Vücutların termal radyasyonu, iç kısmın o kısmından kaynaklanan elektromanyetik radyasyondur. vücut enerjisi, parçacıklarının termal hareketi ile ilişkilidir.
Bir sıcaklığa ısıtılan cisimlerin termal radyasyonunun temel özellikleri Tşunlardır:
1. Enerji parlaklıkR (T ) -Bir cismin birim yüzeyinden tüm dalga boyu aralığı boyunca birim zamanda yayılan enerji miktarı. Sıcaklığa, doğaya ve yüzey durumuna bağlıdır yayılan vücut. SI sisteminde R ( T ) [W/m2] boyutuna sahiptir.
2. Enerjik parlaklığın spektral yoğunluğuR ( ,T) =dW/ D - birim dalga boyu aralığında (söz konusu dalga boyuna yakın) birim zamanda birim yüzey tarafından yayılan enerji miktarı ). Onlar. bu miktar sayısal olarak enerji oranına eşittir dW, dar bir dalga boyu aralığında birim zamanda birim alandan yayılan önce +d , bu aralığın genişliğine kadar. Bu, vücut sıcaklığına, dalga boyuna ve ayrıca ışık yayan cismin yüzeyinin doğasına ve durumuna bağlıdır. SI sisteminde R( , T) [W/m3] boyutuna sahiptir.
Enerjik parlaklık R(T) enerjik parlaklığın spektral yoğunluğuyla ilgili R( , T) Aşağıdaki şekilde:
(1) [W/m2]
3. Tüm cisimler, yüzeylerine gelen elektromanyetik dalgaları sadece yaymakla kalmaz, aynı zamanda emerler. Belirli bir dalga boyundaki elektromanyetik dalgalara göre cisimlerin soğurma kapasitesini belirlemek için kavram tanıtıldı monokromatik soğurma katsayısı-bir cismin yüzeyi tarafından emilen tek renkli bir dalganın enerjisinin büyüklüğünün, gelen tek renkli dalganın enerjisinin büyüklüğüne oranı:
Monokromatik absorpsiyon katsayısı, sıcaklığa ve dalga boyuna bağlı boyutsuz bir miktardır. Gelen monokromatik dalganın enerjisinin ne kadarının vücut yüzeyi tarafından emildiğini gösterir. Değer ( , T) 0'dan 1'e kadar değerler alabilir.
Adyabatik olarak radyasyon kapalı sistem(dış ortamla ısı alışverişinin yapılmamasına denge denir). Eğer boşluğun duvarında küçük bir delik açarsanız denge durumu biraz değişecek ve boşluktan çıkan radyasyon denge radyasyonuna karşılık gelecektir.
Bir ışın böyle bir deliğe yönlendirilirse, boşluğun duvarlarında tekrarlanan yansımalar ve emilimden sonra geri çıkamayacaktır. Bu, böyle bir delik için emme katsayısının olduğu anlamına gelir. ( , T) = 1.
Küçük bir deliğe sahip olan kapalı boşluk, modellerden biri olarak hizmet vermektedir. tamamen siyah gövde.
Tamamen siyah gövdegelen radyasyonun yönüne, spektral bileşimine ve polarizasyonuna (hiçbir şeyi yansıtmadan veya iletmeden) bakılmaksızın üzerine gelen tüm radyasyonu emen bir cisimdir.
Tamamen siyah bir cisim için spektral parlaklık yoğunluğu, dalga boyu ve sıcaklığın bazı evrensel fonksiyonlarıdır. F( , T) ve doğasına bağlı değildir.
Doğadaki tüm cisimler radyasyon olayını yüzeylerine kısmen yansıtır ve bu nedenle mutlak siyah cisimler olarak sınıflandırılmazlar. Bir cismin monokromatik soğurma katsayısı aynı ise tüm dalga boyları ve daha azbirimler(( , T) = Т =sabit<1),o zaman böyle bir vücuda denir gri. Gri bir cismin tek renkli soğurma katsayısı yalnızca cismin sıcaklığına, doğasına ve yüzeyinin durumuna bağlıdır.
Kirchhoff, doğaları ne olursa olsun tüm cisimler için enerji parlaklığının spektral yoğunluğunun monokromatik soğurma katsayısına oranının dalga boyu ve sıcaklığın aynı evrensel fonksiyonu olduğunu gösterdi. F( , T) , gibi spektral yoğunluk siyah bir cismin enerjik parlaklığı :
Denklem (3) Kirchhoff yasasını temsil eder.
Kirchhoff yasasışu şekilde formüle edilebilir: sistemin termodinamik dengede olan tüm gövdeleri için, enerji parlaklığının spektral yoğunluğunun katsayıya oranı Monokromatik soğurma vücudun doğasına bağlı değildir, dalga boyuna bağlı olarak tüm cisimler için aynı işleve sahiptir. ve sıcaklık T.
Yukarıdakilerden ve formül (3)'ten, belirli bir sıcaklıkta, büyük bir emme katsayısına sahip olan gri cisimlerin daha güçlü yaydığı ve kesinlikle siyah cisimlerin en güçlü şekilde yaydığı açıktır. Tamamen siyah bir cisim olduğundan( , T)=1 ise formül (3)'ten evrensel fonksiyonun olduğu sonucu çıkar. F( , T) siyah bir cismin spektral parlaklık yoğunluğunu temsil eder
Peki termal radyasyon nedir?
Termal radyasyon, bir madde içindeki atomların ve moleküllerin dönme ve titreşim hareketinin enerjisinden kaynaklanan elektromanyetik radyasyondur. Termal radyasyon, sıcaklığı mutlak sıfırın üzerinde olan tüm cisimlerin karakteristiğidir.
İnsan vücudunun termal radyasyonu, elektromanyetik dalgaların kızılötesi aralığına aittir. Böyle bir radyasyon ilk olarak İngiliz gökbilimci William Herschel tarafından keşfedildi. 1865 yılında İngiliz fizikçi J. Maxwell, kızılötesi radyasyonun elektromanyetik nitelikte olduğunu ve 760 metre uzunluğunda dalgalardan oluştuğunu kanıtladı. nm 1-2'ye kadar mm. Çoğu zaman, IR radyasyonunun tüm aralığı alanlara bölünür: yakın (750 nm-2.500nm), ortalama (2.500 nm - 50.000nm) ve uzun menzilli (50.000 nm-2.000.000nm).
A gövdesinin, ideal bir yansıtıcı (radyasyona dayanıklı) kabuk C ile sınırlanan B boşluğuna yerleştirildiği durumu ele alalım (Şekil 1). Kabuğun iç yüzeyinden çoklu yansımanın bir sonucu olarak, radyasyon ayna boşluğu içinde depolanacak ve kısmen A gövdesi tarafından emilecektir. Bu koşullar altında, sistem boşluğu B - A gövdesi enerji kaybetmeyecek, sadece enerji kaybı yaşanacaktır. A cismi ile B boşluğunu dolduran ışınım arasında sürekli bir enerji alışverişi olsun.
Şekil 1. B boşluğunun ayna duvarlarından termal dalgaların çoklu yansıması
Enerji dağılımı her dalga boyu için değişmeden kalırsa, böyle bir sistemin durumu dengede olacaktır ve radyasyon da dengede olacaktır. Denge radyasyonunun tek türü termaldir. Herhangi bir nedenle radyasyon ile vücut arasındaki denge değişirse, sistemi denge durumuna döndürecek termodinamik süreçler oluşmaya başlar. A cismi emdiğinden daha fazlasını yaymaya başlarsa, vücut iç enerjisini kaybetmeye başlar ve vücut sıcaklığı (iç enerjinin bir ölçüsü olarak) düşmeye başlar ve bu da yayılan enerji miktarını azaltır. Yayılan enerji miktarı vücut tarafından emilen enerji miktarına eşit oluncaya kadar vücudun sıcaklığı düşecektir. Böylece bir denge durumu oluşacaktır.
