Биеийн дулааны цацраг нь дотоод хэсгийн энэ хэсгээс үүсдэг цахилгаан соронзон цацраг юм биеийн энерги, Энэ нь түүний хэсгүүдийн дулааны хөдөлгөөнтэй холбоотой.
Температур хүртэл халсан биеийн дулааны цацрагийн үндсэн шинж чанарууд Тнь:
1. Эрчим хүч гэрэлтэлтР (Т ) -биеийн нэгж гадаргуугаас бүх долгионы уртын хүрээнд нэгж хугацаанд ялгарах энергийн хэмжээ.Температур, шинж чанар, гадаргуугийн нөхцөл байдлаас хамаарна цацраг бие. SI системд Р ( Т ) [Вт/м2] хэмжээтэй байна.
2. Эрчим хүчний гэрэлтүүлгийн спектрийн нягтралr ( ,T) =дВт/ г - нэгж долгионы уртын интервалд нэгж хугацаанд биеийн нэгж гадаргуугаас ялгарах энергийн хэмжээ (ойролцоогоор долгионы урттай ойролцоо) ). Тэдгээр. энэ хэмжигдэхүүн нь тоон хувьд энергийн харьцаатай тэнцүү байна дВт-аас долгионы уртын нарийн мужид нэгж хугацаанд нэгж талбайгаас ялгардаг руу +d , энэ интервалын өргөн хүртэл. Энэ нь биеийн температур, долгионы урт, мөн ялгаруулах биеийн гадаргуугийн шинж чанар, нөхцөл байдлаас хамаарна. SI системд r( , Т) [Вт/м 3 ] хэмжээтэй байна.
Эрчим хүчний гэрэлтэлт Р(Т) энергийн гэрэлтүүлгийн спектрийн нягттай холбоотой r( , Т) дараах байдлаар:
(1) [Вт/м2]
3. Бүх биетүүд гадаргуу дээр нь ирж буй цахилгаан соронзон долгионыг зөвхөн ялгаруулаад зогсохгүй шингээдэг. Тодорхой долгионы урттай цахилгаан соронзон долгионтой холбоотой биеийн шингээх чадварыг тодорхойлохын тулд энэ ойлголтыг нэвтрүүлсэн. монохромат шингээлтийн коэффициент-Биеийн гадаргууд шингэсэн монохромат долгионы энергийн хэмжээг туссан монохромат долгионы энергийн хэмжээтэй харьцуулсан харьцаа:
Монохроматик шингээлтийн коэффициент нь температур ба долгионы уртаас хамаардаг хэмжээсгүй хэмжигдэхүүн юм. Энэ нь ирж буй монохроматик долгионы энергийн хэдэн хувийг биеийн гадаргууд шингээж байгааг харуулж байна. Утга ( , Т) 0-ээс 1 хүртэлх утгыг авч болно.
Адиабатаар цацраг туяа хаалттай систем(гадаад орчинтой дулаан солилцохгүй) тэнцвэрт байдал гэж нэрлэдэг. Хэрэв та хөндийн хананд жижиг нүх үүсгэвэл тэнцвэрт байдал бага зэрэг өөрчлөгдөж, хөндийгөөс гарч буй цацраг нь тэнцвэрийн цацрагтай тохирно.
Хэрэв цацрагийг ийм нүх рүү чиглүүлбэл хөндийн ханан дээр олон удаа тусгаж, шингээж авсны дараа буцаж гарах боломжгүй болно. Энэ нь ийм нүхний хувьд шингээлтийн коэффициент гэсэн үг юм ( , Т) = 1.
Жижиг нүхтэй хаалттай хөндий нь загваруудын нэг болдог туйлын хар бие.
Үнэхээр хар биетэйтуссан цацрагийн чиглэл, түүний спектрийн найрлага, туйлшралаас (ямар нэгэн зүйлийг тусгах, дамжуулахгүйгээр) үл хамааран өөрт туссан бүх цацрагийг шингээдэг бие юм.
Бүрэн хар биеийн хувьд спектрийн гэрэлтүүлгийн нягт нь долгионы урт ба температурын бүх нийтийн функц юм. е( , Т) мөн чанараас нь хамаарахгүй.
Байгаль дээрх бүх биетүүд гадаргуу дээрээ цацрагийн цацрагийг хэсэгчлэн тусгадаг тул үнэмлэхүй хар биет гэж ангилдаггүй. Хэрэв биеийн монохромат шингээлтийн коэффициент нь ижил байвал бүх долгионы урт ба түүнээс баганэгж(( , Т) = Т =const<1),тэгвэл ийм биеийг нэрлэдэг саарал. Саарал биетийн монохромат шингээлтийн коэффициент нь зөвхөн биеийн температур, түүний шинж чанар, гадаргуугийн төлөв байдлаас хамаарна.
Кирхгоф бүх биетүүдийн хувьд шинж чанараас үл хамааран энергийн гэрэлтүүлгийн спектрийн нягтыг монохромат шингээлтийн коэффициенттэй харьцуулсан харьцаа нь долгионы урт ба температурын бүх нийтийн функц болохыг харуулсан. е( , Т) , зэрэг спектрийн нягтхар биеийн энергийн гэрэлтэлт :
Тэгшитгэл (3) нь Кирхгофын хуулийг илэрхийлнэ.
Кирхгофын хуульдараах байдлаар томъёолж болно. Термодинамик тэнцвэрт байдалд байгаа системийн бүх биетүүдийн хувьд энергийн гэрэлтүүлгийн спектрийн нягтын коэффициентийн харьцаа монохромат шингээлт нь биеийн шинж чанараас хамаардаггүй, долгионы уртаас хамааран бүх биед ижил үүрэг гүйцэтгэдэг. ба температур T.
Дээрх болон томьёо (3)-аас харахад өгөгдсөн температурт их хэмжээний шингээлтийн коэффициент бүхий саарал биетүүд илүү хүчтэй ялгардаг ба туйлын хар биетүүд хамгийн хүчтэй ялгардаг нь тодорхой байна. Учир нь туйлын хар биеийн хувьд( , Т)=1, тэгвэл (3) томъёоноос бүх нийтийн функц гарч ирнэ е( , Т) нь хар биеийн спектрийн гэрэлтүүлгийн нягтыг илэрхийлнэ
Тэгэхээр дулааны цацраг гэж юу вэ?
Дулааны цацраг гэдэг нь бодисын доторх атом, молекулуудын эргэлтийн болон чичиргээний хөдөлгөөний энергийн улмаас үүсдэг цахилгаан соронзон цацраг юм. Дулааны цацраг нь үнэмлэхүй тэгээс дээш температуртай бүх биетүүдийн шинж чанар юм.
Хүний биеийн дулааны цацраг нь цахилгаан соронзон долгионы хэт улаан туяаны мужид хамаардаг. Ийм цацрагийг анх Английн одон орон судлаач Уильям Хершель нээжээ. 1865 онд Английн физикч Ж.Максвелл хэт улаан туяаны цацраг нь цахилгаан соронзон шинж чанартай бөгөөд 760 урттай долгионоос бүрддэг болохыг баталжээ. nm 1-2 хүртэл мм. Ихэнх тохиолдолд IR цацрагийн бүх хүрээг дараахь хэсэгт хуваадаг: ойролцоо (750 nm-2.500nm), дундаж (2.500 nm - 50.000nm) ба урт хугацааны (50,000 nm-2.000.000nm).
А бие нь В хөндийд байрлах бөгөөд энэ нь хамгийн тохиромжтой цацруулагч (цацрагт нэвтэрдэггүй) С бүрхүүлээр хязгаарлагдах тохиолдлыг авч үзье (Зураг 1). Бүрхүүлийн дотоод гадаргуугаас олон удаа тусгасны үр дүнд цацраг нь толины хөндийд хадгалагдаж, А биед хэсэгчлэн шингээгдэх болно. Ийм нөхцөлд системийн хөндий В - А бие нь эрчим хүчээ алдахгүй, гэхдээ зөвхөн тэнд байх болно. А бие ба В хөндийг дүүргэх цацрагийн хооронд эрчим хүчний тасралтгүй солилцоо байх.
Зураг 1. Б хөндийн толин тусгал хананаас дулааны долгионы олон тусгал
Хэрэв долгионы урт бүрт энергийн хуваарилалт өөрчлөгдөөгүй байвал ийм системийн төлөв тэнцвэрт байдал, цацраг нь мөн тэнцвэртэй байх болно. Тэнцвэрийн цацрагийн цорын ганц төрөл бол дулааны цацраг юм. Хэрэв ямар нэг шалтгаанаар цацраг туяа ба биеийн хоорондын тэнцвэрт байдал шилжвэл термодинамик процессууд үүсч, системийг тэнцвэрт байдалд буцаах болно. Хэрэв А бие нь шингээж авахаасаа илүү ихийг ялгаруулж эхэлбэл бие нь дотоод энерги алдаж, биеийн температур (дотоод энергийн хэмжүүр) буурч эхэлдэг бөгөөд энэ нь ялгарах энергийн хэмжээг бууруулдаг. Ялгарах энерги нь биед шингэсэн энергитэй тэнцэх хүртэл биеийн температур буурах болно. Тиймээс тэнцвэрт байдал үүснэ.
