ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივის მაქსიმალური მნიშვნელობა. შავი სხეულის გამოსხივების კანონები

ენერგია, რომელსაც სხეული კარგავს თერმული გამოსხივების გამო, ხასიათდება შემდეგი მნიშვნელობებით.

ნაკადი (F) -ენერგია, რომელიც გამოიყოფა დროის ერთეულზე სხეულის მთელი ზედაპირიდან.

სინამდვილეში, ეს არის თერმული გამოსხივების ძალა. რადიაციული ნაკადის განზომილებაა [J/s \u003d W].

ენერგიის სიკაშკაშე (Re) -თერმული გამოსხივების ენერგია გაცხელებული სხეულის ერთეული ზედაპირიდან გამოსხივებული დროის ერთეულზე:

SI სისტემაში, ენერგიის სიკაშკაშე იზომება - [W / m 2].

რადიაციული ნაკადი და ენერგიის სიკაშკაშე დამოკიდებულია ნივთიერების სტრუქტურასა და მის ტემპერატურაზე: F = F(T),

ენერგიის სიკაშკაშის განაწილება თერმული გამოსხივების სპექტრზე ახასიათებს მის სპექტრული სიმკვრივე.მოდით აღვნიშნოთ თერმული გამოსხივების ენერგია, რომელიც გამოსხივებულია ერთი ზედაპირიდან 1 წამში ტალღის სიგრძის ვიწრო დიაპაზონში. λ ადრე λ +დ λ, dRe-ს მეშვეობით.

ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივე (r) ან ემისიურობაარის ენერგიის სიკაშკაშის თანაფარდობა სპექტრის ვიწრო ნაწილში (dRe) ამ ნაწილის სიგანესთან (dλ):

სპექტრული სიმკვრივისა და ენერგიის სიკაშკაშის (dRe) სავარაუდო ხედვა ტალღის სიგრძის დიაპაზონში λ ადრე λ +დ λ, ნაჩვენებია ნახ. 13.1.

ბრინჯი. 13.1.ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივე

ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივის დამოკიდებულება ტალღის სიგრძეზე ეწოდება სხეულის რადიაციული სპექტრი. ამ დამოკიდებულების ცოდნა შესაძლებელს ხდის სხეულის ენერგიის სიკაშკაშის გამოთვლას ნებისმიერი ტალღის სიგრძის დიაპაზონში. სხეულის ენერგიის სიკაშკაშის გამოთვლის ფორმულა ტალღის სიგრძის დიაპაზონში არის:

მთლიანი სიკაშკაშე არის:

სხეულები არა მხოლოდ ასხივებენ, არამედ შთანთქავენ თერმულ გამოსხივებას. სხეულის უნარი შთანთქას რადიაციის ენერგია დამოკიდებულია მის ნივთიერებაზე, ტემპერატურაზე და გამოსხივების ტალღის სიგრძეზე. სხეულის შთანთქმის უნარი ხასიათდება მონოქრომატული შთანთქმის კოეფიციენტიα.

სხეულის ზედაპირზე ნაკადი დაეცეს მონოქრომატულიგამოსხივება Φ λ ტალღის სიგრძით λ. ამ ნაკადის ნაწილი აისახება და ნაწილი შეიწოვება ორგანიზმის მიერ. ავღნიშნოთ შთანთქმული ნაკადის Φ λ abs.

მონოქრომატული შთანთქმის კოეფიციენტი α λარის მოცემული სხეულის მიერ შთანთქმული რადიაციული ნაკადის თანაფარდობა დაცემის მონოქრომატული ნაკადის სიდიდესთან:

მონოქრომატული შთანთქმის კოეფიციენტი არის განზომილებიანი რაოდენობა. მისი მნიშვნელობები დევს ნულსა და ერთს შორის: 0 ≤ α ≤ 1.

ფუნქცია α = α(λ,Τ) , რომელიც გამოხატავს მონოქრომატული შთანთქმის კოეფიციენტის დამოკიდებულებას ტალღის სიგრძეზე და ტემპერატურაზე, ე.წ. შთანთქმის უნარისხეული. მისი გარეგნობა შეიძლება საკმაოდ რთული იყოს. შთანთქმის უმარტივესი ტიპები განიხილება ქვემოთ.

