4 Energi luminositas. hukum Stefan-Boltzmann.

Hukum perpindahan Wien

RE(luminositas energi terintegrasi) - luminositas energi menentukan jumlah energi yang dipancarkan dari satu permukaan per satuan waktu di seluruh rentang frekuensi dari 0 hingga pada suhu tertentu T.

Koneksi luminositas dan pancaran energi

[Ulang ] \u003d J / (m 2 s) \u003d W / m 2

Hukum J. Stefan (ilmuwan Austria) dan L. Boltzmann (ilmuwan Jerman)

di mana

\u003d 5,67 10 -8 W / (m 2 K 4) - Konstanta Stef-on-Boltzmann.

Luminositas energi benda hitam sebanding dengan pangkat empat suhu termodinamika.

Hukum Stefan-Boltzmann, mendefinisikan ketergantunganREpada suhu, tidak memberikan jawaban mengenai komposisi spektral radiasi benda hitam sepenuhnya. Dari kurva ketergantungan eksperimentalr,T dari λ di berbagai T maka distribusi energi dalam spektrum benda hitam tidak merata. Semua kurva memiliki maksimum, yang dengan meningkatnya T bergeser ke arah panjang gelombang yang lebih pendek. Area yang dibatasi oleh kurva ketergantunganr,T dari , sama dengan RE(ini mengikuti dari arti geometris integral) dan sebanding dengan T 4 .

Hukum perpindahan Wien (1864 - 1928): Panjang, gelombang (λ max), yang menjelaskan emisivitas maksimum dari a.ch.t. pada suhu tertentu, berbanding terbalik dengan suhu T.

b\u003d 2,9 10 -3 m K - Konstanta Wien.

Pergeseran Wien terjadi karena dengan meningkatnya suhu, emisivitas maksimum bergeser ke arah panjang gelombang yang lebih pendek.

5 formula Rayleigh-Jeans, formula Wien dan bencana ultraviolet

Hukum Stefan-Boltzmann memungkinkan Anda untuk menentukan luminositas energiREa.h.t. oleh suhunya. Hukum perpindahan Wien menghubungkan suhu tubuh dengan panjang gelombang di mana emisivitas maksimum turun. Tetapi tidak satu pun atau hukum lainnya memecahkan masalah utama seberapa besar kemampuan radiasi per setiap dalam spektrum A.Ch.T. pada suhu T. Untuk melakukan ini, Anda perlu membuat ketergantungan fungsionalr,T dari dan T.

Berdasarkan konsep sifat kontinu dari pancaran gelombang elektromagnetik dalam hukum distribusi energi yang seragam pada derajat kebebasan, dua rumus diperoleh untuk emisivitas a.ch.t .:

• Formula anggur

di mana sebuah, b = konstan.

• Formula Rayleigh-Jeans

k =1.38·10 -23 J/K - Konstanta Boltzmann.

Verifikasi eksperimental menunjukkan bahwa untuk suhu tertentu, rumus Wien benar untuk gelombang pendek dan memberikan perbedaan yang tajam dengan pengalaman di wilayah gelombang panjang. Rumus Rayleigh-Jeans ternyata benar untuk gelombang panjang dan tidak berlaku untuk gelombang pendek.

Studi radiasi termal menggunakan rumus Rayleigh-Jeans menunjukkan bahwa dalam kerangka fisika klasik tidak mungkin untuk memecahkan masalah fungsi yang mencirikan emisivitas AChT. Upaya yang gagal untuk menjelaskan hukum radiasi A.Ch.T. dengan bantuan peralatan fisika klasik, itu disebut "bencana ultraviolet".

Jika kita mencoba menghitungREmenggunakan rumus Rayleigh-Jeans, maka

• “ bencana ultraviolet”

6 Hipotesis kuantum dan rumus Planck.

Pada tahun 1900, M. Planck (seorang ilmuwan Jerman) mengajukan hipotesis yang menyatakan bahwa emisi dan penyerapan energi tidak terjadi terus menerus, tetapi dalam porsi kecil tertentu - kuanta, dan energi kuantum sebanding dengan frekuensi osilasi (rumus Planck ):

h \u003d 6.625 10 -34 J s - konstanta Planck atau

di mana

Karena radiasi terjadi dalam porsi, energi osilator (atom berosilasi, elektron) E hanya mengambil nilai yang merupakan kelipatan dari bilangan bulat bagian energi elementer, yaitu, hanya nilai diskrit

E = n E o = nhν .

EFEK FOTOELEKTRIK

Pengaruh cahaya pada jalannya proses listrik pertama kali dipelajari oleh Hertz pada tahun 1887. Dia melakukan eksperimen dengan celah percikan listrik dan menemukan bahwa ketika disinari dengan radiasi ultraviolet, pelepasan terjadi pada tegangan yang jauh lebih rendah.

Pada tahun 1889-1895. A.G. Stoletov mempelajari efek cahaya pada logam menggunakan skema berikut. Dua elektroda: katoda K terbuat dari logam yang diteliti dan anoda A (dalam skema Stoletov - jaring logam yang mentransmisikan cahaya) dalam tabung vakum dihubungkan ke baterai sehingga dengan bantuan resistansi R Anda dapat mengubah nilai dan tanda tegangan yang diterapkan padanya. Ketika katoda seng disinari, arus mengalir di sirkuit, yang dicatat oleh miliammeter. Dengan menyinari katoda dengan cahaya dari berbagai panjang gelombang, Stoletov menetapkan hukum dasar berikut:

• Efek terkuat diberikan oleh radiasi ultraviolet;
• Di bawah aksi cahaya, muatan negatif keluar dari katoda;
• Kekuatan arus yang dihasilkan oleh aksi cahaya berbanding lurus dengan intensitasnya.

Lenard dan Thomson pada tahun 1898 mengukur muatan spesifik ( e/ m), partikel yang dikeluarkan, dan ternyata sama dengan muatan spesifik elektron, oleh karena itu, elektron dikeluarkan dari katoda.

2 Efek fotolistrik eksternal. Tiga hukum efek fotolistrik eksternal

Efek fotolistrik eksternal adalah emisi elektron oleh suatu zat di bawah aksi cahaya. Elektron yang lepas dari suatu zat dengan efek fotolistrik eksternal disebut fotoelektron, dan arus yang dihasilkannya disebut arus foto.

Menggunakan skema Stoletov, ketergantungan berikut dari arus foto pada:tegangan yang diterapkan pada fluks bercahaya konstan F(yaitu, karakteristik I–V diperoleh - karakteristik tegangan arus):

Pada tegangan tertentukamuHarus foto mencapai saturasiSaya n - semua elektron yang dipancarkan oleh katoda mencapai anoda, maka arus saturasiSaya n ditentukan oleh jumlah elektron yang dipancarkan oleh katoda per satuan waktu di bawah aksi cahaya. Jumlah fotoelektron yang dilepaskan sebanding dengan jumlah insiden kuanta cahaya pada permukaan katoda. Dan jumlah kuanta cahaya ditentukan oleh fluks bercahaya F jatuh pada katoda. Jumlah fotonNjatuh dari waktu ke waktut ke permukaan ditentukan oleh rumus:

di mana W- energi radiasi yang diterima permukaan selama waktut,

energi foton,

F e -fluks bercahaya (daya radiasi).

hukum 1 efek fotolistrik eksternal (Hukum Stoletov):

Pada frekuensi tetap dari cahaya datang, arus foto saturasi sebanding dengan fluks cahaya datang:

Sayakita~ , =konstan

kamuh - tegangan perlambatan adalah tegangan di mana tidak ada elektron yang dapat mencapai anoda. Oleh karena itu, hukum kekekalan energi dalam hal ini dapat ditulis: energi elektron yang dipancarkan sama dengan energi perlambatan medan listrik.

oleh karena itu, seseorang dapat menemukan kecepatan maksimum fotoelektron yang dipancarkanVmax

hukum 2 efek fotolistrik : kecepatan awal maksimumVmaxfotoelektron tidak bergantung pada intensitas cahaya datang (pada F), tetapi hanya ditentukan oleh frekuensinya

hukum 3 efek fotolistrik : untuk setiap zat ada efek foto "batas merah", yaitu, frekuensi minimum kp , tergantung pada sifat kimia zat dan keadaan permukaannya, di mana efek fotolistrik eksternal masih mungkin terjadi.

Hukum kedua dan ketiga dari efek fotolistrik tidak dapat dijelaskan dengan menggunakan sifat gelombang cahaya (atau teori elektromagnetik klasik tentang cahaya). Menurut teori ini, penarikan elektron konduksi dari logam adalah hasil dari "goyangan" mereka oleh medan elektromagnetik dari gelombang cahaya. Semakin besar intensitas cahaya ( F) energi yang ditransmisikan oleh elektron logam harus meningkat, oleh karena itu, itu harus meningkatVmax, dan ini bertentangan dengan hukum ke-2 efek fotolistrik.

Karena, menurut teori gelombang, energi yang ditransmisikan oleh medan elektromagnetik sebanding dengan intensitas cahaya ( F), lalu cahaya apa pun; frekuensi, tetapi intensitas yang cukup tinggi harus menarik elektron dari logam, yaitu, batas merah efek fotolistrik tidak akan ada, yang bertentangan dengan hukum ke-3 efek fotolistrik. Efek fotolistrik eksternal bersifat inersia. Dan teori gelombang tidak dapat menjelaskan ketidakberdayaannya.

3 Persamaan Einstein untuk efek fotolistrik eksternal.

fungsi kerja

Pada tahun 1905, A. Einstein menjelaskan efek fotolistrik berdasarkan konsep kuantum. Menurut Einstein, cahaya tidak hanya dipancarkan oleh kuanta sesuai dengan hipotesis Planck, tetapi menyebar di ruang angkasa dan diserap oleh materi dalam bagian yang terpisah - kuanta dengan energi E0 = hv. Kuanta radiasi elektromagnetik disebut foton.

Persamaan Einstein (hukum kekekalan energi untuk efek foto eksternal):

Energi foton insiden hv dihabiskan untuk menarik elektron dari logam, yaitu, pada fungsi kerja keluar, dan untuk mengkomunikasikan energi kinetik ke fotoelektron yang dipancarkan.