Denge termal radyasyonu aşağıdaki özelliklere sahiptir: homojen (boşluğun tüm noktalarında aynı enerji akısı yoğunluğu), izotropik (olası yayılma yönleri eşit derecede olasıdır), polarize olmayan (elektrik ve manyetik alan kuvvet vektörlerinin yönleri ve değerleri) boşluğun tüm noktalarında düzensiz bir şekilde değişir).
Termal radyasyonun ana niceliksel özellikleri şunlardır:
- enerjik parlaklık birim zaman başına bir birim yüzey alanından her yöne bir vücut tarafından yayılan termal radyasyonun tüm dalga boyları aralığındaki elektromanyetik radyasyon enerjisi miktarıdır: R = E/(S t), [J/(m 2) s)] = [W /m 2 ] Enerji parlaklığı cismin doğasına, cismin sıcaklığına, cismin yüzeyinin durumuna ve radyasyonun dalga boyuna bağlıdır.
- spektral parlaklık yoğunluğu - belirli bir sıcaklıkta (T + dT) belirli dalga boyları (λ + dλ) için bir cismin enerjik parlaklığı: R λ,T = f(λ, T).
Bir cismin belirli dalga boyları içindeki enerjik parlaklığı, T = sabit için R λ,T = f(λ, T)'nin integrali alınarak hesaplanır:
- emme katsayısı
- vücut tarafından emilen enerjinin gelen enerjiye oranı. Dolayısıyla, dФ inc akısından gelen radyasyon bir vücuda düşerse, o zaman bir kısmı vücut yüzeyinden yansıtılır - dФ neg, diğer kısmı vücuda geçer ve kısmen dФ abs ısısına dönüşür ve üçüncü kısım , birkaç iç yansımadan sonra vücuttan dışarıya doğru geçer dФ inc : α = dФ abs./dФ aşağı.
Absorbsiyon katsayısı α, soğuran cismin doğasına, emilen radyasyonun dalga boyuna, vücut yüzeyinin sıcaklığına ve durumuna bağlıdır.
- monokromatik soğurma katsayısı- belirli bir sıcaklıkta belirli bir dalga boyundaki termal radyasyonun absorpsiyon katsayısı: α λ,T = f(λ,T)
Cesetler arasında üzerlerine düşen herhangi bir dalga boyundaki tüm termal radyasyonu emebilen cisimler vardır. Bu tür ideal emici cisimlere denir tamamen siyah bedenler. Onlar için α =1.
Ayrıca α'nın olduğu gri gövdeler de vardır.<1, но одинаковый для всех длин волн инфракрасного диапазона.
Kara cisim modeli, ısıya dayanıklı bir kabuk ile küçük bir boşluk açıklığıdır. Delik çapı, boşluk çapının 0,1'inden fazla değildir. Sabit bir sıcaklıkta, tamamen siyah bir cismin enerjik parlaklığına karşılık gelen delikten bir miktar enerji yayılır. Ancak kara delik bir idealleştirmedir. Ancak siyah cismin termal radyasyon yasaları gerçek kalıplara yaklaşmaya yardımcı olur.
2. Termal radyasyon yasaları
1. Kirchhoff yasası. Termal radyasyon dengededir; bir vücut tarafından yayılan enerji miktarı, onun tarafından emilen miktardır. Kapalı bir boşlukta bulunan üç cisim için şunu yazabiliriz:
Belirtilen ilişki gövdelerden biri AC olduğunda da geçerli olacaktır:
Çünkü siyah cisim için α λT .
Bu Kirchhoff yasasıdır: Bir cismin enerjik parlaklığının spektral yoğunluğunun onun monokromatik soğurma katsayısına (belirli bir sıcaklıkta ve belirli bir dalga boyunda) oranı, cismin doğasına bağlı değildir ve tüm cisimler için eşittir. Aynı sıcaklık ve dalga boyunda enerjik parlaklığın spektral yoğunluğu.
Kirchhoff yasasının sonuçları:
1. Siyah cismin spektral enerjik parlaklığı, dalga boyunun ve vücut sıcaklığının evrensel bir fonksiyonudur.
2. Siyah cismin spektral enerji parlaklığı en yüksektir.
3. Rasgele bir cismin spektral enerji parlaklığı, emme katsayısı ile tamamen siyah bir cismin spektral enerji parlaklığının çarpımına eşittir.
4. Belirli bir sıcaklıkta herhangi bir cisim, belirli bir sıcaklıkta yaydığı aynı dalga boyunda dalgalar yayar.
Bir dizi elementin spektrumlarının sistematik bir şekilde incelenmesi, Kirchhoff ve Bunsen'in gazların absorpsiyon ve emisyon spektrumları ile karşılık gelen atomların bireyselliği arasında kesin bir bağlantı kurmasına olanak sağladı. Yani önerildi Spektral analiz konsantrasyonu 0,1 nm olan maddeleri tanımlayabileceğiniz.
Kesinlikle siyah bir cisim, gri bir cisim, keyfi bir cisim için enerji parlaklığının spektral yoğunluğunun dağılımı. Son eğri, bu tür cisimlerin emisyon ve emiliminin seçiciliğini gösteren birkaç maksimum ve minimuma sahiptir.
2. Stefan-Boltzmann yasası.
1879'da Avusturyalı bilim adamları Joseph Stefan (rastgele bir cisim için deneysel olarak) ve Ludwig Boltzmann (teorik olarak siyah bir cisim için), tüm dalga boyu aralığı boyunca toplam enerjik parlaklığın, vücudun mutlak sıcaklığının dördüncü kuvveti ile orantılı olduğunu tespit etti:
3. Şarap Yasası.
Alman fizikçi Wilhelm Wien, 1893'te bir cismin enerji parlaklığının maksimum spektral yoğunluğunun sıcaklığa bağlı olarak siyah cismin radyasyon spektrumundaki konumunu belirleyen bir yasa formüle etti. Yasaya göre, siyah cismin enerji parlaklığının maksimum spektral yoğunluğunu açıklayan dalga boyu λ max, mutlak sıcaklığı T ile ters orantılıdır: λ max = В/t, burada В = 2,9*10 -3 m·K Wien sabitidir.
Böylece, artan sıcaklıkla birlikte yalnızca toplam radyasyon enerjisi değişmekle kalmaz, aynı zamanda enerji parlaklığının spektral yoğunluğunun dağılım eğrisinin şekli de değişir. Sıcaklık arttıkça maksimum spektral yoğunluk daha kısa dalga boylarına doğru kayar. Bu nedenle Wien yasasına yer değiştirme yasası denir.
Şarap Yasası Geçerlidir optik pirometride- gözlemciden uzakta bulunan yüksek derecede ısıtılmış cisimlerin radyasyon spektrumundan sıcaklığı belirlemeye yönelik bir yöntem. Güneş'in sıcaklığını ilk belirleyen bu yöntemdi (470 nm için T = 6160 K).
Sunulan yasalar, enerjik parlaklığın spektral yoğunluğunun dalga boyları üzerindeki dağılımı için teorik olarak denklemler bulmamıza izin vermedi. Bilim adamlarının klasik fizik yasalarına dayanarak kara cisim radyasyonunun spektral bileşimini incelediği Rayleigh ve Jeans'in çalışmaları, ultraviyole felaketi adı verilen temel zorluklara yol açtı. UV dalgaları aralığında, siyah cismin enerjik parlaklığının sonsuza ulaşması gerekirdi, ancak deneylerde sıfıra düştü. Bu sonuçlar enerjinin korunumu yasasıyla çelişiyordu.
4. Planck'ın teorisi. 1900 yılında bir Alman bilim adamı, cisimlerin sürekli olarak değil, ayrı parçalar halinde - kuantum yaydığı hipotezini öne sürdü. Kuantum enerjisi radyasyon frekansıyla orantılıdır: E = hν = h·c/λ, burada h = 6,63*10 -34 J·s Planck sabiti.
