Приватний вищий навчальний заклад

“Медичний коледж”

Дисципліна: Основи біологічної фізики та медична апаратура Тема лекції:

Теплове випромінювання біологічних об’єктів. Термографія.

Курс: 2

Спеціальність: 5.110102 “Сестринська справа”

Кількість навчальних годин: 2

Підготувала викладач ___________________ Осадца О.М.

Обговорено і затверджено на засіданні циклової комісії соціально-економічних дисциплін “____” _______________200__р., протокол № ___

Голова циклової комісії _________________ Т.О.Борисюк

Актуальність теми:

Тіло людини є джерелом інфрачервоного випромінювання. Інтенсивність цього випромінювання може слугувати діагностичним тестом для виявлення патологічних процесів в органах і тканинах. Теплове випромінювання використовують для отримання зображень приповерхневих судин, просві­чування м'яких біотканин, а також для аналізу розподілу температури по поверхні тіла.

Мета лекції:

Навчальна:

Описати механізм теплового випромінювання, його характеристики; назвати та пояснити основні види теплообміну організму з навколишнім середовищем; пояснити особливості теплового випромінювання тіла людини; описати температурну топографію тіла людина;розглянути суть інфрачервоного термографії та перспективність її використання в медицині; проінформувати про сучасні методи кріомедицини.

Розвиваюча: Розвивати в студентів увагу, уяву, пам'ять, логічне мислення, вміння аналізувати фізичні явища і величини сприяти розвитку вміння самостійно робити висновки та узагальнення

Виховна: Виховувати пізнавальний інтерес, науковий світогляд, спостережливість, дисциплінованість, любов до життя.

План лекції:

1. ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕПЛОВОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ

2. терморегуляція в живому організмі

3. ТЕМПЕРАТУРНА ТОПОГРАФІЯ ТІЛА ЛЮДИНИ

4. ІНФРАЧЕРВОНА ТЕРМОГРАФІЯ МІ

5. ІНФРАЧЕРВОНЕ ВИПРОМІНЮВАННЯ. ЙОГО ВИКОРИСТАННЯ У МЕДИЦИНІ

Конспект лекції:

1. Характеристики теплового випромінювання

Електромагнітне випромінювання тіла, зумов­лене збудженням його атомів і молекул внаслідок співударів під час їх теплового руху, називають тепловим або температурним. Воно властиве всім тілам, які мають температуру, вищу від абсолютного нуля.

Розглянемо кількісні характеристики тепло­вого випромінювання. Потік випромінювання з 1 м² поверхні називають енергетичною світністю R_e. У СІ вона вимірюється у Вт/м².

Енергетична світність, яка відповідає певному інтервалу довжин хвиль, пропорційна ширині цього інтервалу:

де r_λ — спектральна густина енергетичної світності тіла, що дорівнює відношенню енергетичної світності вузької ділянки спектра до ширини цієї ділянки (Вт/м³).

Повна енергетична світність тіла визначається за такою формулою:

Спектром випромінювання тіла називають залежність спектральної густини енергетичної світності від довжини хвилі.

Кожне тіло випромінює енергію і одночасно поглинає її від навколишніх тіл.

Здатність тіла поглинати енергію характеризу­ється коефіцієнтом поглинання, який дорівнює відношенню поглинутого тілом потоку випроміню­вання до падаючого потоку:

Беручи до уваги залежність коефіцієнта поглинання від довжини хвилі, можна ввести α_λ :

і назвати цю величину монохроматичним коефіці­єнтом поглинання.

Коефіцієнт поглинання може набувати значень від 0 до 1. Особливо добре поглинають випроміню­вання чорні тіла.

Тіло, коефіцієнт поглинання якого дорівнює одиниці для усіх частот, називається абсолютно чорним тілом.

Абсолютно чорних тіл у природі не існує. Ідеальною моделлю абсолютно чорного тіла є замкнена порожнина з невеликим отвором.

Промінь світла, потрапивши в порожнину, багаторазово відбивається від стінок, внаслідок чого інтенсивність випромінювання, яке виходить з порожнини, майже дорівнює нулеві. Тому вікна будинків з вулиці здаються чорними, хоча в кімнатах досить світло (відбивання світла від їхніх стін).

Поряд з поняттям абсолютно чорного тіла використовують поняття сірого тіла — такого тіла, коефіцієнт поглинання якого менший від одиниці і не залежить від довжини хвилі, а залежить від температури, матеріалу та стану поверхні тіла. Тіло людини вважають сірим тілом з коефіцієнтом поглинання α=0,9

Кірхгоф, спираючись на другий закон термоди­наміки та аналізуючи умови рівноважного випромінювання в ізольованій системі тіл, виявив кількісний зв'язок між спектральною густиною енергетичної світності та монохроматичним коефі­цієнтом поглинання тіл. Відношення спектральної густини енергетичної світності до монохроматич­ного коефіцієнта поглинання не залежить від природи тіла і є для усіх тіл універсальною функцією частоти (довжини хвилі) і температури (закон Кірхгофа):

де ε_λ - спектральна густина енергетичної світності абсолютно чорного тіла.

Із закону Кірхгофа випливає, що спектральна густина енергетичної світності абсолютно чорного тіла є універсальною функцією. Тому визначення залежності її від частоти та темпе­ратури є важливим завданням теорії теплового випромінювання. Й. Стефан та Л. Больцман частково виконали його, виявивши зв'язок між енергетичною світністю й температурою абсо­лютно чорного тіла. Згідно із законом Стефана-Больцмана енергетична світність абсолютно чорного тіла пропорційна четвертій степені його термодинамічної температури:

де σ — стала, яка дорівнює 5,67 10⁸ Вт/(м²К⁴).

Проте цей закон не пояснює спектрального складу випромінювання абсолютно чорного тіла Аналізуючи експериментальні криві залежності спектральної густини енергетичної світності від довжини хвилі за різних температур, можна зауважити нерівномірність у розподілі енергії. Усі криві мають максимум, який внаслідок зростання температури зміщується в бік коротких хвиль.

Рис. Криві залежності спектральної густини енергетичної світності від довжини хвилі за різних температур

У 1893р. Він, використовуючи закони термо- та електродинаміки, виявив залежність довжини хвилі λ_max, яка відповідає максимуму функції r_λ, від температури Т. Згідно із законом зміщення Віна

тобто довжина хвилі, що відповідає максимуму спектральної густини енергетичної світності абсолютно чорного тіла, обернено пропорційна його термодинамічній температурі. Стала Віна b = 2,9*10^-3 м*К. Закони Стефана-Больцмана і Віна дають змогу, реєструючи випромінювання тіл, визначити їхні температури.