Energi terkecil yang harus diberikan kepada elektron untuk memindahkannya dari benda padat ke ruang hampa disebut fungsi kerja.

Karena energi Ferm menjadi E Ftergantung pada suhu dan E F, juga berubah dengan suhu, maka, oleh karena itu, keluar tergantung suhu.

Selain itu, fungsi kerja sangat sensitif terhadap permukaan akhir. Menerapkan film ke permukaan Sa, SG, Wa) pada Wkeluarberkurang dari 4,5 eV untuk murniW hingga 1,5 jam 2 eV untuk pengotorW.

Persamaan Einstein memungkinkan untuk menjelaskan dalam c e tiga hukum efek foto eksternal,

Hukum 1 : setiap kuantum diserap hanya oleh satu elektron. Oleh karena itu, jumlah fotoelektron yang dikeluarkan harus sebanding dengan intensitas ( F) Sveta

hukum ke-2: Vmax~ dan sejak keluar tidak tergantung pada F, lalu danVmax tidak tergantung pada F

Hukum ke-3: Saat berkurang,Vmax dan untuk = 0 Vmax = 0, oleh karena itu,h 0 = keluar, oleh karena itu, yaitu ada frekuensi minimum, mulai dari mana efek fotolistrik eksternal dimungkinkan.

Radiasi termal tubuh disebut radiasi elektromagnetik yang terjadi karena bagian dari energi internal tubuh, yang terkait dengan gerakan termal partikelnya.

Karakteristik utama radiasi termal benda yang dipanaskan hingga suhu T adalah:

1. Energi kilauR (T ) -jumlah energi yang dipancarkan per satuan waktu per satuan permukaan tubuh, di seluruh rentang panjang gelombang. Tergantung pada suhu, sifat dan keadaan permukaan tubuh yang memancar. Dalam sistem SI R ( T ) memiliki dimensi [W/m 2 ].

2. Kerapatan spektral luminositas energir (  ,T) =dW/ d - jumlah energi yang dipancarkan oleh satu unit permukaan tubuh per unit waktu dalam interval satuan panjang gelombang (mendekati panjang gelombang yang dipertimbangkan ). Itu. kuantitas ini secara numerik sama dengan rasio energi dW dipancarkan per satuan luas per satuan waktu dalam rentang panjang gelombang yang sempit dari  sebelum  +d , dengan lebar interval ini. Itu tergantung pada suhu tubuh, panjang gelombang, dan juga pada sifat dan keadaan permukaan tubuh yang memancar. Dalam sistem SI r( , T) memiliki dimensi [W/m 3 ].

luminositas energi R(T) terkait dengan kerapatan spektral luminositas energi r( , T) dengan cara berikut:

(1) [W/m2]

3. Semua benda tidak hanya memancarkan, tetapi juga menyerap gelombang elektromagnetik yang terjadi di permukaannya. Untuk menentukan kapasitas penyerapan benda dalam kaitannya dengan gelombang elektromagnetik dari panjang gelombang tertentu, konsep diperkenalkan koefisien penyerapan monokromatik-rasio energi gelombang monokromatik yang diserap oleh permukaan tubuh dengan energi gelombang monokromatik yang datang:

Koefisien serapan monokromatik adalah besaran tak berdimensi yang bergantung pada suhu dan panjang gelombang. Ini menunjukkan berapa fraksi energi gelombang monokromatik yang diserap oleh permukaan tubuh. Nilai ( , T) dapat mengambil nilai dari 0 hingga 1.

Radiasi dalam sistem tertutup adiabatik (tidak bertukar panas dengan lingkungan) disebut kesetimbangan. Jika lubang kecil dibuat di dinding rongga, keadaan kesetimbangan akan sedikit berubah, dan radiasi yang meninggalkan rongga akan sesuai dengan radiasi kesetimbangan.

Jika sinar diarahkan ke lubang seperti itu, maka setelah refleksi dan penyerapan berulang pada dinding rongga, itu tidak akan bisa keluar lagi. Ini berarti bahwa untuk lubang seperti itu, koefisien penyerapan ( , T) = 1.

Rongga tertutup yang dianggap dengan lubang kecil berfungsi sebagai salah satu model tubuh yang benar-benar hitam.

Badan hitam pekatsebuah benda disebut yang menyerap semua insiden radiasi di atasnya, terlepas dari arah radiasi datang, komposisi spektral dan polarisasinya (tanpa memantulkan atau mentransmisikan apa pun).

Untuk benda hitam, kerapatan spektral luminositas energi adalah beberapa fungsi universal dari panjang gelombang dan suhu f( , T) dan tidak tergantung pada sifatnya.

Semua benda di alam sebagian mencerminkan insiden radiasi di permukaannya dan oleh karena itu bukan milik benda hitam mutlak. Jika koefisien serapan monokromatik suatu benda sama untuk semua panjang gelombang dan kurangunit(( , T) = =konst<1),maka tubuh seperti itu disebut Abu-abu. Koefisien penyerapan monokromatik benda abu-abu hanya bergantung pada suhu benda, sifatnya dan keadaan permukaannya.

Kirchhoff menunjukkan bahwa untuk semua benda, terlepas dari sifatnya, rasio kerapatan spektral luminositas energi dengan koefisien penyerapan monokromatik adalah fungsi universal panjang gelombang dan suhu yang sama. f( , T) , yang merupakan kerapatan spektral dari luminositas energi benda hitam :

Persamaan (3) adalah hukum Kirchhoff.

hukum Kirchhoff dapat dirumuskan seperti ini: untuk semua benda sistem yang berada dalam kesetimbangan termodinamika, rasio kerapatan spektral luminositas energi terhadap koefisien Penyerapan monokromatik tidak bergantung pada sifat benda, fungsinya sama untuk semua benda, bergantung pada panjang gelombang dan suhu T

Dari rumus di atas dan (3) jelas bahwa pada suhu tertentu, benda abu-abu yang memiliki koefisien absorpsi besar memancar lebih kuat, dan benda hitam mutlak memancar paling kuat. Karena untuk tubuh yang benar-benar hitam(  , T)=1, maka rumus (3) menyiratkan bahwa fungsi universal f( , T) adalah kerapatan spektral dari luminositas energi benda hitam

Luminositas energi tubuh- - besaran fisika yang merupakan fungsi suhu dan secara numerik sama dengan energi yang dipancarkan oleh tubuh per satuan waktu per satuan luas permukaan ke segala arah dan di seluruh spektrum frekuensi. J/s m²=W/m²

Kerapatan spektral luminositas energi- fungsi frekuensi dan suhu yang mencirikan distribusi energi radiasi di seluruh spektrum frekuensi (atau panjang gelombang). , Fungsi serupa juga dapat ditulis dalam panjang gelombang

Dapat dibuktikan bahwa kerapatan spektral luminositas energi, yang dinyatakan dalam frekuensi dan panjang gelombang, dihubungkan oleh hubungan:

Badan hitam pekat- idealisasi fisik yang digunakan dalam termodinamika, benda yang menyerap semua radiasi elektromagnetik yang jatuh padanya dalam semua rentang dan tidak memantulkan apa pun. Terlepas dari namanya, benda hitam itu sendiri dapat memancarkan radiasi elektromagnetik dari frekuensi apa pun dan secara visual memiliki warna. Spektrum radiasi benda hitam hanya ditentukan oleh suhunya.

Pentingnya benda hitam dalam pertanyaan tentang spektrum radiasi termal dari setiap benda (abu-abu dan berwarna) secara umum, selain menjadi kasus non-sepele yang paling sederhana, juga dalam kenyataan bahwa pertanyaan tentang spektrum kesetimbangan radiasi termal benda dengan warna apa pun dan koefisien refleksi dikurangi dengan metode termodinamika klasik menjadi pertanyaan tentang radiasi dari benda yang benar-benar hitam (dan secara historis ini sudah dilakukan pada akhir abad ke-19, ketika masalah radiasi dari tubuh yang benar-benar hitam muncul ke depan).

Benda hitam mutlak tidak ada di alam, oleh karena itu, dalam fisika, model digunakan untuk eksperimen. Ini adalah rongga tertutup dengan lubang kecil. Cahaya yang masuk melalui lubang ini akan sepenuhnya diserap setelah pemantulan berulang, dan lubang akan terlihat benar-benar hitam dari luar. Tetapi ketika rongga ini dipanaskan, ia akan memiliki radiasi yang terlihat sendiri. Karena radiasi yang dipancarkan oleh dinding bagian dalam rongga, sebelum keluar (setelah semua, lubangnya sangat kecil), dalam sebagian besar kasus, ia akan mengalami sejumlah besar penyerapan dan radiasi baru, dapat dikatakan dengan kepastian bahwa radiasi di dalam rongga berada dalam kesetimbangan termodinamika dengan dinding. (Faktanya, lubang untuk model ini sama sekali tidak penting, hanya diperlukan untuk menekankan kemampuan observasi mendasar dari radiasi di dalamnya; lubang dapat, misalnya, ditutup sepenuhnya, dan dibuka dengan cepat hanya ketika keseimbangan telah tercapai. ditetapkan dan pengukuran sedang dilakukan).

2. Hukum radiasi Kirchhoff adalah hukum fisika yang ditetapkan oleh fisikawan Jerman Kirchhoff pada tahun 1859. Dalam formulasi modern, hukum tersebut berbunyi sebagai berikut: Rasio emisivitas benda apa pun terhadap kapasitas penyerapannya adalah sama untuk semua benda pada suhu tertentu untuk frekuensi tertentu dan tidak bergantung pada bentuk, komposisi kimia, dll.

Diketahui bahwa ketika radiasi elektromagnetik jatuh pada benda tertentu, sebagian dipantulkan, sebagian diserap, dan sebagian dapat diteruskan. Fraksi radiasi yang diserap pada frekuensi tertentu disebut kapasitas penyerapan tubuh . Di sisi lain, setiap benda yang dipanaskan memancarkan energi menurut hukum tertentu, yang disebut emisivitas tubuh.