Siyah cismin kuantum radyasyonu hakkındaki fikirlerin rehberliğinde, siyah cismin enerji parlaklığının spektral yoğunluğu için bir denklem elde etti:
Bu formül, tüm sıcaklıklarda tüm dalga boyu aralığındaki deneysel verilere uygundur.
Güneş doğadaki termal radyasyonun ana kaynağıdır. Güneş radyasyonu geniş bir dalga boyu aralığını kaplar: 0,1 nm'den 10 m'ye veya daha fazla. Güneş enerjisinin %99'u 280 ila 6000 aralığında oluşur nm. Dünya yüzeyinin birim alanı başına, dağlarda 800 ila 1000 W/m2 arasındadır. Isının iki milyarda biri dünya yüzeyine ulaşır - 9,23 J/cm2. 6000'den 500000'e kadar termal radyasyon aralığı için nm Güneş enerjisinin %0,4'ünü oluşturur. Dünya atmosferinde kızılötesi radyasyonun çoğu su, oksijen, nitrojen ve karbondioksit molekülleri tarafından emilir. Radyo menzili de çoğunlukla atmosfer tarafından emilir.
Güneş ışınlarının, dünya atmosferi dışında, güneş ışınlarına dik olarak 82 km yükseklikte bulunan 1 m2'lik alana 1 saniyede getirdiği enerji miktarına güneş sabiti denir. 1,4 * 10 3 W/m2'ye eşittir.
Güneş ışınımının normal akı yoğunluğunun spektral dağılımı, 6000 derece sıcaklıktaki siyah cisim için olanla örtüşmektedir. Bu nedenle Güneş, termal radyasyona göre siyah bir cisimdir.
3. Gerçek cisimlerden ve insan vücudundan yayılan radyasyon
İnsan vücudunun yüzeyinden gelen termal radyasyon, ısı transferinde büyük rol oynar. Bu tür ısı transfer yöntemleri vardır: termal iletkenlik (iletim), konveksiyon, radyasyon, buharlaşma. Bir kişinin kendini bulduğu koşullara bağlı olarak, bu yöntemlerin her biri baskın bir role sahip olabilir (örneğin, çok yüksek çevre sıcaklıklarında başrol buharlaşmaya, soğuk su iletiminde ve su sıcaklığı 15'e aittir) derece çıplak kişi için öldürücü bir ortamdır ve 2-4 saat sonra beynin hipotermisi nedeniyle bayılma ve ölüm meydana gelir. Radyasyonun toplam ısı transferindeki payı %75 ile %25 arasında değişebilir. Normal koşullar altında fizyolojik dinlenmede yaklaşık %50.
Canlı organizmaların yaşamında rol oynayan termal radyasyon, kısa dalga boylarına (0,3'ten 3'e kadar) bölünür. µm) ve uzun dalga boyu (5'ten 100'e kadar) µm). Kısa dalga radyasyonunun kaynağı Güneş ve açık alevdir ve canlı organizmalar yalnızca bu tür radyasyonun alıcılarıdır. Uzun dalga radyasyonu canlı organizmalar tarafından hem yayılır hem de emilir.
Emme katsayısının değeri, ortamın ve vücudun sıcaklıklarının oranına, etkileşim alanına, bu alanların yönüne ve kısa dalga radyasyonu için yüzeyin rengine bağlıdır. Bu nedenle, kısa dalga radyasyonunun yalnızca% 18'i siyahlarda yansıtılırken, beyaz ırktan insanlarda yaklaşık% 40'tır (büyük olasılıkla, evrimdeki siyahların ten renginin ısı transferiyle hiçbir ilgisi yoktu). Uzun dalga radyasyonu için soğurma katsayısı 1'e yakındır.
Radyasyon yoluyla ısı transferini hesaplamak çok zor bir iştir. Stefan-Boltzmann yasası gerçek cisimler için kullanılamaz çünkü enerjisel parlaklığın sıcaklığa daha karmaşık bir bağımlılığı vardır. Bunun sıcaklığa, vücudun doğasına, vücudun şekline ve yüzeyinin durumuna bağlı olduğu ortaya çıktı. Sıcaklıktaki bir değişiklikle σ katsayısı ve sıcaklık üssü değişir. İnsan vücudunun yüzeyi karmaşık bir yapıya sahiptir, kişi radyasyonu değiştiren kıyafetler giyer ve süreç kişinin bulunduğu duruştan etkilenir.
Gri bir cisim için tüm aralıktaki radyasyon gücü şu formülle belirlenir: P = α d.t. σ·T 4 ·S Gerçek cisimlerin (insan derisi, giysi kumaşları) gri cisimlere yakın olduğu bazı yaklaşımlarla dikkate alındığında, gerçek cisimlerin belirli bir sıcaklıktaki radyasyon gücünü hesaplamak için bir formül bulabiliriz: P = α· σ·T 4 ·S Yayılan cismin ve ortamın farklı koşullar altında sıcaklıkları: P = α·σ·(T 1 4 - T 2 4)·S
Gerçek cisimlerin enerji parlaklığının spektral yoğunluğunun özellikleri vardır: 310'da İLE Ortalama insan vücudu sıcaklığına karşılık gelen maksimum termal radyasyon 9700 ° C'de meydana gelir. nm. Vücut sıcaklığındaki herhangi bir değişiklik, vücut yüzeyinden gelen termal radyasyonun gücünde bir değişikliğe yol açar (0,1 derece yeterlidir). Bu nedenle, merkezi sinir sistemi aracılığıyla belirli organlara bağlanan cilt bölgelerinin incelenmesi, sıcaklığın oldukça önemli ölçüde değiştiği sonucu hastalıkların tanımlanmasına yardımcı olur ( Zakharyin-Ged bölgelerinin termografisi).
İnsan biyo alanıyla ilginç bir temassız masaj yöntemi (Juna Davitashvili). Avuç içi termal radyasyon gücü 0,1 K ve cildin termal hassasiyeti 0,0001 W/cm2'dir. Yukarıda belirtilen bölgelere etki ederseniz, bu organların çalışmalarını refleks olarak uyarabilirsiniz.
4. Sıcak ve soğuğun biyolojik ve tedavi edici etkileri
İnsan vücudu sürekli olarak termal radyasyon yayar ve emer. Bu süreç insan vücudunun ve çevrenin sıcaklığına bağlıdır. İnsan vücudunun maksimum kızılötesi radyasyonu 9300 nm'dir.
Küçük ve orta dozda IR ışınlaması ile metabolik süreçler geliştirilir ve enzimatik reaksiyonlar, rejenerasyon ve onarım süreçleri hızlandırılır.
Kızılötesi ışınların ve görünür radyasyonun etkisi sonucu dokularda biyolojik olarak aktif maddeler (bradikinin, kalidin, histamin, asetilkolin, esas olarak lokal kan akışının uygulanmasında ve düzenlenmesinde rol oynayan vazomotor maddeler) oluşur.
Kızılötesi ışınların etkisiyle ciltteki termoreseptörler aktive edilir, bilgiler hipotalamusa gönderilir, bunun sonucunda ciltteki kan damarları genişler, içlerinde dolaşan kan hacmi artar ve terleme olur. artışlar.
Kızılötesi ışınların nüfuz etme derinliği, dalga boyuna, cildin nemine, kanla dolmasına, pigmentasyon derecesine vb. bağlıdır.
Kızılötesi ışınların etkisi altında insan derisinde kırmızı eritem görülür.
Klinik pratikte lokal ve genel hemodinamikleri etkilemek, terlemeyi arttırmak, kasları gevşetmek, ağrıyı azaltmak, hematomların, sızıntıların vb. emilimini hızlandırmak için kullanılır.
Hipertermi koşulları altında radyasyon tedavisinin (termoradyoterapi) antitümör etkisi artar.
IR tedavisinin kullanımının ana endikasyonları: akut cerahatli olmayan inflamatuar süreçler, yanıklar ve donma, kronik inflamatuar süreçler, ülserler, kontraktürler, adezyonlar, eklem, bağ ve kas yaralanmaları, miyozit, miyalji, nevralji. Ana kontrendikasyonlar: tümörler, cerahatli inflamasyonlar, kanama, dolaşım yetmezliği.
