Тепловое излучение.

25.Тепловое излучение. Распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела. Квантовая гипотеза Макса Планка.

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.

Абсолютное черное тело — это физическая абстракция (модель), под которой понимают тело, полностью поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение.

Изучение распределения энергии в спектре теплового излучения абсолютно черного тела при различных температурах привело к установлению следующих закономерностей:

1)спектр излучения абсолютно черного тела является сплошным, т. е. в спектре представлен непрерывный ряд длин волн;

2)распределение энергии в спектре излучения зависит от длины волны. С увеличением длины волны спектральная плотность энергетической светимости увеличивается, достигает отчетливо выраженного максимума при некоторой длине волны, затем уменьшается;

3)с повышением температуры максимум излучения смещается в сторону более коротких волн. Уменьшение в сторону более коротких волн выражено более резко, чем в сторону более длинных.

Гипотеза Планка:

Нагретое тело испускает и поглощает свет не непрерывно, а определенными конечными порциями энергии – квантами (квант (от лат. quantum) – количество).

Энергия каждой порции прямо пропорциональна частоте излучения.

универсальная Планка (h) – постоянная универсальная величина. Формула Макса Планка позволяет определять различные характеристики квантов электромагнитного изучения.

26. Законы теплового излучения.

Основные законы теплового излучения

Закон Стефана — Больцмана

Закон излучения Кирхгофа

Закон смещения Вина

1)В 1879 г. Й. Стефан экспериментально, а в 1884 г. Л. Больцман теоретически определили энергетическую светимостьабсолютно черного тела.

Закон Стефана-Больцмана - энергетическая светимость абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры:

3)Немецкий физик В. Вин (1893) установил формулу для длины волны, на которую приходится максимум испускательной способности абсолютно черного тела. Соотношение, которое он получил, было названо его именем.

Закон смещения Вина даёт зависимость длины волны, на которой поток излучения энергии чёрного тела достигает своего максимума, от температуры чёрного тела λ_max=0,0028999/T

где T — температура в кельвинах, а λ_max — длина волны с максимальной интенсивностью в метрах.

2)Закон излучения Кирхгофа — физический закон, установленный немецким физиком Кирхгофом в 1859 году.

Отношение излучательной способности любого тела к его поглощательной способности одинаково для всех тел при данной температуре для данной частоты и не зависит от их формы и химической природы.

Известно, что при падении электромагнитного излучения на некоторое тело часть его отражается, часть поглощается и часть может пропускаться. Доля поглощаемого излучения на данной частоте называется поглощательной способностью тела a_ω,T. С другой стороны, каждое нагретое тело излучает энергию по некоторому закону r_ω,T, именуемым излучательной способностью тела.

Величины a_ω,T и r_ω,T могут сильно меняться при переходе от одного тела к другому, однако согласно закону излучения Кирхгофа отношение испускательной и поглощательной способностей не зависит от природы тела и является универсальной функцией частоты (длины волны) и температуры:

a_ω,T/r_ω,T=f_ω,T

По определению, абсолютно чёрное тело поглощает всё падающее на него излучение, то есть для него a_ω,T=1 . Поэтому функция f_ω,T совпадает с излучательной способностью абсолютно чёрного тела, описываемой законом Стефана — Больцмана, вследствие чего излучательная способность любого тела может быть найдена исходя лишь из его поглощательной способности.

3)Закон смещения Вина даёт зависимость длины волны, на которой поток излучения энергии чёрного тела достигает своего максимума, от температуры чёрного тела λ_max=0,0028999/T

где T — температура в кельвинах, а λ_max — длина волны с максимальной интенсивностью в метрах.

27. Физиологические основы термографии.= 29. Медицинская термография.

Термография - диагностический метод, основанный на измерении и регистрации теплового излучения поверхности тела человека или его отдельных участков.

Физиологической основой термографии является увеличение интенсивности инфракрасного излучения над патологическими очагами.

Термографический метод облегчает дифференциальный диагноз между доброкачественными и злокачественными опухолями. Этот метод является объективным средством контроля за эффективностью терапевтических методов лечения. Так, при термографическом обследовании больных псориазом было установлено, что при наличии выраженной инфильтрации и гиперемии в бляшках отмечается повышение температуры. Снижение температуры до уровня окружающих участков в большинстве случаев свидетельствует о регрессии процесса на коже.

Повышенная температура часто является показателем инфекции. Чтобы определить температуру человека, достаточно взглянуть через инфракрасное устройство на его лицо и шею. Для здоровых людей отношение температуры лба к температуре в области сонной артерии лежит в диапазоне от 0,98 до 1,03. Это отношение и можно использовать при экспресс-диагностике во время эпидемий для проведения карантинных мероприятий.