მთლიანად შავი სხეულიარის სხეული, რომლის შთანთქმის კოეფიციენტი უდრის ერთიანობას ყველა ტალღის სიგრძისთვის: α = 1.

ნაცრისფერი სხეულიარის სხეული, რომლის შთანთქმის კოეფიციენტი არ არის დამოკიდებული ტალღის სიგრძეზე: α = const< 1.

აბსოლუტურად თეთრი სხეულიარის სხეული, რომლის შთანთქმის კოეფიციენტი არის ნული ყველა ტალღის სიგრძისთვის: α = 0.

კირჩჰოფის კანონი

კირჩჰოფის კანონი- სხეულის ემისიურობის შეფარდება მის შთანთქმის შესაძლებლობებთან ყველა სხეულისთვის ერთნაირია და უდრის შავი სხეულის ენერგიის სიკაშკაშეს სპექტრულ სიმკვრივეს:

= /

კანონის შედეგი:

1. თუ სხეული მოცემულ ტემპერატურაზე არ შთანთქავს რაიმე გამოსხივებას, მაშინ ის არ ასხივებს მას. მართლაც, თუ ტალღის გარკვეული სიგრძისთვის შთანთქმის კოეფიციენტი α = 0, მაშინ r = α∙ε(λT) = 0

1. იმავე ტემპერატურაზე შავი სხეულისხვაზე მეტად ასხივებს. მართლაც, ყველა სხეულის გარდა შავი,α < 1, поэтому для них r = α∙ε(λT) < ε

2. თუ რომელიმე სხეულისთვის ექსპერიმენტულად განვსაზღვრავთ მონოქრომატული შთანთქმის კოეფიციენტის დამოკიდებულებას ტალღის სიგრძეზე და ტემპერატურაზე - α = r = α(λT), მაშინ შეგვიძლია გამოვთვალოთ მისი ემისიის სპექტრი.

§ 4 ენერგიის სიკაშკაშე. შტეფან-ბოლცმანის კანონი.

ვიენის გადაადგილების კანონი

რე(ინტეგრირებული ენერგიის სიკაშკაშე) - ენერგიის სიკაშკაშე განსაზღვრავს ენერგიის რაოდენობას, რომელიც გამოიყოფა ერთი ზედაპირიდან დროის ერთეულზე მთელი სიხშირის დიაპაზონში 0-დან ∞-მდე მოცემულ ტემპერატურაზე T.

კავშირი ენერგიის სიკაშკაშე და ბზინვარება

[რ ე ] \u003d J / (მ 2 წმ) \u003d ვ / მ 2

შტეფანის (ავსტრიელი მეცნიერი) და ლ. ბოლცმანის (გერმანელი მეცნიერის) კანონი.

სადაც

σ \u003d 5.67 10 -8 W / (m 2 K 4) - შტეფ-ონ-ბოლცმანის მუდმივი.

შავი სხეულის ენერგიის სიკაშკაშე პროპორციულია თერმოდინამიკური ტემპერატურის მეოთხე სიმძლავრისა.

შტეფან-ბოლცმანის კანონი, რომელიც განსაზღვრავს დამოკიდებულებასრეტემპერატურაზე, არ იძლევა პასუხს სრულიად შავი სხეულის გამოსხივების სპექტრულ შემადგენლობაზე. ექსპერიმენტული დამოკიდებულების მრუდებიდანრλ, ტ საწყისი λ სხვადასხვა დროს თაქედან გამომდინარეობს, რომ ენერგიის განაწილება შავი სხეულის სპექტრში არათანაბარია. ყველა მოსახვევს აქვს მაქსიმუმი, რომელიც იზრდება თგადადის უფრო მოკლე ტალღის სიგრძეზე. დამოკიდებულების მრუდით შემოსაზღვრული ფართობირλ ,T λ-დან, უდრის რე(ეს გამომდინარეობს ინტეგრალის გეომეტრიული მნიშვნელობიდან) და პროპორციულია თ 4 .