Soğuk, kanamayı durdurmak, ağrıyı hafifletmek ve bazı cilt hastalıklarını tedavi etmek için kullanılır. Sertleşme uzun ömürlülüğe yol açar.
Soğuğun etkisi altında kalp atış hızı ve kan basıncı düşer ve refleks reaksiyonlar engellenir.
Belirli dozlarda soğuk, yanıkların, cerahatli yaraların, trofik ülserlerin, erozyonların ve konjonktivitlerin iyileşmesini uyarır.
Kriyobiyoloji- düşük, fizyolojik olmayan sıcaklıkların etkisi altında hücrelerde, dokularda, organlarda ve vücutta meydana gelen süreçleri inceler.
Tıpta kullanılır kriyoterapi Ve yüksek ateş. Kriyoterapi, doku ve organların dozlu soğutulmasına dayanan yöntemleri içerir. Kriyocerrahi (kriyoterapinin bir parçası), çıkarılması amacıyla dokuların lokal olarak dondurulmasını kullanır (bademciklerin bir kısmı. Hepsi varsa - kriyotonsillektomi. Tümörler, örneğin cilt, rahim ağzı vb. çıkarılabilir). Kriyoadezyona dayalı kriyoekstraksiyon (yapışma) ıslak vücutların donmuş bir neştere kadar) - bir parçanın bir organdan ayrılması.
Hipertermi ile organların fonksiyonlarını in vivo olarak bir süre daha korumak mümkündür. Anestezi yardımıyla hipotermi, doku metabolizması yavaşladığından kan akışının olmadığı durumlarda organ fonksiyonunu korumak için kullanılır. Dokular hipoksiye karşı dirençli hale gelir. Soğuk anestezi kullanılır.
Isının etkisi, yüksek ısı kapasitesine, zayıf ısı iletkenliğine ve iyi ısı tutma özelliğine sahip fiziksel ortamlar kullanılarak akkor lambalar (Minin lambası, Solux, ışık-termal banyo, IR ışın lambası) kullanılarak gerçekleştirilir: çamur, parafin, ozokerit, naftalin vb.
5. Termal görüntüleme cihazlarının fiziksel temelleri.
Termografi veya termal görüntüleme, insan vücudundan gelen kızılötesi radyasyonun kaydedilmesine dayanan işlevsel bir teşhis yöntemidir.
2 tip termografi vardır:
- temaslı kolesterik termografi: Yöntem, kolesterik sıvı kristallerin (esterlerin ve diğer kolesterol türevlerinin çok bileşenli karışımları) optik özelliklerini kullanır. Bu tür maddeler seçici olarak farklı dalga boylarını yansıtır, bu da insan vücudunun yüzeyinin termal alanının bu maddelerin filmleri üzerinde elde edilmesini mümkün kılar. Filme beyaz bir ışık akışı yönlendirilir. Kolesteriğin uygulandığı yüzeyin sıcaklığına bağlı olarak farklı dalga boyları filmden farklı şekilde yansıtılır.
Sıcaklığın etkisi altında kolesterikler rengi kırmızıdan mora değiştirebilir. Sonuç olarak, sıcaklık-renk ilişkisini bilerek deşifre edilmesi kolay, insan vücudunun termal alanının renkli bir görüntüsü oluşturulur. 0,1 derecelik sıcaklık farkını kaydetmenize izin veren kolesterikler vardır. Böylece, inflamatuar sürecin sınırlarını, gelişiminin farklı aşamalarında inflamatuar infiltrasyon odaklarını belirlemek mümkündür.
Onkolojide termografi, 1,5-2 çapındaki metastatik düğümleri tanımlamayı mümkün kılar mm meme bezinde, ciltte, tiroid bezinde; ortopedi ve travmatolojide, örneğin amputasyondan önce, uzvun her bir bölümüne kan akışını değerlendirmek, yanık derinliğini tahmin etmek vb.; kardiyoloji ve anjiyolojide, kardiyovasküler sistemin normal işleyişindeki bozuklukları, titreşim hastalığına bağlı dolaşım bozukluklarını, kan damarlarının iltihaplanmasını ve tıkanmasını tanımlar; varisli damarlar vb.; beyin cerrahisinde sinir iletimi lezyonlarının yerini belirlemek, apopleksinin neden olduğu nörofelcin yerini doğrulamak; kadın doğum ve jinekolojide hamileliğin belirlenmesi, çocuğun yerinin lokalizasyonu; Çok çeşitli inflamatuar süreçleri teşhis edin.
- Teletermografi - insan vücudundan gelen kızılötesi radyasyonun, bir termal görüntüleme cihazının veya başka bir kayıt cihazının ekranına kaydedilen elektrik sinyallerine dönüştürülmesine dayanır. Yöntem temassızdır.
IR radyasyonu bir ayna sistemi tarafından algılanır, ardından IR ışınları, ana kısmı dedektör olan (foto direnç, metal veya yarı iletken bolometre, termoelement, fotokimyasal gösterge, elektron-optik dönüştürücü, piezoelektrik) IR dalga alıcısına yönlendirilir. dedektörler vb.)
Alıcıdan gelen elektrik sinyalleri bir amplifikatöre ve ardından aynaları hareket ettirmeye (bir nesneyi taramaya), bir TIS nokta ışık kaynağını ısıtmaya (termal radyasyonla orantılı) ve fotoğraf filmini hareket ettirmeye yarayan bir kontrol cihazına iletilir. Film her defasında test bölgesindeki vücut sıcaklığına göre TIS'e maruz bırakılır.
Kontrol cihazından sonra sinyal ekranlı bir bilgisayar sistemine iletilebilir. Bu, termogramları saklamanıza ve bunları analitik programlar kullanarak işlemenize olanak tanır. Renkli termal görüntüleme cihazlarıyla ek yetenekler sağlanır (sıcaklık açısından benzer renkler zıt renklerle gösterilir) ve izotermler çizilebilir.
Son zamanlarda birçok şirket, potansiyel bir müşteriye "ulaşmanın" bazen oldukça zor olduğu gerçeğini fark etti; bilgi alanları, algılanmayı bırakacak kadar çeşitli reklam mesajlarıyla doludur.
Aktif telefonla satış, kısa sürede satışları artırmanın en etkili yollarından biri haline geliyor. Soğuk arama, daha önce bir ürün veya hizmet için başvuruda bulunmayan ancak bir dizi faktörden dolayı potansiyel müşteri olan müşterileri çekmeyi amaçlamaktadır. Telefon numarasını çevirdikten sonra aktif satış yöneticisi, soğuk aramanın amacını açıkça anlamalıdır. Sonuçta, telefon görüşmeleri satış yöneticisinin özel beceri ve sabrının yanı sıra müzakere teknikleri ve teknikleri konusunda bilgi sahibi olmasını gerektirir.
Vücudun enerji parlaklığı- - sıcaklığın bir fonksiyonu olan ve sayısal olarak bir cismin birim zaman başına birim yüzey alanından tüm yönlerde ve tüm frekans spektrumu boyunca yaydığı enerjiye eşit olan fiziksel bir nicelik. J/sn m²=W/m²
Enerjik parlaklığın spektral yoğunluğu- radyasyon enerjisinin tüm frekans spektrumu (veya dalga boyları) üzerindeki dağılımını karakterize eden bir frekans ve sıcaklık fonksiyonu. Benzer bir fonksiyon dalga boyu cinsinden de yazılabilir.
Frekans ve dalga boyu cinsinden ifade edilen enerji parlaklığının spektral yoğunluğunun aşağıdaki ilişkiyle ilişkili olduğu kanıtlanabilir:
Tamamen siyah gövde- Termodinamikte kullanılan fiziksel bir idealleştirme, üzerine gelen tüm elektromanyetik radyasyonu tüm aralıklarda emen ve hiçbir şeyi yansıtmayan bir cisim. İsmine rağmen, tamamen siyah bir cismin kendisi herhangi bir frekansta elektromanyetik radyasyon yayabilir ve görsel olarak renge sahip olabilir. Tamamen siyah bir cismin radyasyon spektrumu yalnızca sıcaklığıyla belirlenir.
