat tajam (absurd) dengan observasi dan eksperimen dasar.
5. Hipotesis Planck- hipotesis yang dikemukakan pada 14 Desember 1900 oleh Max Planck yang menyatakan bahwa selama radiasi termal, energi dipancarkan dan diserap tidak terus menerus, tetapi dalam kuanta (bagian) yang terpisah. Setiap bagian kuantum memiliki energi , sebanding dengan frekuensi ν radiasi:
Di mana H atau - koefisien proporsionalitas, yang kemudian disebut konstanta Planck. Berdasarkan hipotesis ini, ia mengusulkan penurunan teoretis tentang hubungan antara suhu suatu benda dan radiasi yang dipancarkan oleh benda tersebut - rumus Planck.
rumus Planck- ekspresi kepadatan daya spektral radiasi benda hitam, yang diperoleh Max Planck. Untuk kepadatan energi radiasi kamu(ω, T):
Rumus Planck diperoleh setelah menjadi jelas bahwa rumus Rayleigh-Jeans menggambarkan radiasi hanya di wilayah gelombang panjang dengan memuaskan. Untuk memperoleh rumus tersebut, Planck pada tahun 1900 membuat asumsi bahwa radiasi elektromagnetik dipancarkan dalam bentuk bagian energi tertentu (kuanta), yang besarnya berhubungan dengan frekuensi radiasi dengan persamaan:
Koefisien proporsionalitas selanjutnya disebut konstanta Planck, = 1,054 · 10 −27 erg s.
Untuk menjelaskan sifat-sifat radiasi termal, perlu diperkenalkan konsep emisi radiasi elektromagnetik dalam porsi (kuanta). Sifat kuantum radiasi juga diperkuat dengan adanya batas panjang gelombang pendek pada spektrum sinar-X bremsstrahlung.
Radiasi sinar-X terjadi ketika target padat dibombardir oleh elektron cepat. Di sini anoda terbuat dari W, Mo, Cu, Pt - logam tahan api berat atau logam dengan konduktivitas termal tinggi. Hanya 1–3% energi elektron yang digunakan untuk radiasi, sisanya dilepaskan di anoda dalam bentuk panas, sehingga anoda didinginkan dengan air. Begitu berada di dalam zat anoda, elektron mengalami penghambatan yang kuat dan menjadi sumber gelombang elektromagnetik (sinar-X).
Kecepatan awal elektron ketika menumbuk anoda ditentukan dengan rumus:
Di mana kamu– tegangan percepatan.
>Emisi yang terlihat hanya diamati dengan perlambatan tajam elektron cepat, mulai dari kamu~ 50 kV, sedangkan ( Dengan– kecepatan cahaya). Dalam akselerator elektron induksi - betatron, elektron memperoleh energi hingga 50 MeV, = 0,99995 Dengan. Dengan mengarahkan elektron tersebut ke target padat, kita memperoleh radiasi sinar-X dengan panjang gelombang pendek. Radiasi ini mempunyai daya tembus yang besar. Menurut elektrodinamika klasik, ketika sebuah elektron diperlambat, radiasi dari semua panjang gelombang dari nol hingga tak terhingga akan muncul. Panjang gelombang di mana daya radiasi maksimum terjadi akan berkurang seiring dengan meningkatnya kecepatan elektron. Namun, ada perbedaan mendasar dari teori klasik: distribusi daya nol tidak menuju ke titik asal koordinat, tetapi terputus pada nilai berhingga - ini adalah ujung gelombang pendek dari spektrum sinar-X.
Hal ini telah dibuktikan secara eksperimental
Keberadaan batas gelombang pendek secara langsung mengikuti sifat kuantum radiasi. Memang, jika radiasi terjadi karena energi yang hilang oleh elektron selama pengereman, maka energi kuantum tidak dapat melebihi energi elektron. Uni Eropa, yaitu , dari sini atau .
Pada percobaan ini kita dapat menentukan konstanta Planck H. Dari semua metode penentuan konstanta Planck, metode yang didasarkan pada pengukuran batas panjang gelombang pendek spektrum sinar-X bremsstrahlung adalah yang paling akurat.