Тэнцвэрийн дулааны цацраг нь дараахь шинж чанартай байдаг: нэгэн төрлийн (хөндний бүх цэгүүдэд ижил энергийн урсгалын нягтралтай), изотроп (тархалтын чиглэл нь ижил магадлалтай), туйлшралгүй (цахилгаан ба соронзон орны хүч чадлын векторын чиглэл, утга) хөндийн бүх цэгүүдэд эмх замбараагүй өөрчлөгддөг).
Дулааны цацрагийн үндсэн тоон шинж чанарууд нь:
- эрч хүчтэй гэрэлтэлт нэгж хугацаанд нэгж гадаргуугаас бүх чиглэлд биеэс ялгарах дулааны цацрагийн долгионы уртын бүх муж дахь цахилгаан соронзон цацрагийн энергийн хэмжээ: R = E/(S t), [J/(m 2) s)] = [Вт /м 2 ] Эрчим хүчний гэрэлтэлт нь биеийн шинж чанар, биеийн температур, биеийн гадаргуугийн төлөв байдал, цацрагийн долгионы уртаас хамаарна.
- спектрийн гэрэлтэлтийн нягт - өгөгдсөн температурт (T + dT) өгөгдсөн долгионы урттай (λ + dλ) биеийн энергийн гэрэлтэлт: R λ,T = f(λ, T).
Тодорхой долгионы урт дахь биеийн энергийн гэрэлтүүлгийг R λ,T = f(λ, T)-ийг T = const-д нэгтгэн тооцно.
- шингээлтийн коэффициент
- Бие махбодид шингэсэн энерги болон туссан энергийн харьцаа. Тэгэхээр, dФ inc урсгалын цацраг бие дээр унавал түүний нэг хэсэг нь биеийн гадаргуугаас тусдаг - dФ neg, нөгөө хэсэг нь биед орж, хэсэгчлэн dФ abs, гурав дахь нь дулаан болж хувирдаг. хэсэг нь хэд хэдэн дотоод тусгалын дараа биеэс гадагшаа дамждаг dФ inc : α = dФ abs./dФ доош.
Шингээлтийн коэффициент α нь шингээгч биеийн шинж чанар, шингэсэн цацрагийн долгионы урт, биеийн гадаргуугийн температур, төлөв байдлаас хамаарна.
- монохромат шингээлтийн коэффициент- өгөгдсөн температурт өгөгдсөн долгионы урттай дулааны цацрагийн шингээлтийн коэффициент: α λ,T = f(λ,T)
Биеийн дунд унасан долгионы урттай бүх дулааны цацрагийг шингээх чадвартай биетүүд байдаг. Ийм хамгийн тохиромжтой шингээгч биеийг гэж нэрлэдэг туйлын хар биетэй. Тэдний хувьд α =1.
Мөн α гэсэн саарал биетүүд байдаг<1, но одинаковый для всех длин волн инфракрасного диапазона.
Хар биет загвар нь халуунд тэсвэртэй бүрхүүлтэй жижиг хөндий нүх юм. Нүхний диаметр нь хөндийн диаметрээс 0.1-ээс ихгүй байна. Тогтмол температурт нүхнээс тодорхой хэмжээний энерги ялгардаг бөгөөд энэ нь туйлын хар биеийн энергийн гэрэлтэлттэй тохирч байна. Гэхдээ хар нүх бол идеализаци юм. Гэхдээ хар биеийн дулааны цацрагийн хуулиуд нь бодит хэв маягт ойртоход тусалдаг.
2. Дулааны цацрагийн хуулиуд
1. Кирхгофын хууль. Дулааны цацраг нь тэнцвэрт байдал юм - биеэс ялгарах энергийн хэмжээ нь түүнд хэр их шингэж байгааг илэрхийлдэг. Битүү хөндийд байрлах гурван биетийн хувьд бид дараахь зүйлийг бичиж болно.
Биеийн аль нэг нь АС байх үед заасан хамаарал бас үнэн байх болно:
Учир нь хар биеийн хувьд α λT .
Энэ бол Кирхгофын хууль юм: биеийн энергийн гэрэлтүүлгийн спектрийн нягтыг түүний монохромат шингээлтийн коэффициент (тодорхой температур ба тодорхой долгионы урт)-д харьцуулсан харьцаа нь биеийн шинж чанараас хамаардаггүй бөгөөд бүх биед тэнцүү байна. ижил температур ба долгионы урттай энергийн гэрлийн спектрийн нягт.
Кирхгофын хуулийн үр дүн:
1. Хар биеийн спектрийн энергийн гэрэлтэлт нь долгионы урт ба биеийн температурын бүх нийтийн функц юм.
2. Хар биеийн спектрийн энергийн гэрэлтэлт хамгийн их байна.
3. Дурын биеийн спектрийн энергийн гэрэлтэлт нь түүний шингээлтийн коэффициент ба абсолют хар биеийн спектрийн энергийн гэрэлтэлтийн үржвэртэй тэнцүү байна.
4. Өгөгдсөн температурт байгаа аливаа бие нь тухайн температурт ялгаруулдаг долгионы урттай долгионыг ялгаруулдаг.
Хэд хэдэн элементийн спектрийг системтэй судалснаар Кирхгоф, Бунсен нар хийн шингээлт, ялгаруулах спектр ба харгалзах атомуудын бие даасан байдлын хооронд хоёрдмол утгагүй холболт тогтоох боломжийг олгосон. Тиймээс санал болгосон спектрийн шинжилгээ, үүний тусламжтайгаар та 0.1 нм концентрацитай бодисуудыг тодорхойлж болно.
Үнэмлэхүй хар бие, саарал бие, дурын биетийн энергийн гэрэлтүүлгийн спектрийн нягтын хуваарилалт. Сүүлийн муруй нь хэд хэдэн максимум ба минимумтай бөгөөд энэ нь ийм биетүүдийн ялгаралт, шингээлтийн сонгомол байдлыг харуулдаг.
2. Стефан-Больцманы хууль.
1879 онд Австрийн эрдэмтэд Жозеф Стефан (дурын биетийн хувьд туршилтаар), Людвиг Больцманн (онолын хувьд хар биеийн хувьд) бүх долгионы уртын нийт энергийн гэрэлтэлт нь биеийн үнэмлэхүй температурын дөрөв дэх хүчин чадалтай пропорциональ болохыг тогтоожээ.
3. Дарсны хууль.
Германы физикч Вильгельм Виен 1893 онд хар биеийн цацрагийн спектр дэх биеийн энергийн гэрлийн хамгийн их спектрийн нягтын байрлалыг температураас хамаарч тодорхойлдог хуулийг боловсруулсан. Хуулийн дагуу хар биеийн энергийн гэрэлтүүлгийн спектрийн хамгийн их нягтыг бүрдүүлдэг долгионы урт λ max нь түүний үнэмлэхүй температур T-тай урвуу хамааралтай: λ max = в/t, энд в = 2.9*10 -3. m·K нь Виений тогтмол юм.
Тиймээс температур нэмэгдэхийн хэрээр нийт цацрагийн энерги өөрчлөгддөггүй, мөн энергийн гэрэлтүүлгийн спектрийн нягтын тархалтын муруй хэлбэр өөрчлөгддөг. Температур нэмэгдэхийн хэрээр спектрийн хамгийн их нягт нь богино долгионы урт руу шилждэг. Тиймээс Виений хуулийг нүүлгэн шилжүүлэх хууль гэж нэрлэдэг.
Дарсны хууль үйлчилнэ оптик пирометрийн хувьд- ажиглагчаас алслагдсан өндөр халсан биетүүдийн цацрагийн спектрээс температурыг тодорхойлох арга. Энэ арга нь нарны температурыг анх тодорхойлсон (470 нм Т = 6160 К).
Үзүүлсэн хуулиуд нь долгионы урт дахь энергийн гэрэлтүүлгийн спектрийн нягтын тархалтын тэгшитгэлийг онолын хувьд олох боломжийг бидэнд олгосонгүй. Эрдэмтэд сонгодог физикийн хуулиудад үндэслэн хар биеийн цацрагийн спектрийн найрлагыг судалсан Рэйлей, Жинс нарын бүтээлүүд нь хэт ягаан туяаны сүйрэл гэж нэрлэгддэг үндсэн бэрхшээлүүдэд хүргэсэн. Хэт ягаан туяаны долгионы мужид хар биеийн энергийн гэрэлтэлт хязгааргүйд хүрэх ёстой байсан ч туршилтаар тэг болж буурсан байна. Эдгээр үр дүн нь эрчим хүчийг хадгалах хуультай зөрчилдөж байв.
4. Планкийн онол. 1900 онд Германы эрдэмтэн биетүүд тасралтгүй ялгардаггүй, харин тусдаа хэсгүүдэд байдаг квант гэсэн таамаглал дэвшүүлжээ. Квантын энерги нь цацрагийн давтамжтай пропорциональ байна: E = hν = h·c/λ, h = 6.63*10 -34 J·s Планкийн тогтмол.