Genel olarak herhangi bir (gri ve renkli) cismin termal radyasyon spektrumu sorununda kesinlikle siyah bir cismin önemi, bunun önemsiz olmayan en basit durumu temsil etmesine ek olarak, sorunun da şu gerçeğinde yatmaktadır: Herhangi bir renkteki cisimlerin denge termal radyasyon spektrumunun ve yansıma katsayısının belirlenmesi, klasik termodinamik yöntemlerle tamamen siyah bir cismin radyasyonu sorununa indirgenir (ve tarihsel olarak bu, 19. yüzyılın sonlarında zaten yapıldı. tamamen siyah bir cismin radyasyon sorunu ön plana çıktı).
Doğada kesinlikle siyah cisimler yoktur, bu nedenle fizikte deneyler için bir model kullanılır. Küçük bir deliği olan kapalı bir oyuktur. Bu delikten giren ışık, tekrarlanan yansımalardan sonra tamamen soğurulacak ve delik dışarıdan tamamen siyah görünecektir. Ancak bu boşluk ısıtıldığında kendi görünür radyasyonunu geliştirecektir. Boşluğun iç duvarları tarafından yayılan radyasyon, ayrılmadan önce (sonuçta delik çok küçüktür), vakaların büyük çoğunluğunda büyük miktarda yeni emilim ve radyasyona maruz kalacağı için, şunu güvenle söyleyebiliriz: Boşluk içindeki radyasyon duvarlarla termodinamik dengededir. (Aslında delik bu model için hiç önemli değil, yalnızca içerideki radyasyonun temel gözlemlenebilirliğini vurgulamak gerekiyor; örneğin delik tamamen kapatılabilir ve ancak denge zaten kurulduğunda hızlı bir şekilde açılabilir. ve ölçüm yapılıyor).
2. Kirchhoff'un radyasyon yasası- 1859'da Alman fizikçi Kirchhoff tarafından oluşturulan bir fizik yasası. Modern formülasyonunda yasa şu şekildedir: Herhangi bir cismin emisyonunun soğurma kapasitesine oranı, belirli bir sıcaklıkta ve belirli bir frekansta tüm cisimler için aynıdır ve bunların şekline, kimyasal bileşimine vb. bağlı değildir.
Elektromanyetik radyasyonun belirli bir cismin üzerine düştüğünde bir kısmının yansıdığı, bir kısmının emildiği ve bir kısmının iletilebildiği bilinmektedir. Belirli bir frekansta emilen radyasyonun fraksiyonuna denir. emme kapasitesi vücut. Öte yandan ısıtılan her cisim, adı verilen bir yasaya göre enerji yayar. vücudun emisyonu.
Bir vücuttan diğerine geçerken değerleri ve değerleri büyük ölçüde değişebilir, ancak Kirchhoff'un radyasyon yasasına göre, emisyon ve soğurma yeteneklerinin oranı vücudun doğasına bağlı değildir ve frekansın evrensel bir fonksiyonudur ( dalga boyu) ve sıcaklık:
Tanım gereği, tamamen siyah bir cisim, üzerine gelen tüm radyasyonu, yani onun için emer. Bu nedenle fonksiyon, Stefan-Boltzmann yasasıyla tanımlanan, tamamen siyah bir cismin emisyonuyla örtüşür ve bunun sonucunda herhangi bir cismin emisyonu, yalnızca soğurma kapasitesine bağlı olarak bulunabilir.
Stefan-Boltzmann yasası- siyah cisim radyasyonu kanunu. Tamamen siyah bir cismin radyasyon gücünün sıcaklığına bağımlılığını belirler. Yasanın açıklaması: Tamamen siyah bir cismin radyasyon gücü, yüzey alanıyla ve vücut sıcaklığının dördüncü kuvvetiyle doğru orantılıdır: P = Sεσ T 4, burada ε emisyon derecesidir (tüm maddeler için ε< 1, для абсолютно черного тела ε = 1).
Planck'ın radyasyon yasasını kullanarak, σ sabiti Planck sabitinin nerede olduğu olarak tanımlanabilir, k- Boltzmann sabiti, C- ışık hızı.
Sayısal değer J s −1 m −2 K −4.
Alman fizikçi W. Wien (1864-1928), termo ve elektrodinamik yasalarına dayanarak, fonksiyonun maksimumuna karşılık gelen lmax dalga boyunun bağımlılığını kurdu. r l , T , sıcaklıkta T. Buna göre Wien'in yer değiştirme yasası,lmaks =b/T
yani dalga boyu lmax, enerji parlaklığının spektral yoğunluğunun maksimum değerine karşılık gelir r l , T siyah cisim termodinamik sıcaklığıyla ters orantılıdır, B- Wien sabiti: deneysel değeri 2,9 · 10 -3 m K'dir. Bu nedenle (199,2) ifadesine yasa denir ofsetler Arıza, fonksiyonun maksimum konumunda bir kayma göstermesidir. r l , T sıcaklık kısa dalga boylarına doğru arttıkça. Wien yasası, ısıtılan cisimlerin sıcaklığı düştükçe uzun dalga radyasyonunun neden spektrumlarında giderek daha fazla baskın hale geldiğini açıklıyor (örneğin, bir metal soğuduğunda beyaz ısının kırmızı ısıya geçişi).
Stefan-Boltzmann ve Wien yasaları termal radyasyon teorisinde önemli bir rol oynamasına rağmen, bunlar özel yasalardır çünkü farklı sıcaklıklarda enerjinin frekans dağılımının genel bir resmini vermezler.
3. Bu boşluğun duvarları, üzerlerine düşen ışığı tamamen yansıtsın. Boşluğa ışık enerjisi yayacak bir cisim yerleştirelim. Boşluğun içinde bir elektromanyetik alan ortaya çıkacak ve sonuçta vücutla termal denge halinde olan radyasyonla dolacaktır. İncelenen vücudun çevresindeki ortamla ısı değişiminin bir şekilde tamamen ortadan kalkması durumunda da denge meydana gelecektir (örneğin, bu zihinsel deneyi, termal iletkenlik olgusu olmadığında bir boşlukta gerçekleştireceğiz) ve konveksiyon). Yalnızca ışığın yayılması ve soğurulması süreçleri yoluyla dengeye ulaşılacaktır: yayılan cisim, boşluğun içindeki boşluğu izotropik olarak dolduran elektromanyetik radyasyonun sıcaklığına eşit bir sıcaklığa sahip olacak ve vücut yüzeyinin seçilen her bir kısmı, şu şekilde yayılacaktır: emdiği için birim zaman başına çok fazla enerji. Bu durumda, kapalı bir boşluk içine yerleştirilen cismin özelliklerinden bağımsız olarak dengenin oluşması gerekir; ancak bu özellikler, dengenin kurulması için gereken süreyi etkiler. Aşağıda gösterileceği gibi boşluktaki elektromanyetik alanın denge durumundaki enerji yoğunluğu yalnızca sıcaklıkla belirlenir.
Denge termal radyasyonunu karakterize etmek için sadece hacimsel enerji yoğunluğu değil, aynı zamanda bu enerjinin spektrum üzerindeki dağılımı da önemlidir. Bu nedenle, aşağıdaki fonksiyonu kullanarak boşluk içindeki boşluğu izotropik olarak dolduran denge radyasyonunu karakterize edeceğiz: sen ω - spektral radyasyon yoğunluğu, yani, ω ile ω + δω arasındaki frekans aralığında dağıtılan ve bu aralığın değeriyle ilişkili olan elektromanyetik alanın birim hacmi başına ortalama enerji. Açıkçası anlamı senω önemli ölçüde sıcaklığa bağlı olmalıdır, bu yüzden onu belirtiyoruz sen(ω, T). Toplam Enerji Yoğunluğu sen(T) ile ilişkili sen(ω, T) formülü.