ვიენის გადაადგილების კანონი (1864 - 1928): სიგრძე, ტალღები (λ max), რომელიც ითვალისწინებს a.ch.t-ის მაქსიმალურ ემისიურობას. მოცემულ ტემპერატურაზე, ტემპერატურის უკუპროპორციულია თ.

ბ\u003d 2.9 10 -3 მ K - ვენის მუდმივი.

ვიენის ცვლა ხდება იმის გამო, რომ ტემპერატურის მატებასთან ერთად მაქსიმალური ემისიურობა გადადის უფრო მოკლე ტალღის სიგრძეზე.

§ 5 რეილი-ჯინსის ფორმულა, ვიენის ფორმულა და ულტრაიისფერი კატასტროფა

შტეფან-ბოლცმანის კანონი საშუალებას გაძლევთ განსაზღვროთ ენერგიის სიკაშკაშერეა.ჰ.ტ. მისი ტემპერატურის მიხედვით. ვიენის გადაადგილების კანონი აკავშირებს სხეულის ტემპერატურას იმ ტალღის სიგრძესთან, რომელზედაც ეცემა მაქსიმალური ემისია. მაგრამ არც ერთი და არც მეორე კანონი არ წყვეტს მთავარ პრობლემას, თუ რამდენად დიდია რადიაციული უნარი თითოეულ λ-ზე A.Ch.T-ის სპექტრში. ტემპერატურაზე თ. ამისათვის თქვენ უნდა ჩამოაყალიბოთ ფუნქციური დამოკიდებულებარλ ,T λ-დან და თ.

ელექტრომაგნიტური ტალღების ემისიის უწყვეტი ბუნების კონცეფციის საფუძველზე ენერგიის ერთგვაროვანი განაწილების კანონში თავისუფლების ხარისხებზე, მიიღეს ორი ფორმულა a.ch.t.-ის ემისიურობისთვის:

ღვინის ფორმულა

სადაც ა, ბ = კონსტ.

რეილი-ჯინსის ფორმულა

k =1.38·10 -23 J/K - ბოლცმანის მუდმივი.

ექსპერიმენტულმა შემოწმებამ აჩვენა, რომ მოცემული ტემპერატურისთვის, ვიენის ფორმულა სწორია მოკლე ტალღებისთვის და იძლევა მკვეთრ შეუსაბამობებს გამოცდილებასთან ხანგრძლივი ტალღების რეგიონში. Rayleigh-Jeans-ის ფორმულა სწორი აღმოჩნდა გრძელი ტალღებისთვის და არ გამოიყენება მოკლე ტალღებისთვის.

თერმული გამოსხივების შესწავლამ Rayleigh-Jeans-ის ფორმულის გამოყენებით აჩვენა, რომ კლასიკური ფიზიკის ფარგლებში შეუძლებელია AChT-ის ემისიურობის დამახასიათებელი ფუნქციის ამოცანის ამოხსნა. ეს წარუმატებელი მცდელობა ახსნას A.Ch.T-ის რადიაციის კანონები. კლასიკური ფიზიკის აპარატის დახმარებით მას "ულტრაიისფერი კატასტროფა" უწოდეს.

თუ ვცდილობთ გამოვთვალოთრერეილი-ჯინსის ფორმულის გამოყენებით

“ ულტრაიისფერი კატასტროფა”

§6 კვანტური ჰიპოთეზა და პლანკის ფორმულა.

1900 წელს მ.პლანკმა (გერმანელმა მეცნიერმა) წამოაყენა ჰიპოთეზა, რომლის მიხედვითაც ენერგიის ემისია და შთანთქმა არ ხდება განუწყვეტლივ, არამედ გარკვეულ მცირე ნაწილებში - კვანტებში, ხოლო კვანტური ენერგია პროპორციულია რხევის სიხშირისა (პლანკის ფორმულა. ):

h \u003d 6.625 10 -34 J s - პლანკის მუდმივი ან

სადაც

ვინაიდან გამოსხივება ხდება ნაწილებად, ოსცილატორის ენერგია (რხევადი ატომი, ელექტრონი) E იღებს მხოლოდ მნიშვნელობებს, რომლებიც არის ენერგიის ელემენტარული ნაწილების მთელი რიცხვის ჯერადი, ანუ მხოლოდ დისკრეტული მნიშვნელობები.