Хар биеийн квант цацрагийн талаархи санаануудыг удирдан чиглүүлж тэрээр хар биеийн энергийн гэрлийн спектрийн нягтын тэгшитгэлийг олж авав.
Энэ томьёо нь бүх температурт долгионы уртын бүх хүрээг хамарсан туршилтын өгөгдөлтэй тохирч байна.
Нар бол байгаль дээрх дулааны цацрагийн гол эх үүсвэр юм. Нарны цацраг нь өргөн хүрээний долгионы уртыг эзэлдэг: 0.1 нм-ээс 10 м ба түүнээс дээш. Нарны эрчим хүчний 99% нь 280-6000 хооронд байдаг nm. Дэлхийн гадаргуугийн нэгж талбайд ууланд 800-аас 1000 Вт / м2 байдаг. Дулааны хоёр тэрбумын нэг хэсэг нь дэлхийн гадаргууд хүрдэг - 9.23 Ж/см2. 6000-аас 500000 хүртэлх дулааны цацрагийн хүрээний хувьд nmнарны энергийн 0.4%-ийг эзэлдэг. Дэлхийн агаар мандалд хэт улаан туяаны ихэнх хэсгийг ус, хүчилтөрөгч, азот, нүүрстөрөгчийн давхар ислийн молекулууд шингээдэг. Радио долгион нь мөн агаар мандалд ихэвчлэн шингэдэг.
Нарны цацрагт перпендикуляр 82 км өндөрт дэлхийн агаар мандлаас гадна байрлах 1 кв.м талбайд 1 секундэд нарны цацрагийн авчрах энергийн хэмжээг нарны тогтмол хэмжигдэхүүн гэнэ. Энэ нь 1.4 * 10 3 Вт / м 2-тай тэнцүү байна.
Нарны цацрагийн ердийн урсгалын нягтын спектрийн тархалт нь 6000 градусын температурт хар биетийнхтэй давхцдаг. Тиймээс дулааны цацрагтай харьцуулахад нар нь хар биет юм.
3. Бодит бие болон хүний биеийн цацраг туяа
Хүний биеийн гадаргуугаас үүсэх дулааны цацраг нь дулаан дамжуулахад ихээхэн үүрэг гүйцэтгэдэг. Дулаан дамжуулах ийм аргууд байдаг: дулаан дамжуулалт (дамжуулга), конвекц, цацраг, ууршилт. Хүн ямар нөхцөл байдалд байгаагаас хамааран эдгээр аргууд тус бүр нь давамгайлах үүрэг гүйцэтгэдэг (жишээлбэл, хүрээлэн буй орчны маш өндөр температурт ууршилт, хүйтэн усанд - дамжуулалт, усны температур 15 градусын температурт тэргүүлэх үүрэг гүйцэтгэдэг. градус нь нүцгэн хүний үхлийн аюултай орчин бөгөөд 2-4 цагийн дараа тархины гипотермиас болж ухаан алдаж, үхэл тохиолддог). Нийт дулаан дамжуулалтад цацрагийн эзлэх хувь 75-25% хооронд хэлбэлзэж болно. Хэвийн нөхцөлд физиологийн амралтанд ойролцоогоор 50% байдаг.
Амьд организмын амьдралд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг дулааны цацрагийг богино долгионы урттай (0.3-аас 3 хүртэл) хуваадаг. мкм)ба урт долгионы урт (5-аас 100 хүртэл мкм). Богино долгионы цацрагийн эх үүсвэр нь нар ба ил дөл бөгөөд амьд организмууд зөвхөн ийм цацрагийг хүлээн авдаг. Урт долгионы цацраг нь амьд организмаас ялгарч, шингэдэг.
Шингээх коэффициентийн утга нь орчин ба биеийн температурын харьцаа, тэдгээрийн харилцан үйлчлэлийн талбай, эдгээр хэсгүүдийн чиглэл, богино долгионы цацрагийн хувьд гадаргуугийн өнгө зэргээс хамаарна. Тиймээс хар арьст хүмүүст богино долгионы цацрагийн ердөө 18% нь тусдаг бол цагаан арьст хүмүүсийн хувьд энэ нь 40% байдаг (хувьслын үед хар арьстны арьсны өнгө нь дулаан дамжуулалттай ямар ч холбоогүй байх магадлалтай). Урт долгионы цацрагийн хувьд шингээлтийн коэффициент 1-тэй ойролцоо байна.
Цацрагаар дулаан дамжуулалтыг тооцоолох нь маш хэцүү ажил юм. Стефан-Больцманы хуулийг бодит биетүүдэд ашиглах боломжгүй, учир нь тэдгээр нь эрчим хүчний гэрэлтэх чадвар нь температураас илүү нарийн хамааралтай байдаг. Энэ нь температур, биеийн шинж чанар, биеийн хэлбэр, гадаргуугийн төлөв байдлаас хамаардаг. Температурын өөрчлөлтөөр σ коэффициент ба температурын экспонент өөрчлөгдөнө. Хүний биеийн гадаргуу нь нарийн төвөгтэй бүтэцтэй, хүн цацрагийг өөрчилдөг хувцас өмсдөг, үйл явц нь тухайн хүний байрлалаас хамаардаг.
Саарал биетийн хувьд бүх муж дахь цацрагийн хүчийг дараах томъёогоор тодорхойлно: P = α d.t. σ·T 4 ·S Тодорхой ойролцоолсноор бодит бие (хүний арьс, хувцасны даавуу) саарал биетэй ойрхон байна гэж үзвэл тодорхой температурт бодит биеийн цацрагийн хүчийг тооцоолох томъёог олж болно: P = α· σ·T 4 ·S Янз бүрийн нөхцөлд цацрагийн бие ба орчны температур: P = α·σ·(T 1 4 - T 2 4)·S
Бодит биеийн энергийн гэрэлтүүлгийн спектрийн нягтын онцлог шинж чанарууд байдаг: 310-д TO, энэ нь хүний биеийн дундаж температуртай тохирч, хамгийн их дулааны цацраг 9700-д тохиолддог. nm. Биеийн температурын аливаа өөрчлөлт нь биеийн гадаргуугаас дулааны цацрагийн хүчийг өөрчлөхөд хүргэдэг (0.1 градус хангалттай). Тиймээс төв мэдрэлийн системээр дамжуулан зарим эрхтнүүдтэй холбогдсон арьсны хэсгүүдийг судлах нь өвчнийг тодорхойлоход тусалдаг бөгөөд үүний үр дүнд температур мэдэгдэхүйц өөрчлөгддөг ( Захарин-Гед бүсийн термографи).
Хүний био талбайтай холбоо барихгүй массаж хийх сонирхолтой арга (Жуна Давиташвили). Дал модны дулааны цацрагийн хүч 0.1 В, мөн арьсны дулааны мэдрэмж 0.0001 Вт/см 2 байна. Хэрэв та дээр дурдсан бүсэд үйлчилбэл эдгээр эрхтнүүдийн ажлыг рефлексээр өдөөж болно.
4. Халуун хүйтний биологийн болон эмчилгээний үр нөлөө
Хүний бие дулааны цацрагийг байнга ялгаруулж, шингээж авдаг. Энэ үйл явц нь хүний биеийн температур, хүрээлэн буй орчноос хамаардаг. Хүний биеийн хамгийн их хэт улаан туяаны цацраг 9300 нм байна.
Бага ба дунд тунгаар IR цацрагийн тусламжтайгаар бодисын солилцооны үйл явц сайжирч, ферментийн урвал, нөхөн төлжилт, нөхөн сэргээх үйл явц хурдасдаг.
Хэт улаан туяа, үзэгдэх цацрагийн үйл ажиллагааны үр дүнд эд эсэд биологийн идэвхт бодисууд (брадикинин, калидин, гистамин, ацетилхолин, гол төлөв васомотот бодисууд, орон нутгийн цусны урсгалыг хэрэгжүүлэх, зохицуулах үүрэг гүйцэтгэдэг) үүсдэг.
Хэт улаан туяаны үйл ажиллагааны үр дүнд арьсан дахь терморецепторууд идэвхжиж, мэдээлэл нь гипоталамус руу илгээгддэг бөгөөд үүний үр дүнд арьсны судас өргөжиж, тэдгээрийн доторх цусны хэмжээ нэмэгдэж, хөлрдөг. нэмэгддэг.
Хэт улаан туяаны нэвтрэлтийн гүн нь долгионы урт, арьсны чийгшил, цусаар дүүрэх, пигментацийн зэрэг зэргээс хамаарна.
Хэт улаан туяаны нөлөөн дор хүний арьсан дээр улаан улайлт үүсдэг.
Эмнэлзүйн практикт орон нутгийн болон ерөнхий гемодинамик байдалд нөлөөлөх, хөлрөлтийг нэмэгдүүлэх, булчинг тайвшруулах, өвдөлтийг намдаах, гематом, нэвчдэс гэх мэт шингээлтийг хурдасгахад ашигладаг.
Гипертерми өвчний үед цацраг туяа эмчилгээ буюу терморрадио эмчилгээний хавдрын эсрэг үр нөлөө нэмэгддэг.