Nilai dan dapat sangat bervariasi ketika berpindah dari satu benda ke benda lain, namun menurut hukum radiasi Kirchhoff, rasio kemampuan memancarkan dan menyerap tidak tergantung pada sifat tubuh dan merupakan fungsi frekuensi universal ( panjang gelombang) dan suhu:

Menurut definisi, benda yang benar-benar hitam menyerap semua radiasi yang jatuh di atasnya, yaitu untuk itu. Oleh karena itu, fungsinya bertepatan dengan emisivitas benda yang benar-benar hitam, yang dijelaskan oleh hukum Stefan-Boltzmann, sebagai akibatnya emisivitas benda apa pun dapat ditemukan hanya berdasarkan kapasitas penyerapannya.

Hukum Stefan-Boltzmann- hukum radiasi benda yang benar-benar hitam. Menentukan ketergantungan daya radiasi benda yang benar-benar hitam pada suhunya. Kata-kata hukumnya: Daya radiasi benda yang benar-benar hitam berbanding lurus dengan luas permukaan dan pangkat empat suhu tubuh: P = Sεσ T 4 , di mana adalah derajat emisivitas (untuk semua zat< 1, для абсолютно черного тела ε = 1).

Menggunakan hukum Planck untuk radiasi, konstanta dapat didefinisikan sebagai di mana adalah konstanta Planck, k adalah konstanta Boltzmann, c adalah kecepatan cahaya.

Nilai numerik J s 1 m 2 K 4 .

Fisikawan Jerman W. Wien (1864-1928), mengandalkan hukum termo- dan elektrodinamika, menetapkan ketergantungan panjang gelombang l max yang sesuai dengan fungsi maksimum r , T , suhu T. Berdasarkan hukum perpindahan Wien,l maks \u003d b / T

yaitu panjang gelombang l max sesuai dengan nilai maksimum kerapatan spektral luminositas energi r l , T benda hitam berbanding terbalik dengan suhu termodinamikanya, b- Konstanta Wien: nilai eksperimennya adalah 2,9 10 -3 m K. Oleh karena itu, ekspresi (199,2) disebut hukum bias Kesalahannya adalah menunjukkan perpindahan posisi maksimum fungsi r l , T ketika suhu meningkat ke daerah panjang gelombang pendek. Hukum Wien menjelaskan mengapa, saat suhu benda yang dipanaskan menurun, radiasi gelombang panjang mendominasi spektrumnya (misalnya, transisi panas putih menjadi merah ketika logam mendingin).

Terlepas dari kenyataan bahwa hukum Stefan-Boltzmann dan Wien memainkan peran penting dalam teori radiasi termal, mereka adalah hukum tertentu, karena mereka tidak memberikan gambaran umum tentang distribusi energi pada frekuensi pada suhu yang berbeda.

3. Biarkan dinding rongga ini sepenuhnya memantulkan cahaya yang jatuh padanya. Mari kita tempatkan di rongga beberapa tubuh yang akan memancarkan energi cahaya. Medan elektromagnetik akan muncul di dalam rongga dan pada akhirnya akan diisi dengan radiasi yang berada dalam keadaan kesetimbangan termal dengan tubuh. Kesetimbangan juga akan terjadi dalam kasus ketika, dengan cara apa pun, pertukaran panas benda yang diselidiki dengan lingkungannya sepenuhnya dihilangkan (misalnya, kita akan melakukan eksperimen mental ini dalam ruang hampa, ketika tidak ada fenomena konduksi panas dan konveksi). Hanya karena proses emisi dan penyerapan cahaya, keseimbangan pasti akan datang: tubuh yang memancar akan memiliki suhu yang sama dengan suhu radiasi elektromagnetik yang secara isotropik mengisi ruang di dalam rongga, dan setiap bagian permukaan tubuh yang dipilih akan memancarkan sebagai banyak energi per satuan waktu yang diserapnya. Dalam hal ini, kesetimbangan harus terjadi terlepas dari sifat-sifat benda yang ditempatkan di dalam rongga tertutup, yang, bagaimanapun, mempengaruhi waktu yang diperlukan untuk membangun keseimbangan. Kepadatan energi medan elektromagnetik dalam rongga, seperti yang akan ditunjukkan di bawah ini, dalam keadaan setimbang hanya ditentukan oleh suhu.

Untuk mengkarakterisasi radiasi termal kesetimbangan, tidak hanya kerapatan energi volume yang penting, tetapi juga distribusi energi ini pada spektrum. Oleh karena itu, kita akan mengkarakterisasi radiasi kesetimbangan secara isotropik yang mengisi ruang di dalam rongga menggunakan fungsi kamu ω - kerapatan spektral radiasi, yaitu, energi rata-rata dari satuan volume medan elektromagnetik, didistribusikan dalam rentang frekuensi dari hingga + dan terkait dengan nilai interval ini. Jelas nilainya kamu harus sangat bergantung pada suhu, jadi kami menyatakannya kamu(ω, T). Kepadatan energi total kamu(T) terhubung dengan kamu(ω, T) rumus .

Sebenarnya, konsep suhu hanya berlaku untuk radiasi termal kesetimbangan. Pada kesetimbangan, suhu harus tetap konstan. Namun, seringkali konsep suhu juga digunakan untuk mengkarakterisasi benda pijar yang tidak setimbang dengan radiasi. Selain itu, dengan perubahan parameter sistem yang lambat, dimungkinkan dalam setiap periode waktu tertentu untuk mengkarakterisasi suhunya, yang perlahan akan berubah. Jadi, misalnya, jika tidak ada masuknya panas dan radiasi karena penurunan energi benda bercahaya, maka suhunya juga akan turun.

Mari kita buat hubungan antara emisivitas benda hitam dan kerapatan spektral radiasi kesetimbangan. Untuk melakukan ini, kami menghitung insiden fluks energi pada satu area yang terletak di dalam rongga tertutup yang diisi dengan energi elektromagnetik densitas menengah. kamu . Biarkan radiasi jatuh pada satu satuan luas dalam arah yang ditentukan oleh sudut dan (Gbr. 6a) dalam sudut padat dΩ:

Karena radiasi kesetimbangan adalah isotropik, fraksi yang sama dengan energi total yang mengisi rongga merambat dalam sudut padat tertentu. Aliran energi elektromagnetik yang melewati suatu satuan luas per satuan waktu

Mengganti d ekspresi dan integrasi lebih dari di dalam (0, 2π) dan lebih dari di dalam (0, /2), kita memperoleh insiden fluks energi total pada satu satuan luas:

Jelas bahwa di bawah kondisi keseimbangan perlu untuk menyamakan ekspresi (13) dari emisivitas benda yang benar-benar hitam r, yang mencirikan fluks energi yang dipancarkan oleh situs dalam interval frekuensi satuan dekat :

Dengan demikian, ditunjukkan bahwa emisivitas benda yang benar-benar hitam, hingga faktor c/4, bertepatan dengan kerapatan spektral radiasi kesetimbangan. Kesetaraan (14) harus dipenuhi untuk setiap komponen spektral radiasi, oleh karena itu berikut ini bahwa f(ω, T)= kamu(ω, T) (15)

Sebagai kesimpulan, kami menunjukkan bahwa radiasi benda hitam absolut (misalnya, cahaya yang dipancarkan oleh lubang kecil di rongga) tidak lagi berada dalam keseimbangan. Secara khusus, radiasi ini tidak isotropik, karena tidak merambat ke segala arah. Tetapi distribusi energi di atas spektrum untuk radiasi tersebut akan bertepatan dengan kerapatan spektral dari radiasi kesetimbangan yang secara isotropis mengisi ruang di dalam rongga. Hal ini memungkinkan untuk menggunakan relasi (14), yang valid pada suhu berapa pun. Tidak ada sumber cahaya lain yang memiliki distribusi energi serupa di seluruh spektrum. Jadi, misalnya, pelepasan listrik dalam gas atau pancaran di bawah pengaruh reaksi kimia memiliki spektrum yang berbeda secara signifikan dari pancaran benda yang benar-benar hitam. Distribusi energi pada spektrum benda pijar juga sangat berbeda dari pancaran benda hitam, yang lebih tinggi dengan membandingkan spektrum sumber cahaya umum (lampu pijar dengan filamen tungsten) dan benda hitam.

4. Berdasarkan hukum ekipartisi energi terhadap derajat kebebasan: untuk setiap osilasi elektromagnetik, ada energi rata-rata yang ditambahkan dari dua bagian kT. Satu setengah diperkenalkan oleh komponen listrik gelombang, dan setengah lainnya oleh komponen magnetik. Dengan sendirinya, radiasi kesetimbangan dalam rongga dapat direpresentasikan sebagai sistem gelombang berdiri. Jumlah gelombang berdiri dalam ruang tiga dimensi diberikan oleh:

Dalam kasus kami, kecepatan v harus sama dengan c, selain itu, dua gelombang elektromagnetik dengan frekuensi yang sama, tetapi dengan polarisasi yang saling tegak lurus, dapat bergerak dalam arah yang sama, maka (1) selain harus dikalikan dua:

Jadi, Rayleigh dan Jeans, energi diberikan untuk setiap osilasi. Mengalikan (2) dengan , kita memperoleh kerapatan energi yang jatuh pada interval frekuensi dω:

Mengetahui hubungan emisivitas benda yang benar-benar hitam f(ω, T) dengan kerapatan energi kesetimbangan radiasi termal, untuk f(ω, T) kita menemukan: Ekspresi (3) dan (4), disebut Formula Rayleigh-Jeans.

Rumus (3) dan (4) sesuai dengan data eksperimen hanya untuk panjang gelombang yang panjang; pada panjang gelombang yang lebih pendek, kesepakatan dengan eksperimen menyimpang tajam. Selain itu, integrasi (3) di atas dalam kisaran dari 0 hingga untuk kerapatan energi kesetimbangan kamu(T) memberikan nilai yang sangat besar. Hasil ini, disebut bencana ultraviolet, jelas, bertentangan dengan eksperimen: keseimbangan antara radiasi dan benda yang memancar harus ditetapkan pada nilai yang terbatas kamu(T).

bencana ultraviolet- istilah fisik yang menggambarkan paradoks fisika klasik, yang terdiri dari fakta bahwa kekuatan total radiasi termal dari setiap benda yang dipanaskan harus tak terbatas. Nama paradoks ini disebabkan oleh fakta bahwa kerapatan daya spektral radiasi harus meningkat tanpa batas seiring dengan memendeknya panjang gelombang. Intinya, paradoks ini menunjukkan, jika bukan inkonsistensi internal fisika klasik, maka setidaknya perbedaan yang sangat tajam (absurd) dengan pengamatan dan eksperimen dasar.

