Тепловое излучение тел. Энергетические характеристики теплового излучения. Тепловидение в медицине

1. Отношение потока излучения на длине волны , поглощенного данным телом, к потоку излучения на этой же длине волны, упавшему на тело, называют:

a) коэффициентом пропускания;

b) коэффициентом поглощения;

c) коэффициентом отражения;

d) энергетической светимостью;

e) монохроматическим коэффициентом поглощения.

Способность нагретого тела поглощать энергию внешнего излучения определяется монохроматическим коэффициентом поглощения а_, который равен отношению потока излучения с длиной волны , поглощенного телом, к потоку излучения той же длины волны, упавшему на тело.

2. Установите соответствие между характеристиками теплового излучения и их единицами измерения:

Поток (мощность) излучения		безразмерная величина
Энергетическая светимость		Вт/м3
Спектральная плотность энергетической светимости		Вт/м2
Монохроматический коэффициент поглощения		Вт

1. Поток (мощность) излучения Ф (иногда обозначается буквой Р) – энергия, излучаемая за 1 с со всей поверхности нагретого тела по всем направлениям в пространстве и во всем спектральном диапазоне: , в СИ .

2. Энергетическая светимость R – энергия, излучаемая с 1 м² поверхности тела за 1 с по всем направлениям в пространстве и во всем спектральном диапазоне. Если S – площадь поверхности тела, то: , , в СИ .

3. Спектральная плотность энергетической светимости. Спектральная плотность энергетической светимости равна отношению энергетической светимости dR узкого участка длин волн к ширине этого участка dλ: в СИ .

4. Монохроматический коэффициент поглощения а_ равен отношению потока излучения с длиной волны , поглощенного телом, к потоку излучения той же длины волны, упавшему на тело. Из этого следует, что а_ – величина безразмерная и .

3. Установите соответствие между законами теплового излучения и соответствующими формулами (здесь R - энергетическая светимость;  и b – константы; r_ - спектральная плотность энергетической светимости; a_ - монохроматический коэффициент поглощения; Т – термодинамическая температура):

Закон Кирхгофа
Закон Вина
Закон Стефана-Больцмана		c)

Закон Кирхгофа: при данной температуре отношение спектральной плотности энергетической светимости к монохроматическому коэффициенту поглощения не зависит от природы тела и равно спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела: , (индексы у скобок означают тела 1, 2 и т.д.).

Закон Стефана-Больцмана: энергетическая светимость абсолютно черного тела R_ч.т пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры: R_ч.т. =  Т⁴,

где  – постоянная Стефана-Больцмана.

Закон смещения Вина: длина волны , на которую приходится максимум спектра излучения абсолютно черного тела, обратно пропорциональна его абсолютной температуре, т.е. , где b – постоянная Вина.

4. Установите соответствие между различными видами теплообмена организма с окружающей средой и долей тепловых потерь, приходящихся на них:

Теплопроводность		30%
Конвекция		 50%
Испарение		незначительна
Излучение		15 – 20%

Так как теплопроводность воздуха мала, то этот вид теплоотдачи организма очень незначителен.

Более существенна конвекция, она может быть не только обычной, естественной, но и вынужденной, при которой воздух обдувает нагретое тело. Большую роль для уменьшения конвекции играет одежда. В условиях умеренного климата 15 – 20% теплоотдачи человека осуществляется конвекцией.

Испарение происходит с поверхности кожи и лeгких, при этом имеет место около 30% теплопотерь.

Наибольшая доля теплопотерь (около 50%) приходится на излучение во внешнюю среду от открытых частей тела и одежды. Основная часть этого излучения относится к инфракрасному диапазону с длиной волны от 4 до 50 мкм.

5. Если энергетическая светимость черного тела R_ч.т.=500 Вт/м², то его температура … К ( – постоянная Стефана – Больцмана).

Энергетическая светимость чeрного тела определяется по формуле R_ч.т. = ∙ Т⁴.

Отсюда выражаем . Подставляем в полученную формулу данные из условия задачи и производим расчет.

6. Если энергетическая светимость серого тела с коэффициентом поглощения =0,5 составляет R_ч.т.=500 Вт/м², то его температура равна … К ( – постоянная Стефана – Больцмана).

Энергетическая светимость серого тела определяется по формуле: R_с.т. = а   ∙ Т⁴. Отсюда выражаем . Подставляем в полученную формулу данные из условия задачи и производим расчет.

7. В результате изменения температуры серого тела максимум спектральной плотности энергетической светимости сместился с ₁= 2400 нм на ₁= 800 нм. При этом энергетическая светимость тела увеличивается в … раз.

Энергетическая светимость тела при температуре Т₁ определяется по формуле:

R₁ =  Т₁ ⁴.

Энергетическая светимость тела при температуре Т₂ определяется по формуле:

R₂ =  Т₂ ⁴.

Тогда отношение энергетических светимостей определится как: (1).

Величины T₁ и T₂ определим из закона Вина: (2), (3). Подставляя уравнения (2) и (3) в уравнение (1), получим: . Подставляем в полученную формулу данные из условия задачи и производим расчет.