40) Тепловое излучение. Законы теплового излучения. Формула Планка.

Тепловое излучение - электромагнитное излучение, испускаемое веществом и возникающее за счет его внутренней энергии.

Тепловое излучение обусловливается возбуждением частиц вещества при соударениях в процессе теплового движения или ускоренным движением зарядов (колебания ионов кристаллической решетки, тепловое движение свободных электронов и т.д.). Оно возникает при любых температурах и присуще всем телам. Характерной чертой теплового излучения является сплошной спектр.

Интенсивность излучения и спектральный состав зависят от температуры тела, поэтому не всегда тепловое излучение воспринимается глазом как свечение. Например, тела, нагретые до высокой температуры, значительную часть энергии испускают в видимом диапазоне, а при комнатной температуре почти вся энергия испускается в инфракрасной части спектра.

Закон Кирхгофа - отношение испускательной способности тела к его поглощательной способности одинаково для всех тел и равно спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела:

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

При повышении температуры максимум испускательной способности смещается влево

В 1900 г. М. Планк получил формулу для расчета испускательной способности абсолютно черного тела теоретически. Для этого ему пришлось отказаться от классических представлений о непрерывности процесса излучения электромагнитных волн. По представлениям Планка, поток излучения состоит из отдельных порций - квантов, энергии которых пропорциональны частотам света:

41)Излучение солнца. Инфракрасное и ультрафиолетовое излучения и их применение в медицине.

Основным источником теплового излучения в природе является Солнце. Спектральный состав солнечного излучения соответствует излучению абсолютно черного тела при температуре порядка 6000 К. Полная плотность потока солнечного излучения на верхней границе земной атмосферы составляет 1,93 кал/см²∙мин и называется солнечной постоянной.

При прохождении через атмосферу мощность солнечного излучения уменьшается.

В зависимости от состояния атмосферы и высоты Солнца над горизонтом, уменьшается также и солнечная постоянная. Изменяется и спектральный состав излучения.

Так, УФ-излучение поглощается озоном верхних слоев атмосферы, а часть длинноволнового ИК-излучения поглощается водяным паром

Из искусственных источников света по спектру ближе всего к Солнцу подходит электрическая дуга, излучение которой ранее использовалось для лечебных целей. В настоящее время в медицине применяются более удобные в эксплуатации источники инфракрасного и ультрафиолетового излучения, по возможности воспроизводящие соответствующие участки солнечного спектра.

Электромагнитное излучение, занимающее спектральную область (от красной границы видимого света до коротковолнового радиоизлучения) называется инфракрасным (ИК) излучением.

В медицине применяется более коротковолновая часть ИК-излучения. ИК-излучение невидимо для глаза. Основное его действие – тепловое, но может вызывать и химические реакции, например, действует на специальную фотоэмульсию. При фотографировании в ИК-лучах становятся видимы детали предметов, не заметные при обычной фотографии.

Первичное действие ИК-излучения на организм состоит в прогревании поверхностно лежащих тканей; при этом излучение проникает в ткани на глубину до 2 см.

В лечебной практике в качестве источников инфракрасного излучения используются специальные облучатели

Лампа Минина представляет собой лампу накаливания с рефлектором, локализующим излучение в необходимом направлении. Источником излучения служит лампа накаливания мощностью 20-60 Вт из бесцветного или синего стекла.

Светотепловая ванна представляет собой полуцилиндрический каркас, состоящий из двух половин, соединенных подвижно между собой. На внутренней поверхности каркаса, обращенной к пациенту, укреплены лампы накаливания мощностью 40 Вт. В таких ваннах на биологический объект действуют инфракрасное и видимое излучения, а также нагретый воздух, температура которого может достигать 70°С.

Лампа Соллюкс представляет собой мощную лампу накаливания, помещенную в специальный рефлектор на штативе. Источником излучения служит лампа накаливания мощностью 500 Вт (температура вольфрамовой нити 2 800°С, максимум излучения приходится на длину волны 2 мкм).

Электромагнитное излучение, занимающие спектральную область от 380 нм до 10 нм (от фиолетовой границы видимого света до длинноволнового рентгеновского излучения) называется ультрафиолетовым (УФ) излучением.

УФ-излучение поглощается простым стеклом, а при длине волны меньше 200 нм поглощается тонким слоем любого вещества, включая воздух. Поэтому дальнее УФ-излучение для медицины интереса не представляет.

УФ-излучение оказывает сильное биологическое действие на живые организмы, которое может быть и полезным, и вредным. Его первичное действие связано с фотохимическими реакциями, происходящими в тканях при поглощении излучения. В ткани оно проникает на глубину до 1 мм и проявляется на месте воздействия эритемой.

В соответствии с особенностями биологического действия выделяют следующие зоны УФ-излучения:

Зона А (380-315 нм) – антирахитная – отличается укрепляющим и закаливающим организм действием. Используется в профилактических и гигиенических целях.

Зона В (315-280 нм) – эритемная – характеризуется эритемным действием и используется в лечебных целях.

Зона С (280-200 нм) – бактерицидная – отличается бактерицидным действием; используется в качестве средства дезинфекции.