5. Hipotesis Planck- hipotesis yang diajukan pada 14 Desember 1900 oleh Max Planck dan terdiri dari fakta bahwa selama radiasi termal, energi dipancarkan dan diserap tidak terus menerus, tetapi dalam kuanta (bagian) yang terpisah. Setiap kuantum-bagian tersebut memiliki energi , sebanding dengan frekuensi ν radiasi:

di mana h atau - koefisien proporsionalitas, yang kemudian disebut konstanta Planck. Berdasarkan hipotesis ini, ia mengusulkan penurunan teoretis dari hubungan antara suhu suatu benda dan radiasi yang dipancarkan oleh benda ini - rumus Planck.

rumus planck- ekspresi untuk kepadatan daya spektral radiasi dari benda hitam, yang diperoleh oleh Max Planck. Untuk kerapatan energi radiasi kamu(ω, T):

Rumus Planck diperoleh setelah menjadi jelas bahwa rumus Rayleigh-Jeans secara memuaskan menggambarkan radiasi hanya di daerah gelombang panjang. Untuk menurunkan rumus, Planck pada tahun 1900 membuat asumsi bahwa radiasi elektromagnetik dipancarkan dalam bentuk bagian energi yang terpisah (kuanta), yang besarnya terkait dengan frekuensi radiasi dengan ekspresi:

Koefisien proporsionalitas selanjutnya disebut konstanta Planck, = 1,054 10 27 erg s.

Untuk menjelaskan sifat-sifat radiasi termal, perlu diperkenalkan konsep emisi radiasi elektromagnetik dalam porsi (kuanta). Sifat kuantum radiasi juga dikonfirmasi oleh adanya batas panjang gelombang pendek dari spektrum bremsstrahlung.

Radiasi sinar-X terjadi ketika target padat dibombardir dengan elektron cepat.Di sini, anoda terbuat dari W, Mo, Cu, Pt - logam tahan api berat atau logam konduktivitas termal tinggi. Hanya 1-3% dari energi elektron pergi ke radiasi, sisanya dilepaskan di anoda dalam bentuk panas, sehingga anoda didinginkan dengan air. Begitu berada di bahan anoda, elektron mengalami perlambatan yang kuat dan menjadi sumber gelombang elektromagnetik (sinar-X).

Kecepatan awal elektron ketika mengenai anoda ditentukan oleh rumus:

di mana kamu adalah tegangan percepatan.

> Radiasi yang terlihat hanya diamati selama perlambatan tajam elektron cepat, mulai dari kamu~ 50 kV, sedangkan ( dengan adalah kecepatan cahaya). Dalam akselerator elektron induksi - betatron, elektron memperoleh energi hingga 50 MeV, = 0,99995 dengan. Dengan mengarahkan elektron tersebut ke target padat, kami memperoleh radiasi sinar-X dengan panjang gelombang kecil. Radiasi ini memiliki daya tembus yang tinggi. Menurut elektrodinamika klasik, ketika sebuah elektron melambat, radiasi dari semua panjang gelombang dari nol hingga tak terhingga akan muncul. Panjang gelombang di mana daya radiasi maksimum turun harus berkurang dengan meningkatnya kecepatan elektron. Namun, ada perbedaan mendasar dari teori klasik: distribusi daya nol tidak pergi ke titik asal, tetapi putus pada nilai yang terbatas - ini adalah tepi panjang gelombang pendek dari spektrum sinar-X.

Secara eksperimental telah ditetapkan bahwa

Keberadaan batas panjang gelombang pendek mengikuti langsung dari sifat kuantum radiasi. Memang, jika radiasi muncul karena energi yang hilang oleh elektron selama perlambatan, maka energi kuantum tidak dapat melebihi energi elektron. UE, yaitu , dari sini atau .

Dalam percobaan ini, Anda dapat menentukan konstanta Planck h. Dari semua metode untuk menentukan konstanta Planck, metode yang didasarkan pada pengukuran tepi panjang gelombang pendek dari spektrum bremsstrahlung adalah yang paling akurat.

7. Efek foto- ini adalah emisi elektron suatu zat di bawah aksi cahaya (dan, secara umum, radiasi elektromagnetik apa pun). Dalam zat terkondensasi (padat dan cair), efek fotolistrik eksternal dan internal dibedakan.

Hukum efek fotolistrik:

Susunan kata hukum 1 efek fotolistrik: jumlah elektron yang dikeluarkan oleh cahaya dari permukaan logam per satuan waktu pada frekuensi tertentu berbanding lurus dengan fluks cahaya yang menyinari logam.

Berdasarkan hukum 2 efek fotolistrik, energi kinetik maksimum elektron yang dikeluarkan oleh cahaya meningkat secara linier dengan frekuensi cahaya dan tidak bergantung pada intensitasnya.

hukum 3 efek fotolistrik: untuk setiap zat ada batas merah efek fotolistrik, yaitu frekuensi minimum cahaya 0 (atau panjang gelombang maksimum 0), di mana efek fotolistrik masih mungkin terjadi, dan jika 0, maka efek fotolistrik tidak lagi terjadi.

Penjelasan teoretis dari hukum-hukum ini diberikan pada tahun 1905 oleh Einstein. Menurutnya, radiasi elektromagnetik adalah aliran kuanta individu (foton) dengan energi masing-masing hν, di mana h adalah konstanta Planck. Dengan efek fotolistrik, sebagian dari radiasi elektromagnetik yang datang dipantulkan dari permukaan logam, dan sebagian menembus lapisan permukaan logam dan diserap di sana. Setelah menyerap foton, elektron menerima energi darinya dan, melakukan fungsi kerja, meninggalkan logam: hν = keluar + Kami, di mana Kami- energi kinetik maksimum yang dapat dimiliki elektron ketika terbang keluar dari logam.

Dari hukum kekekalan energi, ketika cahaya direpresentasikan dalam bentuk partikel (foton), rumus Einstein untuk efek fotolistrik berikut: hν = keluar + ek

di mana keluar- disebut. fungsi kerja (energi minimum yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari suatu zat), Ek adalah energi kinetik dari elektron yang dipancarkan (tergantung pada kecepatan, baik energi kinetik partikel relativistik dapat dihitung atau tidak), adalah frekuensi dari foton insiden dengan energi hν, h adalah konstanta Planck.

fungsi kerja- perbedaan antara energi minimum (biasanya diukur dalam volt elektron), yang harus diberikan ke elektron untuk pemindahan "langsung" dari volume padatan, dan energi Fermi.

Batas "Merah" dari efek fotolistrik- frekuensi minimum atau panjang gelombang maksimum maksimal cahaya, di mana efek fotolistrik eksternal masih mungkin, yaitu, energi kinetik awal fotoelektron lebih besar dari nol. Frekuensi hanya bergantung pada fungsi kerja keluaran. keluar elektron: , dimana keluar adalah fungsi kerja untuk fotokatoda tertentu, h adalah konstanta Planck, dan dengan adalah kecepatan cahaya. fungsi kerja keluar tergantung pada bahan fotokatoda dan keadaan permukaannya. Emisi fotoelektron dimulai segera, segera setelah cahaya jatuh pada fotokatoda dengan frekuensi atau panjang gelombang .

Jadi apa itu radiasi termal?

Radiasi termal adalah radiasi elektromagnetik yang terjadi karena energi dari gerak rotasi dan vibrasi atom dan molekul dalam komposisi suatu zat. Radiasi termal adalah karakteristik dari semua benda yang memiliki suhu melebihi suhu nol mutlak.

Radiasi termal tubuh manusia termasuk dalam rentang gelombang elektromagnetik inframerah. Untuk pertama kalinya radiasi seperti itu ditemukan oleh astronom Inggris William Herschel. Pada tahun 1865, fisikawan Inggris J. Maxwell membuktikan bahwa radiasi infra merah memiliki sifat elektromagnetik dan merupakan panjang gelombang 760 nm hingga 1-2 mm. Paling sering, seluruh rentang radiasi IR dibagi menjadi beberapa area: dekat (750 nm-2.500nm), sedang (2.500 nm - 50.000nm) dan jauh (50.000 nm-2.000.000nm).

Pertimbangkan kasus ketika benda A terletak di rongga B, yang dibatasi oleh cangkang C reflektif (kedap radiasi) ideal (Gbr. 1). Sebagai hasil dari beberapa refleksi dari permukaan bagian dalam cangkang, radiasi akan tetap berada di dalam rongga cermin dan sebagian diserap oleh tubuh A. Dalam kondisi seperti itu, rongga sistem B - tubuh A tidak akan kehilangan energi, tetapi hanya kontinu. pertukaran energi akan terjadi antara benda A dengan radiasi yang mengisi rongga B.

Gambar 1. Refleksi ganda gelombang termal dari dinding cermin rongga B

Jika distribusi energi tetap tidak berubah untuk setiap panjang gelombang, maka keadaan sistem seperti itu akan berada dalam kesetimbangan, dan radiasi juga akan berada dalam kesetimbangan. Satu-satunya jenis radiasi kesetimbangan adalah termal. Jika karena alasan tertentu keseimbangan antara radiasi dan benda bergeser, maka proses termodinamika seperti itu mulai terjadi yang akan mengembalikan sistem ke keadaan setimbang. Jika tubuh A mulai memancarkan lebih banyak daripada yang diserapnya, maka tubuh mulai kehilangan energi internal dan suhu tubuh (sebagai ukuran energi internal) akan mulai turun, yang akan mengurangi jumlah energi yang dipancarkan. Suhu tubuh akan turun hingga jumlah energi yang dipancarkan menjadi sama dengan jumlah energi yang diserap tubuh. Dengan demikian, keadaan keseimbangan akan datang.

Radiasi termal kesetimbangan memiliki sifat-sifat berikut: homogen (kerapatan fluks energi yang sama di semua titik rongga), isotropik (kemungkinan arah rambat sama-sama mungkin), tidak terpolarisasi (arah dan nilai vektor listrik dan magnet). bidang di semua titik rongga berubah secara acak).