E = ნ E o = ნთν .

ფოტოელექტრული ეფექტი

სინათლის გავლენა ელექტრული პროცესების მიმდინარეობაზე პირველად შეისწავლა ჰერცმა 1887 წელს. მან ჩაატარა ექსპერიმენტები ელექტრული ნაპერწკლის უფსკრულით და აღმოაჩინა, რომ ულტრაიისფერი გამოსხივებით დასხივებისას გამონადენი გაცილებით დაბალი ძაბვით ხდება.

1889-1895 წლებში. ა.გ. სტოლეტოვმა შეისწავლა სინათლის მოქმედება მეტალებზე შემდეგი სქემის გამოყენებით. ორი ელექტროდი: შესასწავლი ლითონისგან დამზადებული კათოდი K და ანოდი A (სტოლეტოვის სქემით - ლითონის ბადე, რომელიც გადასცემს სინათლეს) ვაკუუმურ მილში უკავშირდება ბატარეას ისე, რომ წინააღმდეგობის დახმარებით. რთქვენ შეგიძლიათ შეცვალოთ მათზე გამოყენებული ძაბვის მნიშვნელობა და ნიშანი. თუთიის კათოდის დასხივებისას წრეში დენი გადიოდა, რომელიც მილიამმეტრით აღირიცხებოდა. კათოდის სხვადასხვა ტალღის სიგრძის შუქით დასხივებით, სტოლეტოვმა დაადგინა შემდეგი ძირითადი კანონები:

ყველაზე ძლიერ ეფექტს ახდენს ულტრაიისფერი გამოსხივება;
სინათლის მოქმედებით კათოდიდან გამოდის უარყოფითი მუხტები;
სინათლის მოქმედებით წარმოქმნილი დენის სიძლიერე მისი ინტენსივობის პირდაპირპროპორციულია.

ლენარდმა და ტომსონმა 1898 წელს გაზომეს კონკრეტული მუხტი ( ე/ მ), გამოდევნილი ნაწილაკები და აღმოჩნდა, რომ იგი უდრის ელექტრონის სპეციფიკურ მუხტს, შესაბამისად, ელექტრონები გამოიდევნება კათოდიდან.

§ 2 გარე ფოტოელექტრული ეფექტი. გარე ფოტოელექტრული ეფექტის სამი კანონი

გარე ფოტოელექტრული ეფექტი არის ნივთიერების მიერ ელექტრონების გამოყოფა სინათლის მოქმედებით. გარე ფოტოელექტრული ეფექტის მქონე ნივთიერებიდან გამოსულ ელექტრონებს ფოტოელექტრონები ეწოდება, ხოლო მათ მიერ წარმოქმნილ დენს - ფოტოდენი.

სტოლეტოვის სქემის გამოყენებით, ფოტოდენის შემდეგი დამოკიდებულებაგამოყენებული ძაბვა მუდმივი მანათობელი ნაკადით ფ(ანუ მიიღეს I–V მახასიათებელი - დენი-ძაბვის მახასიათებელი):

რაღაც ძაბვაზეუჰფოტოდინება აღწევს გაჯერებასმენ - კათოდის მიერ გამოსხივებული ყველა ელექტრონი აღწევს ანოდამდე, შესაბამისად, გაჯერების დენიმენ განისაზღვრება კათოდის მიერ სინათლის მოქმედებით დროის ერთეულზე გამოსხივებული ელექტრონების რაოდენობით. გამოთავისუფლებული ფოტოელექტრონების რაოდენობა პროპორციულია კათოდის ზედაპირზე სინათლის კვანტების ინციდენტის რაოდენობისა. და სინათლის კვანტების რაოდენობა განისაზღვრება მანათობელი ნაკადით ფკათოდზე დაცემა. ფოტონების რაოდენობანდროთა განმავლობაში დაცემატ ზედაპირზე განისაზღვრება ფორმულით:

სადაც ვ- ზედაპირის მიერ მიღებული რადიაციული ენერგია Δ დროის განმავლობაშიტ,

ფოტონების ენერგია,

F e -მანათობელი ნაკადი (რადიაციული ძალა).