IR эмчилгээг хэрэглэх үндсэн заалтууд: цочмог идээт бус үрэвсэлт үйл явц, түлэгдэлт, хөлдөлт, архаг үрэвсэлт үйл явц, шархлаа, агшилт, наалдац, үе мөч, шөрмөс, булчингийн гэмтэл, миозит, миалги, мэдрэлийн өвчин. Үндсэн эсрэг заалтууд: хавдар, идээт үрэвсэл, цус алдалт, цусны эргэлтийн дутагдал.
Хүйтэн нь цус алдалтыг зогсоох, өвдөлт намдаах, арьсны зарим өвчнийг эмчлэхэд ашиглагддаг. Хатуурах нь урт наслахад хүргэдэг.
Хүйтний нөлөөгөөр зүрхний цохилт, цусны даралт буурч, рефлексийн урвал саатдаг.
Тодорхой тунгаар хүйтэн нь түлэгдэлт, идээт шарх, трофик шарх, элэгдэл, коньюнктивит эдгэрэлтийг өдөөдөг.
Криобиологи- физиологийн бус температурын нөлөөн дор эс, эд, эрхтэн, бие махбодид тохиолддог үйл явцыг судалдаг.
Анагаах ухаанд хэрэглэдэг крио эмчилгээТэгээд гипертерми. Крио эмчилгээ нь эд, эрхтнүүдийг тунгаар хөргөхөд суурилсан аргуудыг агуулдаг. Крио мэс засал (крио эмчилгээний нэг хэсэг) эдийг зайлуулах зорилгоор орон нутгийн хөлдөөх аргыг хэрэглэдэг (бүйлсний булчирхайн нэг хэсэг. Хэрэв бүгдээрээ - криотонзилэктоми. Хавдар арилгах боломжтой, жишээлбэл, арьс, умайн хүзүү гэх мэт) Крио наалдамхай (наалдац) дээр үндэслэсэн крио экстракт. нойтон биеийг хөлдөөсөн хутгуурт хүртэл ) - эрхтэнээс хэсгийг салгах.
Гипертермитэй үед in vivo эрхтнүүдийн үйл ажиллагааг хэсэг хугацаанд хадгалах боломжтой. Мэдээ алдуулалтын тусламжтайгаар гипотерми нь эд эсийн бодисын солилцоо удааширдаг тул цусны хангамж байхгүй үед эрхтэний үйл ажиллагааг хадгалахад ашигладаг. Эд эсүүд гипоксид тэсвэртэй болдог. Хүйтэн мэдээ алдуулалтыг хэрэглэдэг.
Дулааны нөлөөг улайсгасан чийдэн (Minin чийдэн, Solux, гэрлийн дулааны банн, IR туяа) ашиглан өндөр дулаан багтаамжтай, дулаан дамжуулалт муу, дулааныг сайн хадгалах чадвартай физик хэрэгслийг ашиглан гүйцэтгэдэг: шавар, парафин, озокерит, нафталин гэх мэт.
5. Термографийн физик үндэс
Термографи буюу дулааны дүрслэл нь хүний биеэс хэт улаан туяаны цацрагийг бүртгэхэд суурилсан функциональ оношлогооны арга юм.
Термографийн 2 төрөл байдаг:
- холестеролын термографитай холбоо барих: Энэ арга нь холестерины шингэн талстуудын оптик шинж чанарыг ашигладаг (эфир болон бусад холестерины деривативуудын олон бүрэлдэхүүн хэсэг). Ийм бодисууд нь янз бүрийн долгионы уртыг сонгон тусгадаг бөгөөд энэ нь эдгээр бодисын хальс дээр хүний биеийн гадаргуугийн дулааны талбайн зургийг авах боломжийг олгодог. Цагаан гэрлийн урсгал нь хальс руу чиглэнэ. Холестерикийг түрхэж буй гадаргуугийн температураас хамааран янз бүрийн долгионы урт нь хальснаас ялгаатай тусдаг.
Температурын нөлөөн дор холестерин нь улаанаас нил ягаан болж өөрчлөгдөж болно. Үүний үр дүнд хүний биеийн дулааны талбайн өнгөт дүрс үүсдэг бөгөөд энэ нь температурын өнгөний хамаарлыг мэддэг, тайлахад хялбар байдаг. 0.1 градусын температурын зөрүүг бүртгэх боломжийг олгодог холестерикууд байдаг. Тиймээс түүний хөгжлийн янз бүрийн үе шатанд үрэвслийн процессын хил хязгаар, үрэвслийн нэвчилтийн голомтыг тодорхойлох боломжтой.
Онкологийн хувьд термографи нь 1.5-2 диаметртэй үсэрхийлсэн зангилааг тодорхойлох боломжийг олгодог. ммхөхний булчирхай, арьс, бамбай булчирхайд; ортопед, гэмтэл судлалын чиглэлээр мөчний сегмент тус бүрийн цусны хангамжийг үнэлэх, жишээлбэл, ампутаци хийхээс өмнө, түлэгдэлтийн гүнийг урьдчилан таамаглах гэх мэт; зүрх судас, ангиологийн чиглэлээр зүрх судасны тогтолцооны хэвийн үйл ажиллагааны эмгэг, чичиргээний эмгэг, цусны судасны үрэвсэл, бөглөрөлтөөс үүдэлтэй цусны эргэлтийн эмгэгийг тодорхойлох; varicose судлууд гэх мэт; мэдрэлийн мэс засалд мэдрэлийн дамжуулалтын гэмтлийн байршлыг тодорхойлох, апоплексийн улмаас үүссэн мэдрэлийн саажилтын байршлыг баталгаажуулах; эх барих, эмэгтэйчүүдийн чиглэлээр жирэмслэлт, хүүхдийн байршлыг тогтоох; өргөн хүрээний үрэвсэлт үйл явцыг оношлох.
- Телетермографи - хүний биеэс гарах хэт улаан туяаг дулааны зураг авагч болон бусад бичлэгийн төхөөрөмжийн дэлгэцэн дээр бичигдсэн цахилгаан дохио болгон хувиргахад үндэслэсэн. Энэ арга нь холбоо барихгүй.
IR цацрагийг тольны системээр хүлээн авдаг бөгөөд үүний дараа IR туяа нь IR долгионы хүлээн авагч руу чиглэгддэг бөгөөд тэдгээрийн гол хэсэг нь детектор (фоторезистор, металл эсвэл хагас дамжуулагч болометр, термоэлемент, фотохимийн индикатор, электрон оптик хөрвүүлэгч, пьезоэлектрик) юм. илрүүлэгч гэх мэт).
Хүлээн авагчаас цахилгаан дохиог өсгөгч рүү дамжуулж, дараа нь толин тусгалыг хөдөлгөх (объектыг сканнердах), TIS цэгийн гэрлийн эх үүсвэрийг халаах (дулааны цацрагтай пропорциональ), гэрэл зургийн хальсыг хөдөлгөдөг хяналтын төхөөрөмж рүү дамжуулдаг. Судалгааны талбайн биеийн температурын дагуу хальсыг TIS-ээр гэрэлтүүлэх бүртээ.
Хяналтын төхөөрөмжийн дараа дохиог дэлгэцтэй компьютерийн системд дамжуулж болно. Энэ нь термограммыг хадгалах, аналитик програмыг ашиглан боловсруулах боломжийг олгодог. Нэмэлт боломжуудыг өнгөт дулааны зурагчаар хангадаг (температурын хувьд ижил төстэй өнгийг ялгаатай өнгөөр зааж өгсөн), изотермийг зурж болно.
Олон компаниуд боломжит үйлчлүүлэгчтэй "хүрчлэх" нь заримдаа нэлээд хэцүү байдаг гэдгийг саяхан хүлээн зөвшөөрч, тэдний мэдээллийн талбар нь янз бүрийн сурталчилгааны мессежээр дүүрэн байдаг тул тэднийг хүлээн зөвшөөрөхөө больсон.
Утасны идэвхтэй худалдаа нь борлуулалтыг богино хугацаанд нэмэгдүүлэх хамгийн үр дүнтэй аргуудын нэг болж байна. Хүйтэн дуудлага нь өмнө нь ямар нэгэн бүтээгдэхүүн, үйлчилгээ авах хүсэлт гаргаагүй үйлчлүүлэгчдийг татах зорилготой боловч хэд хэдэн хүчин зүйлээр боломжит худалдан авагчид байдаг. Утасны дугаарыг залгасны дараа идэвхтэй борлуулалтын менежер хүйтэн дуудлагын зорилгыг тодорхой ойлгох ёстой. Эцсийн эцэст, утсаар ярих нь борлуулалтын менежерээс онцгой ур чадвар, тэвчээр шаарддаг, түүнчлэн хэлэлцээр хийх арга техник, аргын мэдлэгийг шаарддаг.
Биеийн энергийн гэрэлтэлт- - температурын функц болох физик хэмжигдэхүүн бөгөөд бүх чиглэлд, бүх давтамжийн спектрийн нэгж гадаргуугаас нэгж хугацаанд биеэс ялгарах энергитэй тоогоор тэнцүү байна. Ж/с м²=Вт/м²
Эрчим хүчний гэрэлтүүлгийн спектрийн нягтрал- давтамжийн (эсвэл долгионы урт) бүх спектрийн цацрагийн энергийн тархалтыг тодорхойлдог давтамж ба температурын функц. , Үүнтэй төстэй функцийг долгионы уртаар бичиж болно
Давтамж ба долгионы уртаар илэрхийлсэн энергийн гэрэлтүүлгийн спектрийн нягт нь дараахь хамаарлаар хамааралтай болохыг баталж болно.