7. Efek foto- ini adalah emisi elektron dari suatu zat di bawah pengaruh cahaya (dan, secara umum, radiasi elektromagnetik apa pun). Pada zat terkondensasi (padat dan cair) terdapat efek fotolistrik eksternal dan internal.
Hukum efek fotolistrik:
Perumusan hukum pertama efek fotolistrik: jumlah elektron yang dipancarkan cahaya dari permukaan suatu logam per satuan waktu pada frekuensi tertentu berbanding lurus dengan fluks cahaya yang menerangi logam tersebut.
Menurut hukum ke-2 efek fotolistrik, energi kinetik maksimum elektron yang dikeluarkan oleh cahaya meningkat secara linier dengan frekuensi cahaya dan tidak bergantung pada intensitasnya.
hukum ke-3 efek fotolistrik: untuk setiap zat terdapat batas merah efek fotolistrik, yaitu frekuensi cahaya minimum ν 0 (atau panjang gelombang maksimum λ 0), di mana efek fotolistrik masih mungkin terjadi, dan jika ν 0, maka efek fotolistrik tidak lagi terjadi. terjadi.
Penjelasan teoretis tentang hukum-hukum ini diberikan pada tahun 1905 oleh Einstein. Menurutnya, radiasi elektromagnetik adalah aliran kuanta individu (foton) dengan energi masing-masing hν, dengan h adalah konstanta Planck. Dengan efek fotolistrik, sebagian radiasi elektromagnetik yang datang dipantulkan dari permukaan logam, dan sebagian lagi menembus lapisan permukaan logam dan diserap di sana. Setelah menyerap foton, elektron menerima energi darinya dan, melakukan fungsi kerja, meninggalkan logam: Hν = Sebuah keluar + Kami, Di mana Kami- energi kinetik maksimum yang dimiliki elektron ketika meninggalkan logam.
Dari hukum kekekalan energi, ketika merepresentasikan cahaya dalam bentuk partikel (foton), rumus efek fotolistrik Einstein adalah sebagai berikut: Hν = Sebuah keluar + ek
Di mana Sebuah keluar- disebut fungsi kerja (energi minimum yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari suatu zat), Ek adalah energi kinetik elektron yang dipancarkan (tergantung pada kecepatannya, energi kinetik partikel relativistik dapat dihitung atau tidak), adalah frekuensi foton datang dengan energi Hν, H- Konstanta Planck.
Fungsi kerja- perbedaan antara energi minimum (biasanya diukur dalam elektron volt) yang harus diberikan kepada elektron untuk pelepasan “langsung” dari volume benda padat, dan energi Fermi.
Batas “Merah” pada efek foto- frekuensi minimum atau panjang gelombang maksimum λ maks cahaya, di mana efek fotolistrik eksternal masih mungkin terjadi, yaitu energi kinetik awal fotoelektron lebih besar dari nol. Frekuensinya hanya bergantung pada fungsi keluaran Sebuah keluar elektron: , dimana Sebuah keluar- fungsi kerja untuk fotokatoda tertentu, H adalah konstanta Planck, dan Dengan- kecepatan cahaya. Fungsi kerja Sebuah keluar tergantung pada bahan fotokatoda dan kondisi permukaannya. Emisi fotoelektron dimulai segera setelah cahaya dengan frekuensi atau panjang gelombang λ mengenai fotokatoda.