Açıkçası, sıcaklık kavramı yalnızca denge termal radyasyonu için geçerlidir. Denge koşullarında sıcaklığın sabit kalması gerekir. Ancak sıcaklık kavramı sıklıkla radyasyonla dengede olmayan akkor cisimleri karakterize etmek için de kullanılır. Ayrıca, sistemin parametrelerindeki yavaş bir değişiklikle, herhangi bir zamanda, yavaş yavaş değişecek olan sıcaklığını karakterize etmek mümkündür. Yani örneğin ısı akışı yoksa ve radyasyon aydınlık cismin enerjisindeki bir azalmadan kaynaklanıyorsa sıcaklığı da azalacaktır.
Tamamen siyah bir cismin emisyonu ile denge radyasyonunun spektral yoğunluğu arasında bir bağlantı kuralım. Bunu yapmak için ortalama yoğunluktaki elektromanyetik enerjiyle dolu kapalı bir boşluk içinde yer alan tek bir alana gelen enerji akışını hesaplayalım. sen ω . Radyasyonun birim alana, dΩ katı açısı dahilinde θ ve ϕ açıları (Şekil 6a) tarafından belirlenen yönde düşmesine izin verin:
Denge radyasyonu izotropik olduğundan, belirli bir katı açıda yayılan kesir, boşluğu dolduran toplam enerjiye eşittir. Birim zamanda birim alandan geçen elektromanyetik enerjinin akışı
Değiştirme dΩ(0, 2π) sınırları dahilinde ϕ üzerinde ve (0, π/2) sınırları dahilinde θ üzerinde integral alınarak birim alana gelen toplam enerji akısını elde ederiz:
Açıkçası, denge koşulları altında, mutlak siyah bir cismin yayma gücünün ifadesini (13) eşitlemek gerekir. Rω, platform tarafından ω yakınındaki bir birim frekans aralığında yayılan enerji akışını karakterize eder:
Böylece, tamamen siyah bir cismin c/4 faktörüne kadar emisyonunun, denge radyasyonunun spektral yoğunluğu ile çakıştığı gösterilmiştir. Radyasyonun her spektral bileşeni için eşitlik (14) sağlanmalıdır, dolayısıyla şu sonuç çıkar: F(ω, T)= sen(ω, T) (15)
Sonuç olarak, mutlak siyah bir cismin ışınımının (örneğin bir boşluktaki küçük bir delikten yayılan ışık) artık dengede olmayacağına işaret ediyoruz. Özellikle bu radyasyon her yöne yayılmadığından izotropik değildir. Ancak bu tür radyasyonun spektrumu üzerindeki enerji dağılımı, boşluğun içindeki boşluğu izotropik olarak dolduran denge radyasyonunun spektral yoğunluğu ile çakışacaktır. Bu, herhangi bir sıcaklıkta geçerli olan (14) bağıntısını kullanmamıza izin verir. Başka hiçbir ışık kaynağının spektrum boyunca benzer bir enerji dağılımı yoktur. Örneğin, gazlardaki bir elektrik deşarjı veya kimyasal reaksiyonların etkisi altındaki bir parıltı, tamamen siyah bir cismin ışıltısından önemli ölçüde farklı spektrumlara sahiptir. Akkor cisimlerin spektrumu boyunca enerjinin dağılımı, ortak bir ışık kaynağının (tungsten filamanlı akkor lambalar) ve tamamen siyah bir cismin spektrumları karşılaştırıldığında daha yüksek olan, tamamen siyah bir cismin parıltısından da gözle görülür şekilde farklıdır.
4. Enerjinin serbestlik dereceleri üzerinden eşit dağılımı yasasına dayanmaktadır: her elektromanyetik salınım için ortalama olarak iki parça kT'nin toplamı olan bir enerji vardır. Yarısına dalganın elektriksel bileşeni, ikinci yarısına ise manyetik bileşeni katkıda bulunur. Bir boşluktaki denge radyasyonu kendi başına bir duran dalga sistemi olarak temsil edilebilir. Üç boyutlu uzayda duran dalgaların sayısı şu şekilde verilir:
Bizim durumumuzda hız v eşit ayarlanmalıdır C ayrıca, aynı frekansa sahip, ancak karşılıklı olarak dik polarizasyonlara sahip iki elektromanyetik dalga aynı yönde hareket edebilir, bu durumda (1) ek olarak iki ile çarpılmalıdır:
Yani Rayleigh ve Jeans, her titreşime enerji tahsis edildi. (2)'yi çarparak dω frekans aralığına düşen enerji yoğunluğunu elde ederiz:
Tamamen siyah bir cismin emisyonu arasındaki ilişkiyi bilmek F(ω, T) termal radyasyon enerjisinin denge yoğunluğu ile, F(ω, T) şunu buluruz: (3) ve (4) ifadelerine denir Rayleigh-Jeans formülü.
Formüller (3) ve (4), yalnızca uzun dalga boyları için deneysel verilerle tatmin edici bir şekilde uyum sağlar; daha kısa dalga boylarında, deneyle olan uyum keskin bir şekilde farklılık gösterir. Ayrıca denge enerji yoğunluğu için 0 ila 0 aralığında ω üzerinden entegrasyon (3) sen(T) sonsuz büyük bir değer verir. Bu sonuç, adı verilen ultraviyole felaketi, açıkça deneyle çelişiyor: radyasyon ve yayılan cisim arasındaki denge sonlu değerlerde kurulmalıdır sen(T).
Ultraviyole felaketi- herhangi bir ısıtılmış cismin termal radyasyonunun toplam gücünün sonsuz olması gerektiği gerçeğinden oluşan klasik fiziğin paradoksunu tanımlayan fiziksel bir terim. Paradoks adını, dalga boyu kısaldıkça radyasyonun spektral güç yoğunluğunun süresiz olarak artması gerektiği gerçeğinden almıştır. Özünde, bu paradoks, klasik fiziğin içsel tutarsızlığını olmasa da, en azından temel gözlemler ve deneylerle son derece keskin (saçma) bir tutarsızlık gösterdi.
5. Planck'ın hipotezi- 14 Aralık 1900'de Max Planck tarafından öne sürülen ve termal radyasyon sırasında enerjinin sürekli olarak değil, ayrı kuantumlarda (bölümlerde) yayıldığını ve emildiğini belirten bir hipotez. Bu kuantum bölümlerinin her biri enerjiye sahiptir , frekansla orantılı ν radyasyon:
Nerede H veya - daha sonra Planck sabiti olarak adlandırılan orantı katsayısı. Bu hipoteze dayanarak, bir cismin sıcaklığı ile bu cisim tarafından yayılan radyasyon arasındaki ilişkinin teorik olarak türetilmesini önerdi - Planck formülü.
Planck'ın formülü- Max Planck tarafından elde edilen siyah cisim ışınımının spektral güç yoğunluğunun ifadesi. Radyasyon enerjisi yoğunluğu için sen(ω, T):
Planck'ın formülü, Rayleigh-Jeans formülünün radyasyonu yalnızca uzun dalga bölgesinde tatmin edici bir şekilde tanımladığı netleştikten sonra elde edildi. Formülü türetmek için 1900 yılında Planck, elektromanyetik radyasyonun, büyüklüğü radyasyonun frekansıyla aşağıdaki ifadeyle ilişkili olan bireysel enerji bölümleri (kuanta) formunda yayıldığı varsayımını yaptı:
Orantılılık katsayısına daha sonra Planck sabiti = 1,054 · 10 −27 erg s adı verildi.
Termal radyasyonun özelliklerini açıklamak için, elektromanyetik radyasyonun emisyon kavramını porsiyonlar halinde (kuantum) tanıtmak gerekliydi. Radyasyonun kuantum doğası, Bremsstrahlung X-ışını spektrumunda kısa dalga boyu sınırının varlığıyla da doğrulanır.
