28. Тепловое излучение и его характеристики
Тепловое излучение – это электромагнитное излучение тел, возникающее за счет изменения их внутренней энергии (энергии теплового движения атомов и молекул).
Тепловое излучение тела человека относится к инфракрасному диапазону электромагнитных волн.
Инфракрасные лучи занимают диапазон электромагнитных волн с длиной волны от 760 нм до 1-2 мм.
Источник теплового излучения: любое тело, температура которого превышает температуру абсолютного нуля.
Характеристики теплового излучения
Поток излучения (Ф) – количество энергии, которое излучается (поглощается) с выбранной площади (поверхности) по всем направлениям за единицу времени.
, 
.
2
.Интегральная
излучательная способность (R)–
поток излучения с единицы площади
поверхности.
, 
, 
.
3. Спектральная
излучательная способность (
)
– интегральная излучательная способность,
относимая к единице спектрального
интервала
, 
;
где
интегральная излучательная способность;
–ширина интервала
длин волн (
).
4. Интегральная поглощательная способность (коэффициент поглощения) –отношение поглощенной телом энергии к падающей энергии.
,
безразмерная
величина,
–поток излучения,
который поглощается телом;
–поток излучения,
что падает на тело.
Рис. 39
5. Спектральная поглощательная способность – коэффициент поглощения, относимый к единичному спектральному интервалу:
,
безразмерная величина.
29. Абсолютно черное тело. Серые тела
А
Рис. 40.
Модель абсолютно черного
тела
Коэффициент
поглощения абсолютно черного тела
и не зависит от длины волны.
Примеры абсолютно черного тела: сажа, черный бархат.
Серые
тела – тела, у которых
.
Пример:
тело человека считают серым телом
.
Черные и серые тела – это физическая абстракция.
30. Законы теплового излучения
1. Закон Кирхгофа (1859 г.): Отношение спектральной излучательной способности тел к их спектральной поглощательной способности не зависит от природы излучающего тела и равно спектральной излучательной способности абсолютно черного тела при данной температуре:
где
– спектральная излучательная способность
абсолютно черного тела.
Тепловое излучение является равновесным – сколько энергии излучается телом, столько ее им и поглощается.
Рис. 41. Кривые распределения энергии в спектрах теплового излучения
различных тел (1 – абсолютно черное тело, 2 – серое тело,
3 – произвольное тело)
2. Закон
Стефана – Больцмана (1879, 1884):
интегральная
излучательная способность абсолютно
черного тела (
)
прямо пропорциональна четвертой степени
его термодинамической температуры (Т).
где
–
постоянная
Стефана – Больцмана
3. Закон Вина (1893): длина волны, на которую приходится максимум спектральной излучательной способности данного тела, обратно пропорциональна температуре.
,
где 
=
–
постоянная Вина.
Рис. 42. Спектры теплового излучения абсолютно черного тела при различных температурах
31. Тепловое излучение тела человека
Тело человека имеет постоянную температуру благодаря терморегуляции. Основной частью терморегуляции является теплообмен организма с окружающей средой.
Теплообмен происходит с помощью таких процессов:
а) теплопроводность (0 %), б) конвекция (20 %), в) излучение (50 %), г) испарение (30 %).
Диапазон теплового излучения тела человека
Температура
поверхности кожи человека:
.
По
закону Вина
.
Длина волны соответствует инфракрасному диапазону, потому не воспринимается глазом человека.
Излучательная способность тела человека
Тело
человека считается серым телом, так как
частично излучает энергию (
)
и поглощает излучение из окружающей
среды (
).
Энергия
(
),
которую теряет человек за 1 секунду с
1
своего тела вследствие излучения
составляет:
,
где
температура окружающей среды:
,
температура тела человека:
.
32. Контактные методы определения температуры
Термометры: ртутные, спиртовые.
Шкала Цельсия: t°C
Шкала Кельвина: T = 273 + t°C
Шкала
Фаренгейта:
Термография – это метод определения температуры участка тела человека дистанционно путем оценки интенсивности теплового излучения.
Приборы: термограф или тепловизор (регистрирует распределение температур на выбранном участке человека).