Үнэхээр хар биетэй- термодинамикт хэрэглэгддэг физик идеализаци, түүн дээр ирж буй цахилгаан соронзон цацрагийг бүх мужид шингээж авдаг, юуг ч тусгадаггүй бие. Нэрийг нь үл харгалзан бүрэн хар бие нь өөрөө ямар ч давтамжтай цахилгаан соронзон цацраг ялгаруулж, өнгө үзэмжтэй байдаг. Үнэмлэхүй хар биеийн цацрагийн спектрийг зөвхөн түүний температураар тодорхойлно.
Аливаа (саарал, өнгөт) биетүүдийн дулааны цацрагийн спектрийн асуудалд туйлын хар биетийн ач холбогдол нь хамгийн энгийн, өчүүхэн бус тохиолдлыг илэрхийлэхээс гадна асуултанд оршдог. Аливаа өнгө, тусгалын коэффициент бүхий биеийн тэнцвэрт дулааны цацрагийн спектрийг сонгодог термодинамикийн аргаар туйлын хар биений цацрагийн тухай асуудал болгон бууруулсан (мөн түүхийн хувьд энэ нь 19-р зууны төгсгөлд аль хэдийн хийгдсэн). туйлын хар биений цацрагийн асуудал гарч ирэв).
Хар биет байгальд байдаггүй тул физикт туршилт хийхэд загварыг ашигладаг. Энэ нь жижиг нүхтэй битүү хөндий юм. Энэ нүхээр орж буй гэрэл олон удаа тусгасны дараа бүрэн шингэж, нүхний гадна тал нь бүрэн хар өнгөтэй болно. Гэхдээ энэ хөндийг халаахад өөрийн үзэгдэх цацраг туяа үүсэх болно. Нүхний дотоод хананаас ялгарах цацраг нь түүнийг гарахын өмнө (эцэст нь нүх нь маш жижиг байдаг) ихэнх тохиолдолд асар их хэмжээний шинэ шингээлт, цацраг туяанд өртдөг тул бид итгэлтэйгээр хэлж чадна. хөндийн доторх цацраг нь ханатай термодинамикийн тэнцвэрт байдалд байна. (Үнэндээ нүх нь энэ загварын хувьд тийм ч чухал биш, зөвхөн дотор байрлах цацрагийн үндсэн ажиглалтыг онцлон тэмдэглэхэд л шаардлагатай; жишээлбэл, нүх нь бүрэн хаагдаж, тэнцвэрт байдал аль хэдийн бий болсон үед л хурдан нээгддэг. тогтоож, хэмжилт хийж байна).
2. Кирхгофын цацрагийн хууль- 1859 онд Германы физикч Кирхгофын байгуулсан физикийн хууль. Орчин үеийн томъёололд уг хуулийг дараах байдлаар уншина: Аливаа биеийн ялгаруулах чадварыг түүний шингээх чадварт харьцуулсан харьцаа нь өгөгдсөн давтамжийн температурт бүх биед ижил бөгөөд тэдгээрийн хэлбэр, химийн найрлага гэх мэт зүйлээс хамаардаггүй.
Цахилгаан соронзон цацраг нь тодорхой бие дээр унах үед түүний нэг хэсэг нь ойж, нэг хэсэг нь шингэж, нэг хэсэг нь дамжих боломжтой гэдгийг мэддэг. Өгөгдсөн давтамжид шингэсэн цацрагийн хэсгийг гэнэ шингээх чадварбие. Нөгөөтэйгүүр, халсан бие бүр ямар нэгэн хуулийн дагуу энерги ялгаруулдаг биеийн ялгаруулалт.
Нэг биеэс нөгөөд шилжих үед ба утгууд нь маш их ялгаатай байж болох боловч Кирхгофын цацрагийн хуулийн дагуу ялгаруулах ба шингээх чадварын харьцаа нь биеийн шинж чанараас хамаардаггүй бөгөөд давтамжийн бүх нийтийн функц юм ( долгионы урт) ба температур:
Тодорхойлолтоор бол туйлын хар бие нь түүн дээр гарч буй бүх цацрагийг шингээдэг, өөрөөр хэлбэл түүний төлөө. Тиймээс энэ функц нь Стефан-Больцманы хуулиар тодорхойлсон туйлын хар биеийн ялгаруулах чадвартай давхцдаг бөгөөд үүний үр дүнд аливаа биеийн ялгаралтыг зөвхөн түүний шингээх чадвар дээр үндэслэн олж болно.
Стефан-Больцманы хууль- хар биеийн цацрагийн хууль. Үнэмлэхүй хар биеийн цацрагийн хүч нь түүний температураас хамаарахыг тодорхойлно. Хуулийн мэдэгдэл: Туйлын хар биетийн цацрагийн хүч нь гадаргуугийн талбай ба биеийн температурын дөрөв дэх хүчинтэй шууд пропорциональ байна. П = Сεσ Т 4, энд ε нь ялгаруулалтын зэрэг (бүх бодисын хувьд ε< 1, для абсолютно черного тела ε = 1).
Цацрагийн хувьд Планкийн хуулийг ашиглан σ тогтмолыг Планкийн тогтмол гэж тодорхойлж болно. к- Больцман тогтмол, в- гэрлийн хурд.
Тоон утга J s −1 m −2 K −4.
Германы физикч В.Виен (1864-1928) термо- ба электродинамикийн хуулиудад тулгуурлан l max долгионы уртын функцийн хамгийн их утгатай харгалзах хамаарлыг тогтоожээ. r l , T ,температур дээр Т.дагуу Виений нүүлгэн шилжүүлэх хууль,l max =b/T
өөрөөр хэлбэл энергийн гэрэлтүүлгийн спектрийн нягтын хамгийн их утгад тохирох долгионы урт l max р л, Тхар бие нь түүний термодинамик температуртай урвуу пропорциональ, б- Wien тогтмол: түүний туршилтын утга нь 2.9 10 -3 м K. Иймд илэрхийлэл (199.2) хууль гэж нэрлэдэг. офсетАлдаа нь функцийн хамгийн их байрлал дахь шилжилтийг харуулж байгаа явдал юм р л, Ттемператур богино долгионы мужид өсөхөд. Халсан биетүүдийн температур буурах тусам урт долгионы цацраг идэвхждэг (жишээлбэл, металл хөргөх үед цагаан дулаан улаан халуунд шилждэг) шалтгааныг Wien-ийн хууль тайлбарладаг.
Стефан-Больцманн болон Виенийн хуулиуд дулааны цацрагийн онолд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг хэдий ч тэдгээр нь янз бүрийн температурт энергийн давтамжийн тархалтын ерөнхий дүр зургийг өгдөггүй тул тусгай хуулиуд юм.
3. Энэ хөндийн хананд тусах гэрлийг бүрэн тусга. Гэрлийн энерги ялгаруулах зарим биеийг хөндийд байрлуулцгаая. Хөндий дотор цахилгаан соронзон орон үүсч, эцэст нь биетэй дулааны тэнцвэрт байдалд байгаа цацраг туяагаар дүүрэх болно. Судалгаанд хамрагдаж буй биеийн дулааны солилцоог хүрээлэн буй орчинтой нь ямар нэг байдлаар бүрэн арилгасан тохиолдолд тэнцвэрт байдал үүснэ (жишээлбэл, дулаан дамжилтын үзэгдэл байхгүй үед бид энэ сэтгэцийн туршилтыг вакуум орчинд хийх болно. ба конвекц). Зөвхөн гэрэл ялгаруулах, шингээх процессоор л тэнцвэрт байдалд хүрнэ: цацрагийн бие нь хөндийн доторх орон зайг изотропоор дүүргэх цахилгаан соронзон цацрагийн температуртай тэнцэх температуртай байх ба биеийн гадаргуугийн сонгосон хэсэг бүрийг ялгаруулдаг. шингээх үед нэгж хугацаанд их хэмжээний энерги . Энэ тохиолдолд хаалттай хөндийд байрлуулсан биеийн шинж чанараас үл хамааран тэнцвэрт байдал үүсэх ёстой, гэхдээ энэ нь тэнцвэрийг бий болгоход зарцуулдаг цаг хугацаанд нөлөөлдөг. Тэнцвэрт байдалд байгаа хөндий дэх цахилгаан соронзон орны энергийн нягтыг доор харуулсны дагуу зөвхөн температураар тодорхойлно.