X-ışını radyasyonu, katı hedefler hızlı elektronlar tarafından bombalandığında meydana gelir. Burada anot, W, Mo, Cu, Pt gibi ağır refrakter veya yüksek termal iletkenliğe sahip metallerden yapılır. Elektron enerjisinin yalnızca %1-3'ü radyasyon için kullanılır, geri kalanı anotta ısı şeklinde salınır, böylece anotlar su ile soğutulur. Anot maddesine girdikten sonra elektronlar güçlü bir engelleme yaşar ve elektromanyetik dalgaların (X-ışınları) kaynağı haline gelir.
Bir elektronun anoda çarptığı andaki başlangıç hızı aşağıdaki formülle belirlenir:
Nerede sen– hızlanma gerilimi.
>Dikkat çekici emisyon yalnızca hızlı elektronların keskin bir şekilde yavaşlaması ile gözlemlenir. sen~ 50 kV, ( İle- ışık hızı). İndüksiyon elektron hızlandırıcılarında - betatronlar, elektronlar 50 MeV'ye kadar enerji kazanır, = 0,99995 İle. Bu tür elektronları katı bir hedefe yönlendirerek kısa dalga boyuna sahip X-ışını radyasyonu elde ederiz. Bu radyasyonun nüfuz etme gücü büyüktür. Klasik elektrodinamiğe göre, bir elektron yavaşladığında sıfırdan sonsuza kadar tüm dalga boylarında radyasyon ortaya çıkmalıdır. Maksimum radyasyon gücünün oluştuğu dalga boyu, elektron hızı arttıkça azalmalıdır. Bununla birlikte, klasik teoriden temel bir fark vardır: sıfır güç dağılımları koordinatların kökenine gitmez, ancak sonlu değerlerde kırılır - bu X-ışını spektrumunun kısa dalga boyu sonu.
Deneysel olarak tespit edilmiştir ki
Kısa dalga sınırının varlığı doğrudan radyasyonun kuantum doğasından kaynaklanır. Aslında, frenleme sırasında elektronun kaybettiği enerji nedeniyle radyasyon meydana gelirse, kuantumun enerjisi elektronun enerjisini aşamaz. AB, yani , buradan veya .
Bu deneyde Planck sabitini belirleyebiliriz H. Planck sabitini belirlemeye yönelik tüm yöntemler arasında, X-ışını bremsstrahlung spektrumunun kısa dalga boyu sınırının ölçülmesine dayanan yöntem en doğru olanıdır.
7. Fotoğraf efekti- bu, ışığın (ve genel olarak konuşursak herhangi bir elektromanyetik radyasyonun) etkisi altındaki bir maddeden elektronların emisyonudur. Yoğunlaştırılmış maddelerde (katı ve sıvı) dış ve iç fotoelektrik etki vardır.
Fotoelektrik etkinin yasaları:
Formülasyon Fotoelektrik etkinin 1. yasası: belirli bir frekansta birim zamanda bir metalin yüzeyinden ışık tarafından yayılan elektronların sayısı, metali aydınlatan ışık akısı ile doğru orantılıdır.
Buna göre Fotoelektrik Etkinin 2. Yasası, Işığın fırlattığı elektronların maksimum kinetik enerjisi, ışığın frekansıyla doğrusal olarak artar ve yoğunluğuna bağlı değildir..
Fotoelektrik Etkinin 3. Yasası: her madde için fotoelektrik etkinin kırmızı bir sınırı vardır, yani fotoelektrik etkinin hala mümkün olduğu minimum ışık frekansı ν 0 (veya maksimum dalga boyu λ 0) ve ν 0 ise fotoelektrik etki artık yoktur meydana gelmek.
Bu yasaların teorik açıklaması 1905 yılında Einstein tarafından yapılmıştır. Buna göre, elektromanyetik radyasyon, her biri hν enerjili bireysel kuantumların (fotonların) akışıdır; burada h, Planck sabitidir. Fotoelektrik etki ile, gelen elektromanyetik radyasyonun bir kısmı metal yüzeyinden yansıtılır, bir kısmı da metalin yüzey katmanına nüfuz ederek orada emilir. Bir fotonu emdikten sonra elektron ondan enerji alır ve bir iş işlevi gerçekleştirerek metali terk eder: Hν = bir çıkış + Biz, Nerede Biz- Bir elektronun metalden ayrılırken sahip olabileceği maksimum kinetik enerji.
Enerjinin korunumu yasasına göre, ışığı parçacıklar (fotonlar) biçiminde temsil ederken, Einstein'ın fotoelektrik etki formülü şöyledir: Hν = bir çıkış + Ek
Nerede bir çıkış- Lafta iş fonksiyonu (bir maddeden bir elektronu çıkarmak için gereken minimum enerji), Ek yayılan elektronun kinetik enerjisidir (hıza bağlı olarak göreceli bir parçacığın kinetik enerjisi hesaplanabilir veya hesaplanamaz), ν frekanstır Gelen fotonun enerjisi ile Hν, H- Planck sabiti.
Çalışma fonksiyonu- Bir elektronun katı bir cismin hacminden "doğrudan" uzaklaştırılması için verilmesi gereken minimum enerji (genellikle elektron volt olarak ölçülür) ile Fermi enerjisi arasındaki fark.
Fotoğraf efektinin “kırmızı” kenarlığı- minimum frekans veya maksimum dalga boyu λ maksimum harici fotoelektrik etkinin hala mümkün olduğu ışık, yani fotoelektronların başlangıç kinetik enerjisi sıfırdan büyüktür. Frekans yalnızca çıkış fonksiyonuna bağlıdır bir çıkış elektron: , nerede bir çıkış- belirli bir fotokatot için çalışma fonksiyonu, H Planck sabitidir ve İle- ışık hızı. Çalışma fonksiyonu bir çıkış fotokatodun malzemesine ve yüzeyinin durumuna bağlıdır. Fotoelektronların emisyonu, fotokatot üzerine frekans veya dalga boyu λ ışığı düştüğü anda başlar.
TERMAL RADYASYON Stefan Boltzmann yasası Enerji parlaklığı Re ile siyah bir cismin enerji parlaklığının spektral yoğunluğu arasındaki ilişki Gri bir cismin enerji parlaklığı Wien'in yer değiştirme yasası (1. yasa) Siyah bir cismin enerji parlaklığının maksimum spektral yoğunluğunun bağımlılığı vücut sıcaklığına bağlı (2. yasa) Planck formülü
TERMAL RADYASYON 1. Güneş enerjisi parlaklığının maksimum spektral yoğunluğu dalga boyu = 0,48 mikron'da meydana gelir. Güneş'in siyah bir cisim olarak yayıldığını varsayarak, aşağıdakileri belirleyin: 1) yüzeyinin sıcaklığını; 2) yüzeyinin yaydığı güç. Wien'in yer değiştirme yasasına göre Güneş'in yüzeyinden yayılan güç Stefan Boltzmann yasasına göre,
TERMAL RADYASYON 2. Platinin emme kapasitesi A T = 0,8 ise, erimiş platinin yüzeyinden 1 dakika içinde 50 cm2 kadar kaybedilen ısı miktarını belirleyin. Platinin erime noktası 1770 °C'dir. Stefan Boltzmann yasasına göre platinin kaybettiği ısı miktarı, sıcak yüzeyinin yaydığı enerjiye eşittir.