Karakteristik kuantitatif utama dari radiasi termal adalah:

- luminositas energi - ini adalah jumlah energi radiasi elektromagnetik di seluruh rentang panjang gelombang radiasi termal, yang dipancarkan oleh tubuh ke segala arah dari luas permukaan satuan per satuan waktu: R \u003d E / (S t), [J / (m 2 s)] \u003d [W /m 2 ] Luminositas energi tergantung pada sifat tubuh, suhu tubuh, keadaan permukaan tubuh dan panjang gelombang radiasi.

- kerapatan spektral luminositas energi - luminositas energi benda untuk panjang gelombang tertentu (λ + dλ) pada suhu tertentu (T + dT): R ,T = f(λ, T).

Luminositas suatu benda dalam panjang gelombang tertentu dihitung dengan mengintegrasikan R ,T = f(λ, T) untuk T = const:

- koefisien penyerapan - rasio energi yang diserap oleh tubuh dengan energi yang datang. Jadi, jika radiasi aliran dФ jatuh pada tubuh, maka satu bagian dipantulkan dari permukaan tubuh - dФ neg, bagian lain masuk ke tubuh dan sebagian diubah menjadi panas d menyerap, dan bagian ketiga, setelah beberapa refleksi internal, melewati tubuh ke luar dФ pr : = dФ menyerap /dФ jatuh.

Koefisien penyerapan tergantung pada sifat benda penyerap, panjang gelombang radiasi yang diserap, suhu dan keadaan permukaan benda.

- koefisien penyerapan monokromatik- koefisien penyerapan radiasi termal dari panjang gelombang tertentu pada suhu tertentu: ,T = f(λ,T)

Di antara benda-benda ada benda-benda seperti itu yang dapat menyerap semua radiasi termal dari panjang gelombang apa pun yang jatuh padanya. Benda penyerap sempurna seperti itu disebut tubuh yang benar-benar hitam. Bagi mereka =1.

Ada juga tubuh abu-abu yang<1, но одинаковый для всех длин волн инфракрасного диапазона.

Model benda hitam adalah bukaan rongga kecil dengan cangkang tahan panas. Diameter lubang tidak lebih dari 0,1 diameter rongga. Pada suhu konstan, beberapa energi dipancarkan dari lubang, sesuai dengan luminositas energi dari benda yang benar-benar hitam. Tapi ABB adalah sebuah idealisasi. Tetapi hukum radiasi termal benda hitam membantu mendekati pola nyata.

2. Hukum radiasi termal

1. Hukum Kirchhoff. Radiasi termal adalah keseimbangan - berapa banyak energi yang dipancarkan oleh tubuh, begitu banyak yang diserap olehnya. Untuk tiga benda dalam rongga tertutup, kita dapat menulis:

Rasio yang ditunjukkan akan benar bahkan ketika salah satu bodi adalah AF:

Karena untuk benda hitam T .
Ini adalah hukum Kirchhoff: rasio kerapatan spektral luminositas energi suatu benda dengan koefisien penyerapan monokromatiknya (pada suhu tertentu dan untuk panjang gelombang tertentu) tidak bergantung pada sifat benda dan sama untuk semua benda kerapatan spektral luminositas energi pada suhu dan panjang gelombang yang sama.

Konsekuensi dari hukum Kirchhoff:
1. Luminositas energi spektral benda hitam adalah fungsi universal dari panjang gelombang dan suhu tubuh.
2. Luminositas energi spektral benda hitam adalah yang terbesar.
3. Luminositas energi spektral dari benda sewenang-wenang sama dengan produk dari koefisien penyerapannya dan luminositas energi spektral dari benda yang benar-benar hitam.
4. Setiap benda pada suhu tertentu memancarkan gelombang dengan panjang gelombang yang sama dengan yang dipancarkannya pada suhu tertentu.

Sebuah studi sistematis spektrum sejumlah elemen memungkinkan Kirchhoff dan Bunsen untuk membangun hubungan yang jelas antara penyerapan dan spektrum emisi gas dan individualitas atom yang sesuai. Jadi itu diusulkan analisis spektral, yang dapat digunakan untuk mendeteksi zat yang konsentrasinya 0,1 nm.

Distribusi kerapatan spektral luminositas energi untuk benda hitam, benda abu-abu, benda arbitrer. Kurva terakhir memiliki beberapa maxima dan minima, yang menunjukkan selektivitas radiasi dan penyerapan benda tersebut.

2. Hukum Stefan-Boltzmann.
Pada tahun 1879, ilmuwan Austria Josef Stefan (secara eksperimental untuk benda sembarang) dan Ludwig Boltzmann (secara teoritis untuk benda hitam) menetapkan bahwa luminositas energi total pada seluruh rentang panjang gelombang sebanding dengan pangkat empat dari suhu tubuh absolut:

3. Hukum anggur.
Fisikawan Jerman Wilhelm Wien pada tahun 1893 merumuskan hukum yang menentukan posisi kerapatan spektral maksimum dari luminositas energi suatu benda dalam spektrum radiasi benda hitam tergantung pada suhu. Menurut hukum, panjang gelombang max , yang menyumbang kerapatan spektral maksimum dari luminositas energi benda hitam, berbanding terbalik dengan suhu absolutnya T: max \u003d w / t, di mana w \u003d 2.9 * 10 - 3 m K adalah konstanta Wien.

Jadi, dengan meningkatnya suhu, tidak hanya energi radiasi total yang berubah, tetapi juga bentuk kurva distribusi kerapatan spektral luminositas energi. Kerapatan spektral maksimum bergeser ke arah panjang gelombang yang lebih pendek dengan meningkatnya suhu. Oleh karena itu, hukum Wien disebut hukum perpindahan.

Hukum Wien berlaku dalam pirometri optik- metode untuk menentukan suhu dari spektrum emisi benda yang sangat panas yang jauh dari pengamat. Dengan metode inilah suhu Matahari ditentukan untuk pertama kalinya (untuk 470nm T = 6160K).

Hukum yang disajikan tidak memungkinkan untuk secara teoritis menemukan persamaan untuk distribusi kerapatan spektral luminositas energi pada panjang gelombang. Karya Rayleigh dan Jeans, di mana para ilmuwan mempelajari komposisi spektral radiasi benda hitam berdasarkan hukum fisika klasik, menyebabkan kesulitan mendasar yang disebut bencana ultraviolet. Dalam kisaran gelombang UV, luminositas energi benda hitam seharusnya mencapai tak terhingga, meskipun dalam eksperimen menurun hingga nol. Hasil ini bertentangan dengan hukum kekekalan energi.

4. Teori Planck. Seorang ilmuwan Jerman pada tahun 1900 mengajukan hipotesis bahwa benda tidak memancarkan terus menerus, tetapi dalam bagian yang terpisah - kuanta. Energi kuantum sebanding dengan frekuensi radiasi: E = hν = h·c/λ, di mana h = 6,63*10 -34 J·s adalah konstanta Planck.

Dipandu oleh konsep radiasi kuantum benda hitam, ia memperoleh persamaan untuk kerapatan spektral luminositas energi benda hitam:

Rumus ini sesuai dengan data eksperimen pada seluruh rentang panjang gelombang pada semua suhu.

Matahari adalah sumber utama radiasi termal di alam. Radiasi matahari menempati berbagai panjang gelombang: dari 0,1 nm hingga 10 m atau lebih. 99% energi matahari berada dalam kisaran 280 hingga 6000 nm. Di pegunungan, dari 800 hingga 1000 W / m 2 jatuh per satuan luas permukaan bumi. Satu dua miliar panas mencapai permukaan bumi - 9,23 J / cm 2. Untuk kisaran radiasi termal dari 6000 hingga 500000 nm menyumbang 0,4% dari energi Matahari. Di atmosfer bumi, sebagian besar radiasi inframerah diserap oleh molekul air, oksigen, nitrogen, karbon dioksida. Jangkauan radio juga sebagian besar diserap oleh atmosfer.

Jumlah energi yang dibawa sinar matahari dalam 1 s ke area seluas 1 sq.m, terletak di luar atmosfer bumi pada ketinggian 82 km tegak lurus sinar matahari, disebut konstanta matahari. Itu sama dengan 1,4 * 10 3 W / m 2.

Distribusi spektral kerapatan fluks normal radiasi matahari bertepatan dengan untuk benda hitam pada suhu 6000 derajat. Oleh karena itu, Matahari dalam kaitannya dengan radiasi termal adalah benda hitam.

3. Radiasi tubuh nyata dan tubuh manusia

Radiasi termal dari permukaan tubuh manusia memainkan peran penting dalam perpindahan panas. Ada metode perpindahan panas seperti: konduktivitas termal (konduksi), konveksi, radiasi, penguapan. Tergantung pada kondisi di mana seseorang menemukan dirinya, masing-masing metode ini dapat menjadi dominan (misalnya, pada suhu lingkungan yang sangat tinggi, peran utama adalah penguapan, dan dalam air dingin - konduksi, dan suhu air 15 derajat adalah lingkungan yang mematikan bagi orang telanjang, dan setelah 2-4 jam pingsan dan kematian terjadi karena hipotermia otak). Bagian radiasi dalam perpindahan panas total bisa dari 75 hingga 25%. Dalam kondisi normal, sekitar 50% pada istirahat fisiologis.

Radiasi termal, yang berperan dalam kehidupan organisme hidup, dibagi menjadi gelombang pendek (dari 0,3 hingga 3 m) dan gelombang panjang (dari 5 hingga 100 mikron). Sumber radiasi gelombang pendek adalah Matahari dan nyala api terbuka, dan organisme hidup secara eksklusif menerima radiasi tersebut. Radiasi gelombang panjang dipancarkan dan diserap oleh organisme hidup.

Nilai koefisien penyerapan tergantung pada rasio suhu medium dan tubuh, area interaksinya, orientasi area ini, dan untuk radiasi gelombang pendek - pada warna permukaan. Jadi pada orang kulit hitam hanya 18% radiasi gelombang pendek yang dipantulkan, sedangkan pada orang kulit putih sekitar 40% (kemungkinan besar, warna kulit orang kulit hitam dalam evolusi tidak berhubungan dengan perpindahan panas). Untuk radiasi panjang gelombang panjang, koefisien absorpsi mendekati 1.

