Закон Кирхгофа
Изучая условия термодинамически равновесного излучения, Кирхгоф установил, в состоянии термодинамического равновесия у тел, обменивающихся энергией только путем излучения и поглощения, отношение спектральной плотности энергетической светимости к коэффициенту поглощения является постоянной величиной, независящей от природы тела, и для всех тел выражается одной и той же функцией от длины волны и температуры :
.
-
это функция является спектральной
плотностью энергетической светимости
АЧТ.
Спектр излучения ачт
А
бсолютно
черное тело имеет сплошной спектр
излучения. С увеличением длины волны
спектральная плотность энергетической
светимости увеличивается (рис.16.2),
достигает отчетливо выраженного
максимума при некоторой длине волны
,
затем уменьшается. При этом возрастание
происходит быстрее, чем уменьшение.
Рис. 16.2.
Законы излучения абсолютно черного тела
Закон Стефана-Больцмана: энергетическая светимость абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры
,
где
- постоянная Стефана-Больцмана.
Для
серых тел, имеющих коэффициент поглощения
,
этот закон можно записать как
.
2.
Закон смещения Вина: длина волны
в спектре излучения абсолютно черного
тела, на которую приходится максимум
спектральной плотности излучения,
обратно пропорциональна его абсолютной
температуре
,
где
- постоянная Вина.
Формула Планка и её применение для уточнения законов теплового излучения абсолютно черного тела
М. Планк, выдвинув гипотезу, что энергия поглощается и испускается не непрерывно, а отдельными квантами (порциями). Квант электромагнитного излучения оптического диапазона назвали фотоном. Его энергия
.
При таком предположении Планк получил формулу для спектральной плотности энергетической светимости
.
Рассчитанные
по этой формуле значения
по всему спектру совпали с экспериментальными
значениями. Если же рассчитать
,
то
получим закон Стефана-Больцмана, а
исследование функции
на максимум по первой производной, т.е.
,
приводит к закону смещения Вина.
ИК- и УФ- излучение и их применение в медицине
ИК
- излучение лежит в диапазоне
,
невидимо для глаза. ИК -
излучение
хорошо проходит через
.
Первичное
действие на ткани организма – тепловое.
ИК- излучение проникает в ткани на
глубину
,
прогревая их.
Особую роль играет ИК - излучение для диагностики заболеваний методом термографии и тепловидения, в основе которых лежат законы Стефана-Больцмана и Вина.
Источники ИК - излучения - лампы накаливания (Соллюкс), ИК-излучатели “Инфраруж”.
УФ
- излучение лежит в диапазоне
,
также невидимо для глаза.
Вредное действие УФ – излучения – вызывает ожог сетчатки глаза, а самое короткое излучение может обладать ионизирующим действием.
Первичное
действие на ткани организма –
фотохимические реакции. Проникает в
ткани организма на глубину
.
УФ – излучение делят на три зоны действия:
А
– антирахитная зона -
.
Под действием этого излучения в тканях
организма проходят реакции, приводящие
к выработке витамина
.
В
– эритемная зона -
.
Под действием этого излучения проходят
химические реакции, дающие загар.
С
– бактерицидная зона -
.
Это излучение обладает большой энергией
и убивает бактерии.
Источником УФ – излучения является Солнце, а в медицине – ртутные лампы ПРК, в которых излучение возникает при люминесценции паров ртути, находящихся в колбе из кварцевого стекла, хорошо пропускающего ультрафиолет.
Контрольные вопросы
•Природа теплового излучения. Характеристики теплового излучения. •Абсолютно черное тело. Распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела. Закон Кирхгофа.
•Экспериментальные законы излучения абсолютно черного тела Стефана-Больцмана и Вина.
•Формула Планка. Применение формулы Планка для подтверждения законов Стефана-Больцмана и Вина. •Источники теплового излучения (естественные и искусственные). Актинометрия. •Термография и тепловидение. •Инфракрасное и ультрафиолетовое излучение. Применение в медицине.