Тэнцвэрт дулааны цацрагийг тодорхойлохын тулд зөвхөн эзэлхүүний энергийн нягтрал төдийгүй энэ энергийн спектрийн тархалт чухал юм. Тиймээс бид функцийг ашиглан хөндийн доторх орон зайг изотроп байдлаар дүүргэх тэнцвэрт цацрагийг тодорхойлох болно. у ω - спектрийн цацрагийн нягт,өөрөөр хэлбэл цахилгаан соронзон орны нэгж эзэлхүүний дундаж энерги, ω-ээс ω + δω хүртэлх давтамжийн интервалд тархсан бөгөөд энэ интервалын утгатай холбоотой. Утга нь ойлгомжтой уω нь температураас ихээхэн хамааралтай байх ёстой тул бид үүнийг тэмдэглэнэ у(ω, Т).Эрчим хүчний нийт нягтрал У(Т) холбоотой байна у(ω, Т) томъёо.
Хатуухан хэлэхэд температурын тухай ойлголт нь зөвхөн тэнцвэрт дулааны цацрагт хамаарна. Тэнцвэрийн нөхцөлд температур тогтмол байх ёстой. Гэсэн хэдий ч температурын тухай ойлголтыг ихэвчлэн цацраг туяатай тэнцвэргүй улайсдаг биетүүдийг тодорхойлоход ашигладаг. Түүнээс гадна системийн параметрүүд удаан өөрчлөгдөхөд ямар ч үед түүний температурыг тодорхойлох боломжтой бөгөөд энэ нь аажмаар өөрчлөгдөх болно. Жишээлбэл, хэрэв дулааны урсгал байхгүй бөгөөд цацраг нь гэрэлтдэг биеийн энерги буурсантай холбоотой бол түүний температур мөн буурах болно.
Бүрэн хар биений ялгаруулах чадвар ба тэнцвэрт цацрагийн спектрийн нягтын хоорондын холбоог тогтооцгооё. Үүнийг хийхийн тулд бид дундаж нягтралтай цахилгаан соронзон энергиэр дүүрсэн битүү хөндийн дотор байрлах нэг талбайн энергийн урсгалыг тооцоолно. U ω. dΩ хатуу өнцгийн доторх θ ба ϕ өнцгөөр (Зураг 6а) тодорхойлогдсон чиглэлийн дагуу нэгж талбайд цацраг унана.
Тэнцвэрийн цацраг нь изотроп шинж чанартай тул өгөгдсөн хатуу өнцгөөр тархах хэсэг нь хөндийг дүүргэх нийт энергитэй тэнцүү байна. Нэгж хугацаанд нэгж талбайгаар дамжин өнгөрөх цахилгаан соронзон энергийн урсгал
Солих dΩ(0, 2π) хязгаар дотор ϕ-ээс дээш, хязгаар (0, π/2) дотор θ-аас дээшийг илэрхийлэн нэгтгэж, нэгж талбайн нийт энергийн урсгалыг олж авна.
Тэнцвэрийн нөхцөлд туйлын хар биений ялгаралтын илэрхийлэл (13)-ийг тэнцүүлэх шаардлагатай нь ойлгомжтой. rω ойролцоо давтамжийн интервал дахь платформоос ялгарах энергийн урсгалыг тодорхойлдог ω:
Ийнхүү бүрэн хар биетийн ялгаруулах чадвар нь с/4 хүртэлх хүчин зүйл нь тэнцвэрийн цацрагийн спектрийн нягттай давхцаж байгааг харуулж байна. Цацрагийн спектрийн бүрэлдэхүүн хэсэг бүрт тэгш байдал (14) хангагдах ёстой тул дараахь зүйлийг гаргана. е(ω, Т)= у(ω, Т) (15)
Дүгнэж хэлэхэд, үнэмлэхүй хар биетийн цацраг (жишээлбэл, хөндийн жижиг нүхнээс ялгарах гэрэл) цаашид тэнцвэрт байдалд байхаа болино гэдгийг бид онцолж байна. Ялангуяа энэ цацраг нь бүх чиглэлд тархдаггүй тул изотроп биш юм. Гэхдээ ийм цацрагийн спектрийн энергийн хуваарилалт нь хөндийн доторх орон зайг изотропоор дүүргэх тэнцвэрт цацрагийн спектрийн нягттай давхцах болно. Энэ нь ямар ч температурт хүчинтэй (14) хамаарлыг ашиглах боломжийг бидэнд олгодог. Өөр ямар ч гэрлийн эх үүсвэр нь спектрийн ижил төстэй энергийн тархалттай байдаггүй. Жишээлбэл, хий дэх цахилгаан гүйдэл эсвэл химийн урвалын нөлөөн дор гэрэлтэх нь туйлын хар биетийн гэрэлтэхээс эрс ялгаатай спектртэй байдаг. Улайсдаг биетүүдийн спектрийн энергийн тархалт нь туйлын хар биетийн гэрэлтэхээс эрс ялгаатай бөгөөд энэ нь нийтлэг гэрлийн эх үүсвэр (волфрамын судалтай улайсдаг чийдэн) ба туйлын хар биетийн спектрийг харьцуулах замаар илүү өндөр байв.
4. Эрх чөлөөний зэрэглэлийн энергийн тэгш хуваарилалтын хуульд үндэслэн: цахилгаан соронзон хэлбэлзэл бүрт дунджаар кТ хоёр хэсгийн нийлбэр энерги байдаг. Нэг хагас нь долгионы цахилгаан бүрэлдэхүүн хэсэг, хоёр дахь нь соронзон бүрэлдэхүүн хэсэг юм. Хөндий дэх тэнцвэрт цацрагийг өөрөө байнгын долгионы системээр илэрхийлж болно. Гурван хэмжээст орон зай дахь тогтсон долгионы тоог дараахь томъёогоор тодорхойлно.
Манай тохиолдолд хурд vтэнцүү байх ёстой в, үүнээс гадна ижил давтамжтай, гэхдээ харилцан перпендикуляр туйлшрал бүхий хоёр цахилгаан соронзон долгион нь нэг чиглэлд хөдөлж болох бөгөөд дараа нь (1) -ийг нэмж хоёроор үржүүлнэ.
Тиймээс Рэйли, Жинс нар чичиргээ бүрт энерги хуваарилагдсан. (2) -ийг үржүүлснээр бид dω давтамжийн интервалд унасан энергийн нягтыг олж авна.
Бүрэн хар биений ялгаруулалтын хоорондын хамаарлыг мэдэх е(ω, Т) дулааны цацрагийн энергийн тэнцвэрийн нягттай, хувьд е(ω, Т) бид олдог: (3) ба (4) илэрхийлэл гэж нэрлэгддэг Rayleigh-Jeans томъёо.
Формула (3) ба (4) нь зөвхөн урт долгионы урттай туршилтын өгөгдөлтэй хангалттай нийцдэг; Түүгээр ч зогсохгүй тэнцвэрийн энергийн нягтын хувьд 0-ээс ω-ээс дээш интеграл (3) байна. у(Т) хязгааргүй их утгыг өгдөг. Энэ үр дүн гэж нэрлэдэг хэт ягаан туяаны гамшиг, туршилттай зөрчилдөж байгаа нь илт: цацраг болон цацрагийн биетийн хоорондын тэнцвэрийг хязгаарлагдмал утгаар тогтоох ёстой. у(Т).
Хэт ягаан туяаны гамшиг- аливаа халсан биеийн дулааны цацрагийн нийт хүч хязгааргүй байх ёстой гэсэн сонгодог физикийн парадоксыг тодорхойлсон физик нэр томъёо. Энэ парадокс нь долгионы урт богиносох тусам цацрагийн спектрийн эрчим хүчний нягт тодорхойгүй хугацаагаар нэмэгдэх ёстой байсан тул ийм нэртэй болсон. Нэг ёсондоо энэхүү парадокс нь сонгодог физикийн дотоод үл нийцэл биш юмаа гэхэд наад зах нь энгийн ажиглалт, туршилттай туйлын хурц (абсурд) зөрүүг харуулсан юм.
5. Планкийн таамаглал- 1900 оны 12-р сарын 14-нд Макс Планкийн дэвшүүлсэн таамаглал нь дулааны цацрагийн үед энерги ялгарч, тасралтгүй биш, харин тусдаа квантуудад (хэсэг) шингэдэг. Ийм квант хэсэг бүр энергитэй байдаг , давтамжтай пропорциональ ν цацраг:
Хаана hэсвэл - пропорциональ коэффициент, хожим нь Планкийн тогтмол гэж нэрлэгддэг. Энэхүү таамаглал дээр үндэслэн тэрээр биеийн температур ба энэ биеэс ялгарах цацрагийн хоорондын хамаарлын онолын гарал үүслийг санал болгов - Планкийн томъёо.
Планкийн томъёо- Макс Планкийн олж авсан хар биеийн цацрагийн спектрийн эрчим хүчний нягтын илэрхийлэл. Цацрагийн энергийн нягтын хувьд у(ω, Т):
Рэйлей-Жинсийн томьёо нь зөвхөн урт долгионы бүсэд цацрагийг хангалттай дүрсэлсэн нь тодорхой болсны дараа Планкийн томъёог олж авсан. Томьёог гаргахын тулд 1900 онд Планк цахилгаан соронзон цацраг нь энергийн бие даасан хэсэг (квант) хэлбэрээр ялгардаг гэсэн таамаглал дэвшүүлсэн бөгөөд түүний хэмжээ нь цацрагийн давтамжтай дараахь илэрхийлэл юм.