Perhitungan perpindahan panas oleh radiasi adalah tugas yang sangat sulit. Untuk benda nyata, hukum Stefan-Boltzmann tidak dapat digunakan, karena mereka memiliki ketergantungan luminositas energi yang lebih kompleks pada suhu. Ternyata itu tergantung pada suhu, sifat tubuh, bentuk tubuh dan keadaan permukaannya. Dengan perubahan suhu, koefisien dan eksponen suhu berubah. Permukaan tubuh manusia memiliki konfigurasi yang kompleks, seseorang memakai pakaian yang mengubah radiasi, prosesnya dipengaruhi oleh postur di mana orang tersebut berada.

Untuk benda abu-abu, daya radiasi di seluruh rentang ditentukan oleh rumus: P = s.t. T 4 S Mengingat benda nyata (kulit manusia, kain pakaian) dekat dengan benda abu-abu dengan pendekatan tertentu, kita dapat menemukan rumus untuk menghitung daya radiasi benda nyata pada suhu tertentu: P = T 4 S suhu tubuh yang memancar dan lingkungan: P = (T 1 4 - T 2 4) S
Ada fitur kepadatan spektral dari luminositas energi benda nyata: pada 310 Ke, yang sesuai dengan suhu rata-rata tubuh manusia, radiasi termal maksimum jatuh pada 9700 nm. Setiap perubahan suhu tubuh menyebabkan perubahan kekuatan radiasi termal dari permukaan tubuh (0,1 derajat sudah cukup). Oleh karena itu, studi tentang area kulit yang terkait dengan organ tertentu melalui sistem saraf pusat membantu mengidentifikasi penyakit, akibatnya suhu berubah cukup signifikan ( termografi zona Zakharyin-Ged).

Metode pijat non-kontak yang menarik dengan biofield manusia (Juna Davitashvili). Kekuatan radiasi termal telapak tangan 0,1 sel, dan sensitivitas termal kulit adalah 0,0001 W / cm 2. Jika Anda bertindak pada zona yang disebutkan di atas, Anda dapat secara refleks merangsang kerja organ-organ ini.

4. Efek biologis dan terapeutik dari panas dan dingin

Tubuh manusia secara konstan memancarkan dan menyerap radiasi panas. Proses ini tergantung pada suhu tubuh manusia dan lingkungan. Radiasi IR maksimum tubuh manusia jatuh pada 9300nm.

Pada iradiasi dosis rendah dan menengah dengan sinar inframerah, proses metabolisme ditingkatkan dan reaksi enzimatik, proses regenerasi dan perbaikan dipercepat.

Sebagai hasil dari aksi sinar inframerah dan radiasi tampak, zat aktif biologis terbentuk di jaringan (bradikinin, kalidin, histamin, asetilkolin, terutama zat vasomotor yang berperan dalam implementasi dan pengaturan aliran darah lokal).

Sebagai hasil dari aksi sinar IR, termoreseptor diaktifkan di kulit, informasi dari mana memasuki hipotalamus, akibatnya pembuluh kulit melebar, volume darah yang bersirkulasi di dalamnya meningkat, dan keringat meningkat.

Kedalaman penetrasi sinar inframerah tergantung pada panjang gelombang, kadar air kulit, derajat pigmentasi, dll.

Eritema merah muncul pada kulit manusia di bawah aksi sinar inframerah.

Ini digunakan dalam praktik klinis untuk mempengaruhi hemodinamik lokal dan umum, meningkatkan keringat, mengendurkan otot, mengurangi rasa sakit, mempercepat resorpsi hematoma, infiltrat, dll.

Dalam kondisi hipertermia, efek antitumor dari terapi radiasi - termoradioterapi - ditingkatkan.

Indikasi utama untuk penggunaan terapi inframerah: proses inflamasi akut non-purulen, luka bakar dan radang dingin, proses inflamasi kronis, borok, kontraktur, adhesi, cedera sendi, ligamen dan otot, miositis, mialgia, neuralgia. Kontraindikasi utama: tumor, peradangan bernanah, perdarahan, kegagalan peredaran darah.

Dingin digunakan untuk menghentikan pendarahan, menghilangkan rasa sakit, dan mengobati penyakit kulit tertentu. Pengerasan menyebabkan umur panjang.

Di bawah pengaruh dingin, detak jantung dan tekanan darah menurun, dan reaksi refleks terhambat.

Dalam dosis tertentu, dingin merangsang penyembuhan luka bakar, luka bernanah, borok trofik, erosi, dan konjungtivitis.

Kriobiologi- mempelajari proses yang terjadi dalam sel, jaringan, organ dan tubuh di bawah pengaruh suhu non-fisiologis yang rendah.

Digunakan dalam pengobatan cryoterapi dan hipertermia. Cryotherapy mencakup metode berdasarkan pendinginan jaringan dan organ secara tertutup. Cryosurgery (bagian dari cryotherapy) menggunakan pembekuan jaringan lokal untuk menghilangkannya (bagian dari amandel. Jika semua - cryotonsilectomy. Tumor dapat diangkat, misalnya, kulit, leher rahim, dll.) Cryoextraction berdasarkan cryoadhesion (pelekatan basah tubuh ke pisau bedah beku ) - pemisahan dari organ bagian.

Dengan hipertermia, dimungkinkan untuk mempertahankan fungsi organ in vivo untuk beberapa waktu. Hipotermia dengan bantuan anestesi digunakan untuk menjaga fungsi organ dengan tidak adanya suplai darah, karena metabolisme dalam jaringan melambat. Jaringan menjadi resisten terhadap hipoksia. Terapkan anestesi dingin.

Pengaruh panas dilakukan dengan menggunakan lampu pijar (lampu minin, solux, light-thermal bath, lampu IR-ray) menggunakan media fisik dengan kapasitas panas tinggi, konduktivitas termal yang buruk dan kemampuan menahan panas yang baik: lumpur, parafin, ozocerite, naftalena, dll.

5. Fondasi fisik termografi. Pencitra termal

Termografi, atau pencitraan termal, adalah metode diagnostik fungsional berdasarkan pendaftaran radiasi inframerah dari tubuh manusia.

Termografi ada 2 macam :

- kontak termografi kolesterik: metode ini menggunakan sifat optik kristal cair kolesterik (campuran multikomponen ester dan turunan kolesterol lainnya). Zat semacam itu secara selektif mencerminkan panjang gelombang yang berbeda, yang memungkinkan untuk memperoleh gambar medan termal permukaan tubuh manusia pada film zat ini. Aliran cahaya putih diarahkan ke film. Panjang gelombang yang berbeda mencerminkan berbeda dari film tergantung pada suhu permukaan di mana kolesterik disimpan.

Di bawah pengaruh suhu, penderita kolesterik dapat berubah warna dari merah menjadi ungu. Akibatnya, gambar warna medan termal tubuh manusia terbentuk, yang mudah diuraikan, mengetahui ketergantungan suhu-warna. Ada cholesterics yang memungkinkan Anda untuk memperbaiki perbedaan suhu 0,1 derajat. Jadi, dimungkinkan untuk menentukan batas-batas proses inflamasi, fokus infiltrasi inflamasi pada berbagai tahap perkembangannya.

Dalam onkologi, termografi memungkinkan untuk mendeteksi node metastasis dengan diameter 1,5-2 mm di kelenjar susu, kulit, kelenjar tiroid; dalam ortopedi dan traumatologi, evaluasi suplai darah ke setiap segmen ekstremitas, misalnya, sebelum amputasi, antisipasi kedalaman luka bakar, dll.; dalam kardiologi dan angiologi untuk mengungkapkan pelanggaran fungsi normal sistem kardiovaskular, gangguan peredaran darah jika terjadi penyakit getaran, peradangan dan penyumbatan pembuluh darah; varises, dll .; dalam bedah saraf, tentukan lokasi fokus kerusakan konduksi saraf, konfirmasi lokasi neuroparalisis yang disebabkan oleh apoplexy; dalam kebidanan dan ginekologi untuk menentukan kehamilan, lokalisasi tempat anak; mendiagnosis berbagai proses inflamasi.

- Teletermografi - didasarkan pada transformasi radiasi infra merah tubuh manusia menjadi sinyal listrik yang direkam pada layar pencitra termal atau alat perekam lainnya. Metodenya adalah non-kontak.

Radiasi IR dirasakan oleh sistem cermin, setelah itu sinar IR diarahkan ke penerima gelombang IR, yang bagian utamanya adalah detektor (fotoresistensi, bolometer logam atau semikonduktor, termoelemen, indikator fotokimia, konverter elektron-optik, piezoelektrik detektor, dll).

Sinyal listrik dari penerima ditransmisikan ke amplifier, dan kemudian ke perangkat kontrol, yang berfungsi untuk menggerakkan cermin (pemindaian objek), memanaskan sumber cahaya titik TIS (sebanding dengan radiasi termal), dan memindahkan film. Setiap kali film disinari dengan TIS sesuai dengan suhu tubuh di lokasi penelitian.

Setelah perangkat kontrol, sinyal dapat ditransmisikan ke sistem komputer dengan tampilan. Ini memungkinkan menghafal termogram dan memprosesnya dengan bantuan program analitis. Peluang tambahan disediakan oleh pencitra termal warna (warna yang mendekati suhu harus ditandai dengan warna yang kontras), dan isoterm dapat digambarkan.

Banyak perusahaan baru-baru ini menyadari fakta bahwa kadang-kadang cukup sulit untuk "menjangkau" klien potensial, bidang informasinya begitu sarat dengan berbagai jenis pesan iklan sehingga mereka tidak lagi dianggap.
Penjualan telepon aktif menjadi salah satu cara paling efektif untuk meningkatkan penjualan dalam waktu singkat. Panggilan dingin ditujukan untuk menarik pelanggan yang sebelumnya belum pernah melamar suatu produk atau layanan, tetapi untuk sejumlah faktor adalah pelanggan potensial. Setelah memutar nomor telepon, manajer penjualan yang aktif harus memahami dengan jelas tujuan dari panggilan dingin tersebut. Bagaimanapun, percakapan telepon membutuhkan keterampilan dan kesabaran khusus dari manajer penjualan, serta pengetahuan tentang teknik dan metodologi negosiasi.

.