TERMAL RADYASYON 3. Bir elektrikli fırın P = 500 W güç tüketir. Çapı d = 5,0 cm olan açık küçük bir deliğin bulunduğu iç yüzeyinin sıcaklığı 700 °C'dir. Güç tüketiminin ne kadarı duvarlar tarafından dağıtılıyor? Toplam güç, delikten salınan Gücün toplamı ile belirlenir. Stefan Boltzmann yasasına göre, duvarlar tarafından dağıtılan Güç,
TERMAL RADYASYON 4 Bir tungsten filamenti vakumda I = 1 A kuvvet akımıyla T 1 = 1000 K sıcaklığına kadar ısıtılır. Filament hangi akım gücünde T 2 = 3000 K sıcaklığına kadar ısıtılır? Tungstenin soğurma katsayıları ve T 1, T 2 sıcaklıklarına karşılık gelen direnci şuna eşittir: a 1 = 0,115 ve a 2 = 0,334; 1 = 25, Ohm m, 2 = 96, Ohm m Yayılan güç, kararlı durumda elektrik devresinden tüketilen güce eşittir İletkende açığa çıkan elektrik gücü Stefan Boltzmann yasasına göre,
TERMAL RADYASYON 5. Güneş spektrumunda, enerji parlaklığının maksimum spektral yoğunluğu 0,0 = 0,47 mikron dalga boyunda meydana gelir. Güneş'in tamamen siyah bir cisim olarak yayıldığını varsayarak, atmosferin dışında Dünya'nın yakınındaki güneş radyasyonunun yoğunluğunu (yani radyasyon akısı yoğunluğunu) bulun. Işık şiddeti (radyasyon yoğunluğu) Işık akısı Stefan Boltzmann ve Wien kanunlarına göre
TERMAL RADYASYON 6. Kara cisim radyasyon spektrumundaki maksimum enerjiyi açıklayan dalga boyu 0, 0,58 mikrondur. 0'a yakın, dalga boyu aralığı = 1 nm için hesaplanan enerji parlaklığının maksimum spektral yoğunluğunu (r, T) maksimum belirleyin. Enerji parlaklığının maksimum spektral yoğunluğu, sıcaklığın beşinci kuvvetiyle orantılıdır ve Wien'in 2. yasasıyla ifade edilir. Sıcaklık T, Wien yer değiştirme kanunundan ifade edilir; C değeri, birim dalga boyu aralığı = 1 m olan SI birimlerinde verilir. Problemin koşullarına göre, 1 dalga boyu aralığı için hesaplanan spektral parlaklık yoğunluğunu hesaplamak gerekir. nm, dolayısıyla C'nin değerini SI birimlerinde yazıyoruz ve belirli bir dalga boyu aralığı için yeniden hesaplıyoruz:
TERMAL RADYASYON 7. Güneş radyasyonu spektrumu üzerine yapılan bir çalışma, enerji parlaklığının maksimum spektral yoğunluğunun dalga boyuna = 500 nm'ye karşılık geldiğini göstermektedir. Güneş'i siyah bir cisim olarak alarak şunları belirleyin: 1) Güneş'in enerjik parlaklığı R e; 2) Güneş tarafından yayılan enerji akışı F e; 3) Güneş tarafından 1 saniyede yayılan elektromanyetik dalgaların (tüm uzunluklardaki) kütlesi. 1. Stefan Boltzmann ve Wien yasalarına göre 2. Işık akısı 3. Güneş'in t = 1 s süresi boyunca yaydığı elektromanyetik dalgaların (tüm uzunluklardaki) kütlesini, kütle ve enerjinin orantı yasasını uygulayarak belirleriz. E = ms 2. t süresi boyunca yayılan elektromanyetik dalgaların enerjisi, Ф e enerji akışının ((radyasyon gücü) zamana göre çarpımına eşittir: E=Ф e t. Bu nedenle, Ф e =ms 2, dolayısıyla m= F e/s 2.
Bir vücudun termal radyasyon nedeniyle kaybettiği enerji aşağıdaki miktarlarla karakterize edilir.
Radyasyon akışı (F) - Vücudun tüm yüzeyinden birim zamanda yayılan enerji.
Aslında bu termal radyasyonun gücüdür. Radyasyon akısının boyutu [J/s = W]'dir.
Enerji parlaklığı (Re) -ısıtılmış bir gövdenin birim yüzeyinden birim zamanda yayılan termal radyasyonun enerjisi:
SI sisteminde enerjik parlaklık ölçülür - [W/m 2 ].
Radyasyon akışı ve enerjik parlaklık, maddenin yapısına ve sıcaklığına bağlıdır: Ф = Ф(Т),
Enerjik parlaklığın termal radyasyon spektrumu üzerindeki dağılımı onu karakterize eder. spektral yoğunluk. Tek bir yüzey tarafından 1 s'de dar bir dalga boyu aralığında yayılan termal radyasyonun enerjisini ifade edelim. λ önce λ +d λ, dRe aracılığıyla.
Spektral parlaklık yoğunluğu (r) veya emisyon Spektrumun dar bir kısmındaki (dRe) enerjik parlaklığın bu kısmın genişliğine (dλ) oranı denir:
Dalga boyu aralığında yaklaşık spektral yoğunluk ve enerjik parlaklık (dRe) formu λ önce λ +d λ, Şekil 2'de gösterilmiştir. 13.1.
Pirinç. 13.1. Enerjik parlaklığın spektral yoğunluğu
Enerjik parlaklığın spektral yoğunluğunun dalga boyuna bağımlılığına denir. vücut radyasyon spektrumu. Bu bağımlılığın bilgisi, herhangi bir dalga boyu aralığında bir cismin enerjik parlaklığını hesaplamaya olanak tanır. Bir cismin enerjik parlaklığını çeşitli dalga boylarında hesaplamak için formül şöyledir:
Toplam parlaklık:
Vücutlar sadece termal radyasyon yaymakla kalmaz, aynı zamanda emer. Bir cismin radyasyon enerjisini absorbe etme yeteneği, maddenin maddesine, sıcaklığına ve radyasyonun dalga boyuna bağlıdır. Vücudun emme kapasitesi şu şekilde karakterize edilir: monokromatik soğurma katsayısı α.
Vücudun yüzeyine bir akıntının düşmesine izin verin tek renkli dalga boyu λ olan radyasyon Φ λ. Bu akışın bir kısmı yansıtılır ve bir kısmı vücut tarafından emilir. Absorbe edilen akının büyüklüğünü Φ λ abs olarak gösterelim.
Monokromatik soğurma katsayısı α λ belirli bir cisim tarafından emilen radyasyon akısının, gelen monokromatik akının büyüklüğüne oranıdır:
Monokromatik soğurma katsayısı boyutsuz bir miktardır. Değerleri sıfır ile bir arasındadır: 0 ≤ α ≤ 1.
İşlev α = α(λ,Τ) Monokromatik absorpsiyon katsayısının dalga boyu ve sıcaklığa bağımlılığını ifade eden, denir emme kapasitesi bedenler. Görünümü oldukça karmaşık olabilir. En basit absorpsiyon türleri aşağıda tartışılmaktadır.
Saf siyah gövde soğurma katsayısı tüm dalga boyları için birliğe eşit olan bir cisimdir: α = 1.
Gri gövde absorpsiyon katsayısının dalga boyuna bağlı olmadığı bir cisimdir: α = const< 1.
Tamamen beyaz gövde tüm dalga boyları için soğurma katsayısı sıfır olan bir cisimdir: α = 0.
Kirchhoff yasası
Kirchhoff yasası- bir cismin emisyonunun emme kapasitesine oranı tüm cisimler için aynıdır ve tamamen siyah bir cismin enerji parlaklığının spektral yoğunluğuna eşittir:
= /
Kanunun sonucu:
1. Belirli bir sıcaklıktaki bir cisim herhangi bir radyasyonu emmiyorsa, yaymaz. Aslında, eğer belirli bir dalga boyu için soğurma katsayısı α = 0 ise r = α∙ε(λT) = 0
1. Aynı sıcaklıkta siyah gövde diğerlerinden daha fazla yayılır. Aslında, hariç tüm cisimler için siyah,α < 1, поэтому для них r = α∙ε(λT) < ε
2. Belirli bir cisim için monokromatik absorpsiyon katsayısının dalga boyu ve sıcaklığa bağımlılığını deneysel olarak belirlersek - α = r = α(λT), o zaman radyasyonunun spektrumunu hesaplayabiliriz.