Пропорциональ коэффициентийг дараа нь Планкийн тогтмол гэж нэрлэсэн бөгөөд = 1.054 · 10 −27 erg s.
Дулааны цацрагийн шинж чанарыг тайлбарлахын тулд цахилгаан соронзон цацрагийг хэсэгчлэн (квант) ялгаруулах тухай ойлголтыг нэвтрүүлэх шаардлагатай байв. Цацрагийн квант шинж чанар нь рентген туяаны спектрт богино долгионы хязгаар байгаагаар батлагддаг.
Рентген цацраг нь хатуу объектуудыг хурдан электроноор бөмбөгдөх үед үүсдэг. Электрон энергийн зөвхөн 1-3% нь цацрагт ашиглагддаг, үлдсэн хэсэг нь анод дээр дулаан хэлбэрээр ялгардаг тул анодыг усаар хөргөдөг. Анодын бодист орсны дараа электронууд хүчтэй дарангуйлалд өртөж, цахилгаан соронзон долгионы (рентген туяа) эх үүсвэр болдог.
Анодыг цохих үед электроны анхны хурдыг дараах томъёогоор тодорхойлно.
Хаана У- хурдасгах хүчдэл.
>Мэдэгдэхүйц ялгаралт нь зөвхөн хурдан электронуудын огцом удаашралаар ажиглагддаг У~ 50 кВ байхад ( -тай- гэрлийн хурд). Индукцийн электрон хурдасгуурт - бетатрон, электронууд 50 МэВ хүртэл энерги авдаг, = 0.99995 -тай. Ийм электронуудыг хатуу бай руу чиглүүлснээр бид богино долгионы урттай рентген туяаг олж авдаг. Энэ цацраг нь маш их нэвтрэх чадвартай. Сонгодог электродинамикийн дагуу электрон удаашрах үед тэгээс хязгааргүй хүртэлх бүх долгионы уртын цацраг үүсэх ёстой. Цацрагийн хамгийн их хүч үүсэх долгионы урт нь электрон хурд нэмэгдэх тусам буурах ёстой. Гэсэн хэдий ч сонгодог онолоос үндсэн ялгаа бий: тэг эрчим хүчний хуваарилалт нь координатын гарал үүсэлтэй байдаггүй, харин хязгаарлагдмал утгууд дээр тасардаг - энэ нь рентген спектрийн богино долгионы төгсгөл.
Энэ нь туршилтаар тогтоогдсон
Богино долгионы хил байгаа нь цацрагийн квант шинж чанараас шууд хамаардаг. Үнэн хэрэгтээ, хэрэв тоормослох үед электрон алдагдсан энергийн улмаас цацраг үүсвэл квантын энерги нь электроны энергиээс хэтрэхгүй байх ёстой. eU, өөрөөр хэлбэл , эндээс эсвэл .
Энэ туршилтаар бид Планкийн тогтмолыг тодорхойлж чадна h. Планкийн тогтмолыг тодорхойлох бүх аргуудаас рентген туяаны спектрийн богино долгионы хил хязгаарыг хэмжихэд үндэслэсэн арга нь хамгийн үнэн зөв нь юм.
7. Фото эффект- энэ бол гэрлийн нөлөөн дор бодисоос электрон ялгаруулах (мөн ерөнхийдөө аливаа цахилгаан соронзон цацраг). Өтгөрүүлсэн бодисуудад (хатуу ба шингэн) гадна болон дотоод фотоэлектрик эффект байдаг.
Фотоэлектрик эффектийн хуулиуд:
Томъёо Фотоэлектрик эффектийн 1-р хууль: өгөгдсөн давтамж дээр нэгж хугацаанд металлын гадаргуугаас гэрлээр ялгарах электронуудын тоо нь металыг гэрэлтүүлэх гэрлийн урсгалтай шууд пропорциональ байна..
дагуу Фотоэлектрик эффектийн 2-р хууль, гэрлээр ялгарах электронуудын хамгийн их кинетик энерги нь гэрлийн давтамжтай шугаман нэмэгдэж, түүний эрчмээс хамаардаггүй.
Фотоэлектрик эффектийн 3-р хууль: Бодис бүрийн хувьд фотоэлектрик эффектийн улаан хязгаар, өөрөөр хэлбэл гэрлийн хамгийн бага давтамж ν 0 (эсвэл хамгийн их долгионы урт λ 0) байдаг бөгөөд энэ үед фотоэлектрик эффект боломжтой хэвээр байгаа бөгөөд хэрэв ν 0 бол фотоэлектрик эффект байхгүй байна. илүү удаан тохиолддог.
Эдгээр хуулиудын онолын тайлбарыг 1905 онд Эйнштейн өгсөн. Үүний дагуу цахилгаан соронзон цацраг нь тус бүр нь hν энергитэй бие даасан квантуудын (фотонуудын) урсгал бөгөөд h нь Планкийн тогтмол юм. Фотоэлектрик эффектийн үед туссан цахилгаан соронзон цацрагийн нэг хэсэг нь металлын гадаргуугаас ойж, нэг хэсэг нь металлын гадаргуугийн давхаргад нэвтэрч, тэнд шингэдэг. Фотоныг шингээж авсны дараа электрон түүнээс энерги авч, ажлын функцийг гүйцэтгэснээр металыг орхино. hν = А гарч + В э, Хаана В э- металлаас гарах үед электрон байж болох хамгийн их кинетик энерги.
Энерги хадгалагдах хуулиас харахад гэрлийг бөөмс (фотон) хэлбэрээр илэрхийлэхдээ фотоэлектрик эффектийн Эйнштейний томъёо дараах байдалтай байна. hν = А гарч + Эк
Хаана А гарч- гэж нэрлэгддэг ажлын функц (бодисоос электроныг зайлуулахад шаардагдах хамгийн бага энерги), Ek нь ялгарсан электроны кинетик энерги (хурдаас хамааран харьцангуйн бөөмийн кинетик энергийг тооцож болно, эс тооцвол), ν - давтамж ослын фотоны энергитэй hν, h- Планкийн тогтмол.
Ажлын функц- хатуу биетийн эзэлхүүнээс "шууд" зайлуулахын тулд электронд өгөх ёстой хамгийн бага энерги (ихэвчлэн электрон вольтоор хэмжигддэг) ба Ферми энергийн хоорондох зөрүү.
Фото эффектийн "улаан" хүрээ- хамгийн бага давтамж буюу хамгийн их долгионы урт λ хамгийн ихгэрэл, энэ үед гадаад фотоэлектрик эффект боломжтой хэвээр байна, өөрөөр хэлбэл фотоэлектронуудын анхны кинетик энерги тэгээс их байна. Давтамж нь зөвхөн гаралтын функцээс хамаарна А гарчэлектрон: , хаана А гарч- тодорхой фотокатодын ажлын функц; hнь Планкийн тогтмол ба -тай- гэрлийн хурд. Ажлын функц А гарчфотокатодын материал, түүний гадаргуугийн төлөв байдлаас хамаарна. Фотокатод дээр давтамж эсвэл долгионы урт λ гэрэл тусмагц фотоэлектронуудын ялгарал эхэлдэг.
ДУЛААНЫ ЦАЦААГ Стефан Больцманы хууль Эрчим хүчний гэрэлтэх чадвар R e ба хар биеийн энергийн гэрлийн спектрийн нягтын хамаарал Саарал биеийн энергийн гэрэлтэлт Виений шилжилтийн хууль (1-р хууль) Хар биеийн энергийн гэрлийн спектрийн хамгийн их нягтын хамаарал. биеийн температур (2-р хууль) Планкийн томъёо
ДУЛААНЫ ЦАЦААГ 1. Нарны энергийн гэрэлтэлтийн спектрийн хамгийн их нягт нь долгионы урт = 0.48 микрон үед тохиолддог. Нарыг хар биет байдлаар цацруулж байна гэж үзвэл: 1) түүний гадаргуугийн температур; 2) түүний гадаргуугаас ялгарах хүч. Виенийн нүүлгэн шилжүүлэх хуулийн дагуу Нарны гадаргуугаас ялгарах хүч Стефан Больцманы хуулийн дагуу.
ДУЛААНЫ ЦАЦААГ 2. Платины шингээх чадвар А Т = 0.8 бол хайлсан цагаан алтны гадаргуугаас 1 минутын дотор 50 см 2-аар алдагдсан дулааны хэмжээг тодорхойл. Цагаан алтны хайлах цэг нь 1770 ° C байна. Платинумаас ялгарах дулааны хэмжээ нь түүний халуун гадаргуугаас ялгарах энергитэй тэнцүү байна.
ДУЛААНЫ ЦАЦААГ 3. Цахилгаан зуух нь P = 500 Вт хүчийг хэрэглэдэг. d = 5.0 см диаметртэй нээлттэй жижиг нүхтэй түүний дотоод гадаргуугийн температур 700 ° C байна. Хэр их эрчим хүчний хэрэглээний хананд зарцуулагддаг вэ? Стефан Больцманы хуулийн дагуу нийт хүчийг нүхээр ялгарах хүч чадлын нийлбэрээр тодорхойлно.