EMISI DAN PENYERAPAN ENERGI

ATOM DAN MOLEKUL

PERTANYAAN UNTUK PELAJARAN TENTANG TOPIK:

1. Radiasi termal. Karakteristik utamanya: fluks radiasi , luminositas energi (intensitas) R, kerapatan spektral luminositas energi r ; koefisien absorpsi , koefisien absorpsi monokromatik . Tubuh yang benar-benar hitam. hukum Kirchhoff.

2. Spektrum radiasi termal dari ACh.T. (jadwal). Sifat kuantum radiasi termal (hipotesis Planck; tidak perlu mengingat rumus untuk ). Ketergantungan spektrum A.Ch.T. pada suhu (grafik). Hukum Anggur. Hukum Stefan-Boltzmann untuk a.ch.t. (tanpa keluaran) dan untuk badan lainnya.

3. Struktur kulit elektron atom. Tingkat energi. Emisi energi selama transisi antara tingkat energi. rumus Bohr ( untuk frekuensi dan panjang gelombang). Spektrum atom. Spektrum atom hidrogen Seri spektral. Konsep umum spektrum molekul dan media terkondensasi (cairan, padatan). Konsep analisis spektral dan penggunaannya dalam kedokteran.

4. Pendaran. Jenis luminesensi. Fluoresensi dan fosforesensi. Peran tingkat metastabil. Spektrum luminesensi. aturan Stokes. Analisis luminescent dan penggunaannya dalam pengobatan.

5. Hukum penyerapan cahaya (hukum Bouguer; kesimpulan). Transmisi dan kepadatan optik D. Penentuan konsentrasi larutan dengan penyerapan cahaya.

Pekerjaan laboratorium: "menembak spektrum serapan dan menentukan konsentrasi larutan menggunakan fotoelektrokolorimeter."

LITERATUR:

Wajib: A.N. Remizov. "Fisika medis dan biologi", M., "Sekolah Tinggi", 1996, ch. 27, 1-3; bab.29, 1,2

• tambahan: Emisi dan penyerapan energi oleh atom dan molekul, kuliah, risograph, ed. departemen, 2002

DEFINISI DAN FORMULA DASAR

1. Radiasi termal

Semua benda, bahkan tanpa pengaruh eksternal, memancarkan gelombang elektromagnetik. Sumber energi untuk radiasi ini adalah gerakan termal partikel-partikel yang membentuk tubuh, sehingga disebut radiasi termal. Pada suhu tinggi (orde 1000 K atau lebih) radiasi ini sebagian jatuh ke dalam kisaran cahaya tampak, pada suhu rendah sinar infra merah dipancarkan, dan pada suhu yang sangat rendah gelombang radio dipancarkan.

Fluks radiasi - Ini kekuatan radiasi yang dipancarkan oleh sumber, atau energi radiasi yang dipancarkan per satuan waktu: F \u003d P \u003d; satuan aliran - watt.

luminositas energi R - Ini fluks radiasi yang dipancarkan dari permukaan unit tubuh: ; satuan luminositas energi - w.m –2 .

Kerapatan spektral luminositas energi r λ - Ini rasio luminositas energi tubuh dalam interval kecil panjang gelombang (ΔR λ ) dengan nilai interval ini λ:

Dimensi r – w.m - 3

Tubuh yang benar-benar hitam (a.ch.t.) disebut t pohon itusepenuhnya menyerap radiasi insiden. Tidak ada tubuh seperti itu di alam, tetapi model yang baik dari A.Ch.T. adalah lubang kecil dalam rongga tertutup.

Kemampuan tubuh untuk menyerap radiasi datang mencirikan: koefisien penyerapan α , yaitu rasio fluks radiasi yang diserap dengan kejadian satu: .

Koefisien penyerapan monokromatik adalah nilai koefisien penyerapan, diukur dalam interval spektral sempit di sekitar nilai tertentu.

Hukum Kirchhoff: pada suhu konstan, rasio kerapatan spektral luminositas energi pada panjang gelombang tertentu dengan koefisien penyerapan monokromatik pada panjang gelombang yang sama sama untuk semua badan dan sama dengan kerapatan spektral luminositas energi A.Ch.T. pada panjang gelombang ini:

(kadang-kadang r A.Ch.T menunjukkan )

Benda hitam menyerap dan memancarkan radiasi semua panjang gelombang, Itu sebabnya spektrum A.C.T selalu padat. Jenis spektrum ini tergantung pada suhu tubuh. Dengan meningkatnya suhu, pertama, luminositas energi meningkat secara signifikan; Kedua, panjang gelombang yang sesuai dengan emisi maksimum(λ maksimal ) , bergeser ke arah panjang gelombang yang lebih pendek :, dimana b 29090 m.K -1 ( hukum Wien).

Hukum Stefan-Boltzmann: luminositas energi dari a.ch.t. sebanding dengan kekuatan keempat suhu tubuh pada skala Kelvin: R = T 4

2. Emisi energi oleh atom dan molekul

Seperti diketahui, dalam kulit elektron atom, energi elektron hanya dapat mengambil nilai yang ditentukan secara ketat, karakteristik untuk atom tertentu. Dengan kata lain, mereka mengatakan Sebuah elektron hanya dapat ditempatkan padatingkat energi. Ketika sebuah elektron berada pada tingkat energi tertentu, ia tidak mengubah energinya, yaitu, ia tidak menyerap atau memancarkan cahaya. Saat berpindah dari satu level ke level lainnya energi elektron berubah, dan pada saat yang sama diserap atau dipancarkankuantum cahaya (foton).Energi kuantum sama dengan perbedaan energi antara tingkat di mana transisi terjadi: E QUANTUM = hν = E n – E m di mana n dan m adalah angka tingkat (rumus Bohr).

Transisi elektron antara tingkat yang berbedaterjadi dengan kemungkinan yang berbeda. Dalam beberapa kasus, probabilitas transisi sangat mendekati nol; garis spektral yang sesuai tidak diamati dalam kondisi normal. Transisi semacam itu disebut dilarang.

Dalam banyak kasus, energi elektron tidak dapat diubah menjadi energi kuantum, tetapi dapat diubah menjadi energi gerakan termal atom atau molekul. Transisi semacam itu disebut non-radiatif.

Selain probabilitas transisi, kecerahan garis spektral berbanding lurus dengan jumlah atom dari zat yang memancarkan. Ketergantungan ini mendasari analisis spektral kuantitatif.
3. Pendaran

Pendaran hubungi siapapun bukan radiasi termal. Sumber energi untuk radiasi ini bisa berbeda, masing-masing, mereka berbicara tentang berbagai jenis luminesensi. Yang paling penting dari mereka adalah: chemiluminescence- cahaya yang terjadi selama reaksi kimia tertentu; bioluminesensi adalah chemiluminescence pada organisme hidup; katodoluminesensi - bersinar di bawah pengaruh aliran elektron, yang digunakan dalam kineskop TV, tabung sinar katoda, lampu lampu gas, dll.; elektroluminesensi- cahaya yang terjadi di medan listrik (paling sering di semikonduktor). Jenis pendaran yang paling menarik adalah fotoluminesensi. Ini adalah proses di mana atom atau molekul menyerap cahaya (atau radiasi UV) dalam satu rentang panjang gelombang, dan memancarkan yang lain (misalnya, mereka menyerap sinar biru dan memancarkan sinar kuning). Dalam hal ini, zat menyerap kuanta dengan energi yang relatif tinggi hν 0 (dengan panjang gelombang kecil). Selanjutnya, elektron mungkin tidak segera kembali ke permukaan dasar, tetapi pertama-tama pergi ke tingkat menengah, dan kemudian ke tingkat dasar (mungkin ada beberapa tingkat menengah). Dalam kebanyakan kasus, beberapa transisi adalah non-radiatif, yaitu, energi elektron diubah menjadi energi gerak termal. Oleh karena itu, energi foton yang dipancarkan selama pendaran akan lebih kecil daripada energi foton yang diserap. Panjang gelombang cahaya yang dipancarkan harus lebih besar dari panjang gelombang cahaya yang diserap. Jika kita merumuskan apa yang telah dikatakan dalam bentuk umum, kita mendapatkan hukum Stoke : spektrum pendaran digeser ke arah panjang gelombang yang lebih panjang relatif terhadap spektrum radiasi yang menyebabkan pendaran.

Zat bercahaya terdiri dari dua jenis. Dalam beberapa, cahaya berhenti hampir seketika setelah mematikan lampu yang menarik. Seperti jangka pendek bersinar disebut fluoresensi.

Pada zat jenis lain, setelah lampu eksitasi dimatikan, cahaya memudar bertahap(menurut hukum eksponensial). Seperti berkepanjangan bersinar disebut pendar. Alasan untuk pancaran panjang adalah karena atom atau molekul zat tersebut mengandung tingkat metastabil.Metastabil Tingkat energi ini disebut di mana elektron dapat bertahan lebih lama dari pada tingkat biasa. Oleh karena itu, durasi pendar bisa menit, jam, dan bahkan berhari-hari.
4. Hukum penyerapan cahaya (hukum Bouguer)

Ketika fluks radiasi melewati suatu zat, ia kehilangan sebagian energinya (energi yang diserap diubah menjadi panas). Hukum penyerapan cahaya disebut Hukum Booger: F = F 0 e – κ λ · L ,

di mana 0 adalah aliran datang, adalah aliran yang melewati lapisan materi dengan ketebalan L; koefisien disebut alami tingkat penyerapan ( nilainya tergantung pada panjang gelombang) . Untuk perhitungan praktis, mereka lebih suka menggunakan logaritma desimal daripada logaritma natural. Maka hukum Bouguer berbentuk: = 0 10 – k L ,

dimana k – desimal tingkat penyerapan.

transmisi hubungi kuantitas

Kerapatan optik D - adalah nilai yang ditentukan oleh persamaan: . Dapat dikatakan dengan cara lain: kerapatan optik D adalah nilai eksponen dalam rumus hukum Bouguer: D = k ∙ L

Untuk larutan sebagian besar zat kerapatan optik berbanding lurus dengan konsentrasi zat terlarut:D = χ λ ∙ C∙ L ;

koefisien χ disebut tingkat penyerapan molar(jika konsentrasinya dalam mol) atau tingkat penyerapan spesifik(jika konsentrasinya dalam gram). Dari rumus terakhir kita mendapatkan: = 0 10 - χ λ ∙ C ∙ L(hukum Bugera - Bera)

Formula ini membentuk dasar yang paling umum di laboratorium klinis dan biokimia metode untuk menentukan konsentrasi zat terlarut dengan penyerapan cahaya.

