11. Ударная волна. Получение и использование ударных волн в медицине.

Ударная волна, скачок уплотнения, распространяющаяся со сверхзвуковой скоростью тонкая переходная область, в которой происходит резкое увеличение плотности, давления и скорости вещества. Ударные волны возникают при взрывах, при сверхзвуковых движениях тел, при мощных электрических разрядах и т.д.

Скорость распространения ударной волны в среде превышает скорость звука в данной среде. Превышение тем больше, чем выше интенсивность ударной волны (отношение давлений перед и за фронтом волны): (р_{уд.волны} – р_{сп.среды})/р_{сп.среды}

В медицине ударные волны чаще всего генерируются с помощью механического образования, базирующегося на принципах баллистики. Сжатый воздух придает ускорение снаряду, который толкает аппликатор, размещенный на коже, придавая ему большую кинетическую энергию. Главная особенность аппарата, использующего такой принцип, заключается в том, что увеличение крутизны волны происходит намного медленнее по сравнению с приборами, фокусирующими ударную волну, поэтому фокусирующие технологии применяют в лечении глубоких слоев тканей (например, для дробления камней в почках и др.).

Другой метод образования ударных волн – использование электромагнитных токов. В тонкой медной фольге под воздействием электромагнитных токов происходит взрывоподобная деформация. При этом столбик связанной воды смещается пропорционально давлению. Генерированный таким образом импульс давления связывается и передается другой среде. Различные дополнительные приспособления, такие как акустические отсекающие линзы, способны фокусировать волны давления на заданном расстоянии и передавать их в более глубокие участки тела, а акустические рефлекторы – корректировать точность фокусировки.

Электропневматический принцип – наиболее старый метод генерирования ударных волн, в соответствии с которым запальная свеча располагается в первичном фокусе. Высокие температуры во время искрового разряда заставляют окружающую жидкость испаряться с образованием плазменных пузырьков. Радиальные ударные волны из первичного фокуса благодаря овальному акустическому зеркалу собираются во вторичный фокус. Передача ударных волн в заданные участки обеспечивается с помощью соответствующих связывающих сред. Один из недостатков этого процесса заключается в нестабильности ударной волны, необходимости частой замены дорогостоящих электродов.

Пьезоэлектрический принцип. Небольшой импульс давления, создаваемый локальными электрическими импульсами отдельных пьезокристаллов, испускается в центр шаровидной чашки. Поскольку кристаллы располагаются в продольно разрезанной трубке, волны давления собираются в один фокус.

Тепловое излучение.

12. Тепловое излучение. Его характеристики: энергетическая светимость, спектральная плотность, их взаимосвязь. Закон Стефана-Больцмана.

Тепловое излучение — это электромагнитное излучение нагретых тел. Непосредственные излучатели – частицы, образующие тело (атомы, молекулы, ионы). В основном приходится на инфракрасный участок спектра, т.е на длины волн от 0,74 мкм до 1000 мкм. Отличительной особенностью является то, что оно может осуществляться между телами, находящимися не только в какой-либо среде, но и вакууме.

Примером теплового излучения является свет от лампы накаливания.

энергетическая светимость - это количество энергии электромагнитного излучения во всем диапазоне длин волн теплового излучения, которое излучается телом во всех направлениях с единицы площади поверхности за единицу времени: R = E/(S·t), [Дж/(м2с)] = [Вт/м2] Энергетическая светимость зависит от природы тела, температуры тела, состояния поверхности тела и длины волны излучения.

- спектральная плотность энергетической светимости - энергетическая светимость тела для данных длин волн при данной температуре: Rλ,T = f(λ, T).

Закон Стефана — Больцмана — закон излучения абсолютно чёрного тела. (тело, поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах и ничего не отражающее.)

Мощность излучения абсолютно чёрного тела прямо пропорциональна площади поверхности и четвёртой степени температуры тела:

где ϵ - степень черноты (для всех веществ ϵ<1 , для абсолютно черного тела ϵ=1 ). При помощи закона Планка для излучения, постоянную σ можно определить как

σ=П²k⁴/60c²ћ³

где ћ — постоянная Планка, k — постоянная Больцмана, c — скорость света.

Численное значение σ=5,670400 * 10^-8 Дж·с^-1·м^-2 · К^-4.