RADIASI TERMAL Hukum Stefan Boltzmann Hubungan antara luminositas energi R e dan kerapatan spektral luminositas energi benda hitam Luminositas energi benda abu-abu Hukum perpindahan Wien (hukum 1) Ketergantungan kerapatan spektral maksimum dari luminositas energi benda hitam suhu tubuh (hukum ke-2) rumus Planck
RADIASI TERMAL 1. Kerapatan spektral maksimum luminositas energi matahari terjadi pada panjang gelombang = 0,48 mikron. Dengan asumsi Matahari memancar sebagai benda hitam, tentukan: 1) suhu permukaannya; 2) daya yang dipancarkan permukaannya. Menurut hukum perpindahan Wien, Daya yang dipancarkan permukaan Matahari Menurut hukum Stefan Boltzmann,
RADIASI TERMAL 2. Tentukan banyaknya kalor yang hilang sebesar 50 cm 2 dari permukaan lelehan platina dalam waktu 1 menit, jika daya serap platina A T = 0,8. Titik leleh platina adalah 1770 °C. Jumlah panas yang hilang dari platina sama dengan energi yang dipancarkan oleh permukaan panasnya. Menurut hukum Stefan Boltzmann,
RADIASI TERMAL 3. Sebuah tungku listrik mengkonsumsi daya P = 500 W. Suhu permukaan dalamnya dengan lubang kecil terbuka berdiameter d = 5,0 cm adalah 700 °C. Berapa banyak konsumsi daya yang dihamburkan oleh dinding? Daya total ditentukan oleh jumlah Daya yang dilepaskan melalui lubang. Daya yang dihamburkan oleh dinding Menurut hukum Stefan Boltzmann,
RADIASI TERMAL 4 Sebuah filamen tungsten dipanaskan dalam ruang hampa dengan gaya arus I = 1 A hingga suhu T 1 = 1000 K. Pada kuat arus berapa filamen tersebut dipanaskan hingga suhu T 2 = 3000 K? Koefisien penyerapan tungsten dan resistivitasnya sesuai dengan suhu T 1, T 2 adalah: a 1 = 0,115 dan a 2 = 0,334; 1 = 25, Ohm m, 2 = 96, Ohm m Daya yang dipancarkan sama dengan daya yang dikonsumsi dari rangkaian listrik dalam keadaan tunak Daya listrik yang dilepaskan pada penghantar Menurut hukum Stefan Boltzmann,
RADIASI TERMAL 5. Dalam spektrum Matahari, kerapatan spektral maksimum luminositas energi terjadi pada panjang gelombang 0,0 = 0,47 mikron. Dengan asumsi bahwa Matahari memancarkan cahaya dalam bentuk benda yang sepenuhnya hitam, carilah intensitas radiasi matahari (yaitu, kerapatan fluks radiasi) di dekat Bumi di luar atmosfernya. Intensitas cahaya (intensitas radiasi) Fluks cahaya Menurut hukum Stefan Boltzmann dan Wien
RADIASI TERMAL 6. Panjang gelombang 0, yang merupakan energi maksimum dalam spektrum radiasi benda hitam, adalah 0,58 mikron. Tentukan kerapatan spektral maksimum luminositas energi (r, T) maks, dihitung untuk interval panjang gelombang = 1 nm, mendekati 0. Kerapatan spektral maksimum luminositas energi sebanding dengan pangkat lima suhu dan dinyatakan dengan hukum ke-2 Wien. Suhu T dinyatakan dari hukum perpindahan Wien, nilai C diberikan dalam satuan SI, dimana interval panjang gelombang satuan = 1 m. Sesuai dengan kondisi soal, maka perlu dihitung kerapatan luminositas spektral yang dihitung untuk interval panjang gelombang 1. nm, jadi kita tuliskan nilai C dalam satuan SI dan hitung ulang untuk interval panjang gelombang tertentu:
RADIASI TERMAL 7. Studi tentang spektrum radiasi matahari menunjukkan bahwa kerapatan spektral maksimum luminositas energi sesuai dengan panjang gelombang = 500 nm. Dengan menganggap Matahari sebagai benda hitam, tentukan: 1) luminositas energik R e Matahari; 2) aliran energi F e yang dipancarkan Matahari; 3) massa gelombang elektromagnetik (dari semua panjang) yang dipancarkan Matahari dalam 1 s. 1. Menurut hukum Stefan Boltzmann dan Wien 2. Fluks cahaya 3. Massa gelombang elektromagnetik (semua panjang) yang dipancarkan Matahari selama waktu t = 1 s, kita tentukan dengan menerapkan hukum proporsionalitas massa dan energi E = ms 2. Energi gelombang elektromagnetik yang dipancarkan selama waktu t, sama dengan produk aliran energi e ((daya radiasi) dengan waktu: E=Ф et. Oleh karena itu, e =ms 2, dari mana m= Ф e/s 2.
Energi yang hilang suatu benda akibat radiasi termal dicirikan oleh besaran berikut.
Fluks radiasi (F) - energi yang dipancarkan per satuan waktu dari seluruh permukaan tubuh.