ДУЛААНЫ ЦАЦАРГАЛ 4 Гянтболдын судлыг вакуум дотор I = 1 А гүйдлийн хүчээр T 1 = 1000 К температурт халаана. Ямар гүйдлийн хүчээр судсыг T 2 = 3000 К температурт халаах вэ? Гянтболдын шингээлтийн коэффициент ба түүний T 1, T 2 температурт тохирох эсэргүүцэл нь: a 1 = 0.115 ба 2 = 0.334; 1 = 25, Ohm m, 2 = 96, Ohm m Ялгарсан хүч нь тогтворгүй төлөвт байгаа цахилгаан хэлхээнээс зарцуулсан чадалтай тэнцүү Дамжуулагчид ялгарах цахилгаан эрчим хүч Стефан Больцманы хуулийн дагуу,
ДУЛААНЫ ЦАЦААГ 5. Нарны спектрт энергийн гэрлийн спектрийн хамгийн их нягт нь .0 = 0.47 микрон долгионы уртад тохиолддог. Нар бүхэлдээ хар биет байдлаар ялгардаг гэж үзвэл дэлхийн ойролцоо агаар мандлын гаднах нарны цацрагийн эрчмийг (өөрөөр хэлбэл цацрагийн урсгалын нягт) ол. Гэрлийн эрч хүч (цацрагийн эрч хүч) Гэрлийн урсгал Стефан Больцманн ба Вений хуулийн дагуу
ДУЛААНЫ ЦАЦААГ 6. Хар биеийн цацрагийн спектрийн хамгийн их энергийг бүрдүүлдэг долгионы урт 0 нь 0.58 микрон байна. Долгионы уртын интервал = 1 нм, 0-ийн ойролцоо тооцоолсон энергийн гэрэлтүүлгийн хамгийн их спектрийн нягтыг (r,T) max тодорхойлно.Энергийн гэрэлтүүлгийн спектрийн хамгийн их нягт нь температурын тав дахь хүчин чадалтай пропорциональ бөгөөд Wien-ийн 2-р хуулиар илэрхийлэгдэнэ. Температурын T нь Wien-ийн нүүлгэн шилжүүлэлтийн хуулийн утгыг илэрхийлдэг C утгыг SI нэгжээр өгсөн бөгөөд үүнд нэгж долгионы уртын интервал = 1 м Асуудлын нөхцлийн дагуу 1 долгионы уртын интервалаар тооцоолсон спектрийн гэрэлтүүлгийн нягтыг тооцоолох шаардлагатай. nm тул бид C-ийн утгыг SI нэгжээр бичиж, өгөгдсөн долгионы уртын интервалд дахин тооцоолно.
ДУЛААНЫ ЦАЦААГ 7. Нарны цацрагийн спектрийн судалгаанаас үзэхэд энергийн гэрлийн спектрийн хамгийн их нягт нь долгионы урт = 500 нм-тэй тохирч байна. Нарыг хар биетэй гэж үзээд дараахь зүйлийг тодорхойлно уу: 1) Нарны R e энергийн гэрэлтэлтийг; 2) нарнаас ялгарах эрчим хүчний урсгал F e; 3) 1 секундын дотор нарнаас ялгарах цахилгаан соронзон долгионы масс (бүх урттай). 1. Стефан Больцманн болон Виенийн хуулийн дагуу 2. Гэрлийн урсгал 3. t = 1 секундын хугацаанд нарнаас ялгарах цахилгаан соронзон долгионы массыг (бүх урттай) масс ба энергийн пропорциональ хуулийг ашиглан тодорхойлно. E = ms 2. t хугацаанд ялгарах цахилгаан соронзон долгионы энерги нь энергийн урсгалын Ф e ((цацрагийн хүч) хугацааны үржвэртэй тэнцүү байна: E=Ф e t. Иймээс Ф e =ms 2, үүнээс m= Ф e /с 2.
Дулааны цацрагийн улмаас биеийн алддаг энерги нь дараах хэмжигдэхүүнээр тодорхойлогддог.
Цацрагийн урсгал (F) -биеийн бүх гадаргуугаас нэгж хугацаанд ялгарах энерги.
Үнэндээ энэ бол дулааны цацрагийн хүч юм. Цацрагийн урсгалын хэмжээ нь [J/s = W] байна.
Эрчим хүчний гэрэлтүүлэг (Re) -халсан биеийн нэгж гадаргуугаас нэгж хугацаанд ялгарах дулааны цацрагийн энерги:
SI системд энергийн гэрэлтэлтийг хэмждэг - [Вт/м 2].
Цацрагийн урсгал ба энергийн гэрэлтэлт нь бодисын бүтэц, температураас хамаарна: Ф = Ф(Т),
Дулааны цацрагийн спектр дэх энергийн гэрэлтүүлгийн хуваарилалт нь үүнийг тодорхойлдог спектрийн нягт. 1 секундын дотор нэг гадаргуугаас ялгарах дулааны цацрагийн энергийг долгионы уртын нарийхан мужид тэмдэглэе. λ руу λ + d λ, dRe-ээр дамжуулан.
Спектрийн гэрэлтэлтийн нягт (r) эсвэл ялгаруулах чадварСпектрийн нарийхан хэсэг дэх энергийн гэрэлтүүлгийн харьцааг (dRe) энэ хэсгийн өргөнтэй (dλ) харьцаа гэж нэрлэдэг.
Долгионы урт дахь спектрийн нягт ба энергийн гэрэлтэлтийн (dRe) ойролцоо хэлбэр. λ руу λ + d λ, Зурагт үзүүлэв. 13.1.
Цагаан будаа. 13.1.Эрчим хүчний гэрэлтүүлгийн спектрийн нягтрал
Эрчим хүчний гэрэлтүүлгийн спектрийн нягтын долгионы уртаас хамаарах хамаарлыг гэнэ. биеийн цацрагийн спектр. Энэ хамаарлын талаарх мэдлэг нь долгионы уртын аль ч муж дахь биеийн энергийн гэрэлтүүлгийг тооцоолох боломжийг олгодог. Долгионы урттай биеийн энергийн гэрэлтүүлгийг тооцоолох томъёо нь:
Нийт гэрэлтүүлэг нь:
Бие нь зөвхөн ялгаруулдаг төдийгүй дулааны цацрагийг шингээдэг. Биеийн цацрагийн энергийг шингээх чадвар нь түүний бодис, температур, цацрагийн долгионы уртаас хамаардаг. Биеийн шингээх чадвар нь тодорхойлогддог монохромат шингээлтийн коэффициент α.
Биеийн гадаргуу дээр урсац унана монохроматλ долгионы урттай цацраг Φ λ. Энэ урсгалын нэг хэсэг нь тусгалаа олж, нэг хэсэг нь биед шингэдэг. Шингээсэн урсгалын хэмжээг Φ λ abs гэж тэмдэглэе.
Монохроматик шингээлтийн коэффициент α λЭнэ нь тухайн биед шингэсэн цацрагийн урсгалыг туссан монохромат урсгалын хэмжээтэй харьцуулсан харьцаа юм.
Монохроматик шингээлтийн коэффициент нь хэмжээсгүй хэмжигдэхүүн юм. Үүний утга нь тэгээс нэг хооронд байна: 0 ≤ α ≤ 1.
Чиг үүрэг α = α(λ,Τ) , долгионы урт ба температураас монохромат шингээлтийн коэффициентийн хамаарлыг илэрхийлдэг. шингээх чадварбие. Түүний гадаад төрх нь нэлээд төвөгтэй байж болно. Хамгийн энгийн шингээлтийн төрлүүдийг доор авч үзнэ.
Цэвэр хар биетэйнь шингээлтийн коэффициент нь бүх долгионы уртын хувьд нэгдэлтэй тэнцүү бие юм: α = 1.
Саарал биетэйшингээлтийн коэффициент нь долгионы уртаас хамаарахгүй бие юм: α = const< 1.
Үнэхээр цагаан биетэйнь бүх долгионы уртад шингээлтийн коэффициент нь тэгтэй тэнцүү бие юм: α = 0.
Кирхгофын хууль
Кирхгофын хууль- биеийн ялгаруулах чадварыг түүний шингээх чадварт харьцуулсан харьцаа нь бүх биед ижил бөгөөд туйлын хар биеийн энергийн гэрэлтүүлгийн спектрийн нягттай тэнцүү байна:
= /
Хуулийн үр дүн:
1. Өгөгдсөн температурт байгаа бие ямар ч цацрагийг шингээдэггүй бол түүнийг ялгаруулдаггүй. Үнэхээр тодорхой долгионы уртад шингээлтийн коэффициент α = 0 бол r = α∙ε(λT) = 0 байна.
1. Ижил температурт хар биебусдаас илүү цацруулдаг. Үнэн хэрэгтээ, бусад бүх биед хар,α < 1, поэтому для них r = α∙ε(λT) < ε
2. Хэрэв бид тодорхой биетийн хувьд монохромат шингээлтийн коэффициентийн долгионы урт ба температураас хамаарах хамаарлыг туршилтаар тогтоовол - α = r = α(λT) бол түүний цацрагийн спектрийг тооцоолж болно.
