Характеристики теплового випромінювання

Тема: Теплове випромінювання. Теплобачення в медицині. Резонансні методи квантової механіки. ЯМР-томографія

План

1. Характеристики теплового випромінювання.

2. Терморегуляція в живому організмі.

3. Температурна топографія тіла людини. Інфрачервона термографія.

4. Резонансні методи квантової механіки. Ефект Зеємана.

5. Електронний парамагнітнийрезонанс.

6. Ядерний магнітний резонанс. ЯМР-томографія

Характеристики теплового випромінювання

Електромагнітне випромінювання нагрітих тіл, зумовлене збудженням атомів і молекул тіла під час співударів у процесі їх теплового руху, називають тепловим. Воно властиве всім тілам, які мають температуру вищу від абсолютного нуля. При цьому кожне тіло одночасно і випромінює, і поглинає падаюче на нього випромінювання від навколишніх тіл.

Потік випромінювання з 1 м² поверхні називають енергетичною світимістю. У СІ вона вимірюється у Вт/м².

Енергетична світимість тіла визначається за формулою:

Спектром випромінювання тіла називають залежність спектральної густини енергетичної світимості від довжини хвилі.

Здатність тіла поглинати енергію випромінювання характеризується коефіцієнтом поглинання, рівним відношенню поглинутого тілом потоку випромінювання до падаючого потоку:

Коефіцієнт поглинання може набувати значень від 0 до 1. Особливо добре поглинають випромінювання тіла чорного кольору.

Тіло, коефіцієнт поглинання якого дорівнює одиниці для усіх частот, називається абсолютно чорним тілом.

Абсолютно чорних тіл у природі не існує. Ідеальною моделлю абсолютно чорного тіла є замкнена порожнина з невеликим отвором, вкрита зсередини чорною фарбою. Промінь світла, потрапивши у порожнину, зазнає багаторазового відбивання від стінок, у результаті чого інтенсивність випромінювання, яке виходить з порожнини, практично дорівнює 0.

Поряд з поняттям абсолютно чорного тіла використовують поняття сірого тіла — тіла, коефіцієнт поглинання якого менший від одиниці і не залежить від довжини хвилі, а залежить від температури матеріалу та стану поверхні тіла. Тіло людини приймають за сіре тіло.

Зв'язок між енергетичною світимістю й температурою встановлено в законі Стефана-Больцмана

Енергетична світимість абсолютно чорного тіла пропорційна четвертому степеню його термодинамічної температури, де σ — стала, рівна 5,67*10^-8 Вт/м²К⁴). Проте цей закон не пояснює спектрального складу випромінювання абсолютно чорного тіла. Аналізуючи експериментальні криві при різних температурах, можна зауважити нерівномірність у розподілі енергій. Усі криві мають максимум, який під час зростання температури зміщується в сторону коротших хвиль:

У 1893р. Він використовуючи закони термо- та електродинаміки, встановив залежність довжини хвилі λ_max яка відповідає максимуму функції r_λ від температури Т. Згідно з законом змішення Віна ,

тобто, довжина хвилі, що відповідає максимуму спектральної густини енергетичної світимості абсолютно чорного тіла, обернено пропорційна його термодинамічній температурі, а стала Віна b = 2,9 *10 ^-3 м*К.

Закони Стефана-Больцмана і Віна дають змогу, реєструючи випромі­нювання тіл, знайти їх температури.

Дата добавления: 2015-07-10