Faktanya, inilah kekuatan radiasi termal. Dimensi fluks radiasi adalah [J/s = W].
Luminositas energi (Re) - energi radiasi termal yang dipancarkan per satuan waktu dari satuan permukaan benda yang dipanaskan:
Dalam sistem SI, luminositas energik diukur - [W/m 2 ].
Fluks radiasi dan luminositas energi bergantung pada struktur zat dan suhunya: = Ф(Т),
Distribusi luminositas energik pada spektrum radiasi termal menjadi ciri khasnya kepadatan spektral. Mari kita nyatakan energi radiasi termal yang dipancarkan oleh suatu satuan permukaan dalam 1 s dalam rentang panjang gelombang yang sempit λ ke λ + d λ, melalui dRe.
Kepadatan luminositas spektral (r) atau emisivitas Perbandingan luminositas energik pada bagian spektrum yang sempit (dRe) dengan lebar bagian tersebut (dλ) disebut:
Perkiraan bentuk kerapatan spektral dan luminositas energik (dRe) pada rentang panjang gelombang dari λ ke λ + d λ, ditunjukkan pada Gambar. 13.1.
Beras. 13.1. Kepadatan spektral luminositas energik
Ketergantungan kerapatan spektral luminositas energik pada panjang gelombang disebut spektrum radiasi tubuh. Pengetahuan tentang ketergantungan ini memungkinkan seseorang menghitung luminositas energik suatu benda dalam rentang panjang gelombang apa pun. Rumus untuk menghitung luminositas energik suatu benda dalam rentang panjang gelombang adalah:
Luminositas totalnya adalah:
Benda tidak hanya memancarkan, tetapi juga menyerap radiasi panas. Kemampuan suatu benda untuk menyerap energi radiasi bergantung pada zat, suhu, dan panjang gelombang radiasi. Kapasitas penyerapan tubuh ditandai dengan koefisien penyerapan monokromatik α.
Biarkan aliran jatuh ke permukaan tubuh monokromatik radiasi Φ λ dengan panjang gelombang λ. Sebagian dari aliran ini dipantulkan, dan sebagian lagi diserap oleh tubuh. Mari kita nyatakan besarnya fluks yang diserap Φ λ abs.
Koefisien penyerapan monokromatik α λ adalah rasio fluks radiasi yang diserap oleh suatu benda dengan besarnya fluks monokromatik yang terjadi:
Koefisien serapan monokromatik merupakan besaran tak berdimensi. Nilainya terletak antara nol dan satu: 0 ≤ α ≤ 1.
Fungsi α = α(λ,Τ) , yang menyatakan ketergantungan koefisien serapan monokromatik pada panjang gelombang dan suhu, disebut kapasitas penyerapan tubuh. Penampilannya bisa sangat rumit. Jenis penyerapan yang paling sederhana dibahas di bawah ini.
Tubuh hitam murni adalah benda yang koefisien serapannya sama dengan satu untuk semua panjang gelombang: α = 1.
Tubuh abu-abu adalah benda yang koefisien serapannya tidak bergantung pada panjang gelombang: α = konstanta< 1.
Tubuhnya benar-benar putih adalah benda yang koefisien serapannya nol untuk semua panjang gelombang: α = 0.
hukum Kirchhoff
hukum Kirchhoff- rasio emisivitas suatu benda terhadap kapasitas penyerapannya adalah sama untuk semua benda dan sama dengan kerapatan spektral luminositas energi benda yang benar-benar hitam:
= /
Akibat wajar dari hukum:
1. Jika suatu benda pada suhu tertentu tidak menyerap radiasi apa pun, maka ia tidak memancarkannya. Memang jika untuk panjang gelombang tertentu koefisien serapan α = 0, maka r = α∙ε(λT) = 0
1. Pada suhu yang sama tubuh hitam memancarkan sinar lebih dari yang lain. Memang, untuk semua badan kecuali hitam,α < 1, поэтому для них r = α∙ε(λT) < ε
2. Jika untuk suatu benda tertentu kita secara eksperimental menentukan ketergantungan koefisien serapan monokromatik pada panjang gelombang dan suhu - α = r = α(λT), maka kita dapat menghitung spektrum radiasinya.