MASALAH BELAJAR TIPE DENGAN SOLUSI

(Selanjutnya, untuk singkatnya, kami hanya menulis "tugas pelatihan")

Tugas belajar #1

Pemanas listrik (radiator) memancarkan aliran sinar infra merah 500 W. Luas permukaan radiator 3300 cm 2 . Cari energi yang dipancarkan oleh radiator dalam 1 jam dan luminositas energi radiator.

Diberikan: Mencari

= 500 W W dan R

t = 1 jam = 3600 s

S \u003d 3300 cm 2 \u003d 0,33 m 2

Keputusan:

Fluks radiasi adalah daya radiasi atau energi yang dipancarkan per satuan waktu: . Dari sini

W \u003d F t \u003d 500 W 3600 s \u003d 18 10 5 J \u003d 1800 kJ

Tugas belajar #2

Pada panjang gelombang berapa radiasi termal kulit manusia maksimum (yaitu, r = max)? Suhu kulit pada bagian tubuh yang terbuka (wajah, tangan) sekitar 30 o C.

Diberikan: Mencari:

T \u003d 30 ° C \u003d 303 K maks

Keputusan:

Kami mengganti data dalam rumus Win :,

yaitu, hampir semua radiasi terletak pada rentang spektrum IR.

Tugas belajar #3

Elektron berada pada tingkat energi dengan energi 4.7.10 -19 J

Ketika disinari dengan cahaya dengan panjang gelombang 600 nm, ia pindah ke tingkat dengan energi yang lebih tinggi. Temukan energi tingkat ini.

Keputusan:

Tugas belajar #4

Nilai desimal penyerapan air untuk sinar matahari adalah 0,09 m -1 . Berapa fraksi radiasi yang akan mencapai kedalaman L = 100 m?

Diberikan Mencari:

k \u003d 0,09 m - 1

Keputusan:

Mari kita tuliskan hukum Bouguer: . Fraksi radiasi yang mencapai kedalaman L jelas ,

yaitu, sepersejuta sinar matahari akan mencapai kedalaman 100 m.
Tugas belajar #5

Cahaya melewati dua filter secara seri. Kerapatan optik pertama D 1 = 0,6; kedua D 2 = 0,4. Berapa persentase fluks radiasi yang akan melewati sistem ini?

Diberikan: Temukan:

D 1 \u003d 0,6 (dalam%%)

Keputusan:

Kami memulai solusi dengan menggambar sistem ini

SF-1 SF-2

Kami menemukan F 1: F 1 \u003d F 0 10 - D 1

Demikian pula, fluks yang melewati filter cahaya kedua adalah:

F 2 \u003d F 1 10 - D 2 \u003d F 0 10 - D 1 10 - D 2 \u003d F 0 10 - (D 1 + D 2)

Hasil yang diperoleh memiliki arti umum: jika cahaya melewati secara berurutan melalui sistem beberapa objek,kerapatan optik total akan sama dengan jumlah kerapatan optik objek-objek ini .

Di bawah kondisi tugas kami, aliran 2 = 100% 10 - (0,6 + 0,4) = 100% 10 - 1 = 10% akan melewati sistem dua filter cahaya

Tugas belajar #6

Menurut hukum Bouguer-Beer, seseorang dapat, khususnya, menentukan konsentrasi DNA. Di wilayah yang terlihat, larutan asam nukleat transparan, tetapi mereka menyerap kuat di bagian spektrum UV; serapan maksimum terletak sekitar 260 nm. Jelas, di wilayah spektrum inilah penyerapan radiasi harus diukur; sedangkan sensitivitas dan akurasi pengukuran akan menjadi yang terbaik.

Kondisi masalah: ketika mengukur penyerapan sinar UV dengan panjang gelombang 260 nm oleh larutan DNA, fluks radiasi yang ditransmisikan dilemahkan sebesar 15%. Panjang lintasan berkas dalam kuvet dengan larutan "x" adalah 2 cm Indeks serapan molar (desimal) untuk DNA pada panjang gelombang 260 nm adalah 1,3,10 5 mol - 1,cm 2 Tentukan konsentrasi DNA dalam larutan.

Diberikan:

0 = 100%; F = 100% - 15% = 85% Mencari: Dengan DNA

x = 2 cm; = 260 nm

260 \u003d 1.3.10 5 mol -1.cm 2

Keputusan:

(kami "membalikkan" pecahan untuk menghilangkan eksponen negatif). . Sekarang kita logaritma: , dan ; pengganti:

0,07 dan C \u003d 2,7,10 - 7 mol / cm 3

Perhatikan sensitivitas metode yang tinggi!

TUGAS UNTUK SOLUSI INDEPENDEN
Saat memecahkan masalah, ambil nilai konstanta:

b = 2900 m.K; \u003d 5.7.10 - 8 W.K 4; h \u003d 6.6.10 - 34 J.s; c = 3,10 8 ms -1

1. Berapa luminositas energi permukaan tubuh manusia, jika radiasi maksimum jatuh pada panjang gelombang 9,67 mikron? Kulit dapat dianggap sebagai tubuh yang benar-benar hitam.

2. Kedua bola lampu memiliki desain yang persis sama, kecuali bahwa di salah satu filamen terbuat dari tungsten murni (α = 0,3), dan yang lain ditutupi dengan platina hitam (α = 0,93). Bola lampu mana yang memiliki fluks pancaran tertinggi? Berapa kali?

3. Di daerah spektrum manakah panjang gelombang yang sesuai dengan kerapatan spektral maksimum luminositas energi, jika sumber radiasinya adalah: a) spiral bola lampu listrik (T = 2.300 K); b) permukaan Matahari (T = 5800 K); c) permukaan bola api ledakan nuklir pada saat suhunya sekitar 30.000 K? Perbedaan sifat sumber radiasi ini dari A.Ch.T. menelantarkan.

4. Sebuah benda logam panas, yang permukaannya 2,10 - 3 m 2, pada suhu permukaan 1000 K, memancarkan fluks sebesar 45,6. sel Berapakah koefisien penyerapan permukaan benda ini?

5. Bola lampu memiliki daya 100W. Luas permukaan filamen adalah 0,5,10 - 4 m 2. Suhu filamen adalah 2.400 K. Berapa koefisien penyerapan permukaan filamen?

6. Pada suhu kulit 27 0 C, 0,454 watt dipancarkan dari setiap sentimeter persegi permukaan tubuh. Apakah mungkin (dengan akurasi tidak lebih buruk dari 2%) untuk menganggap kulit sebagai tubuh yang benar-benar hitam?

7. Dalam spektrum bintang biru, radiasi maksimum sesuai dengan panjang gelombang 0,3 mikron. Berapa suhu permukaan bintang ini?

8. Berapa energi yang dipancarkan benda dengan permukaan 4.000 cm 2 dalam satu jam?

pada suhu 400 K, jika koefisien penyerapan benda adalah 0,6?

9. Pelat (A) memiliki luas permukaan 400 cm 2 ; koefisien penyerapannya adalah 0,4. Pelat lain (B) dengan luas 200 cm 2 memiliki koefisien serap 0,2. Suhu pelat sama. Pelat mana yang memancarkan lebih banyak energi dan seberapa banyak?

10 – 16. Analisis spektral kualitatif. Berdasarkan spektrum serapan salah satu senyawa organik yang spektrumnya

ditunjukkan pada gambar, tentukan gugus fungsi mana yang merupakan bagian dari zat tertentu, Gunakan tabel data:

Kelompok; jenis koneksi	Panjang gelombang yang diserap, m	Grup, jenis koneksi	terserap panjang gelombang, m
-APAKAH DIA	2,66 – 2,98	-NH4	7,0 – 7,4
-NH	2,94 – 3,0	-SH	7,76
CH	3,3	-CF	8,3
-N N	4,67	-NH2	8,9
-C=N	5,94	-TIDAK	12,3
-N=N	6,35	-SO2	19,2
-CN 2	6,77	-C=O	23,9

10 - grafik a); 11 - grafik b); 12 - grafik c); 13 - grafik d);

14 - grafik e); 15 - grafik e); 16 - grafik g).

Perhatikan nilai apa pada grafik Anda yang diplot sepanjang sumbu vertikal!

17. Cahaya melewati dua filter cahaya berturut-turut dengan transmitansi 0,2 dan 0,5. Berapa persentase radiasi yang akan keluar dari sistem seperti itu?

18. Cahaya melewati dua filter berturut-turut dengan kerapatan optik 0,7 dan 0,4. Berapa persentase radiasi yang akan melewati sistem seperti itu?

19. Untuk melindungi dari radiasi cahaya dari ledakan nuklir, diperlukan kacamata yang dapat melemahkan cahaya setidaknya satu juta kali. Kaca dari mana mereka ingin membuat kaca dengan ketebalan 1 mm memiliki kerapatan optik 3. Berapa tebal kaca yang harus diambil untuk mencapai hasil yang diinginkan?

20 Untuk melindungi mata saat bekerja dengan laser, diperlukan fluks radiasi yang tidak melebihi 0,0001% dari fluks yang dihasilkan oleh laser dapat masuk ke mata. Berapa kerapatan optik yang harus dimiliki kacamata untuk memastikan keamanan?

Tugas umum untuk tugas 21 - 28 (Analisis kuantitatif):

Gambar tersebut menunjukkan spektrum serapan larutan berwarna dari beberapa zat. Selain itu, tugas menunjukkan nilai D (kerapatan optik larutan pada panjang gelombang yang sesuai dengan penyerapan cahaya maksimum) dan X(ketebalan sel). Cari konsentrasi larutan.

Perhatikan satuan di mana nilai absorbansi ditunjukkan pada grafik Anda.

21. Grafik a). D = 0,8 x = 2 cm

22. Grafik b). D = 1,2 x = 1 cm

... 23. Jadwal c). D = 0,5 x = 4 cm

24. Grafik d). D = 0,25 x = 2 cm

25 Grafik e). D = 0,4 x = 3 cm

26. Grafik e) D = 0,9 x = 1 cm

27. Grafik g). D = 0,2 x = 2 cm