გარე ფოტოელექტრული ეფექტის 1 კანონი (სტოლეტოვის კანონი):

ინციდენტის სინათლის ფიქსირებული სიხშირეზე, გაჯერების ფოტოდინება პროპორციულია შევარდნის სინათლის ნაკადის:

მეჩვენ~ Ф, ν =კონსტ

უთ - შენელებული ძაბვაარის ძაბვა, რომლის დროსაც ვერცერთი ელექტრონი ვერ აღწევს ანოდს. მაშასადამე, ამ შემთხვევაში ენერგიის შენარჩუნების კანონი შეიძლება დაიწეროს: გამოსხივებული ელექტრონების ენერგია ტოლია ელექტრული ველის შეფერხების ენერგიას.

მაშასადამე, შეგიძლიათ იპოვოთ გამოსხივებული ფოტოელექტრონების მაქსიმალური სიჩქარეVmax

ფოტოელექტრული ეფექტის მე-2 კანონი : მაქსიმალური საწყისი სიჩქარეVmaxფოტოელექტრონები არ არის დამოკიდებული დაცემის სინათლის ინტენსივობაზე (ჩართული ფ), მაგრამ განისაზღვრება მხოლოდ მისი სიხშირით ν

ფოტოელექტრული ეფექტის მე-3 კანონი : ყოველი ნივთიერებისთვის არსებობს "წითელი საზღვარი" ფოტო ეფექტი, ანუ მინიმალური სიხშირე ν kp , რაც დამოკიდებულია ნივთიერების ქიმიურ ბუნებაზე და მისი ზედაპირის მდგომარეობაზე, რომლის დროსაც ჯერ კიდევ შესაძლებელია გარე ფოტოელექტრული ეფექტი.

ფოტოელექტრული ეფექტის მეორე და მესამე კანონები არ შეიძლება აიხსნას სინათლის ტალღური ბუნების (ან სინათლის კლასიკური ელექტრომაგნიტური თეორიის) გამოყენებით. ამ თეორიის მიხედვით, ლითონისგან გამტარ ელექტრონების ამოღება სინათლის ტალღის ელექტრომაგნიტური ველის მიერ მათი „რხევის“ შედეგია. სინათლის ინტენსივობის მატებასთან ერთად ( ფ) ლითონის ელექტრონით გადაცემული ენერგია უნდა გაიზარდოს, შესაბამისად, უნდა გაიზარდოსVmaxდა ეს ეწინააღმდეგება ფოტოელექტრული ეფექტის მე-2 კანონს.

ვინაიდან, ტალღის თეორიის მიხედვით, ელექტრომაგნიტური ველის მიერ გადაცემული ენერგია სინათლის ინტენსივობის პროპორციულია ( ფ), შემდეგ ნებისმიერი სინათლე; სიხშირე, მაგრამ საკმარისად მაღალი ინტენსივობით უნდა გამოიყვანოს ელექტრონები ლითონისგან, ანუ ფოტოელექტრული ეფექტის წითელი საზღვარი არ არსებობდეს, რაც ეწინააღმდეგება ფოტოელექტრული ეფექტის მე-3 კანონს. გარე ფოტოელექტრული ეფექტი ინერციულია. და ტალღის თეორია ვერ ხსნის მის ინერციულობას.

§ 3 აინშტაინის განტოლება გარე ფოტოელექტრული ეფექტისთვის.

სამუშაო ფუნქცია

1905 წელს ა.აინშტაინმა ახსნა ფოტოელექტრული ეფექტი კვანტური კონცეფციების საფუძველზე. აინშტაინის აზრით, სინათლე არა მხოლოდ კვანტებით გამოიყოფა პლანკის ჰიპოთეზის შესაბამისად, არამედ ვრცელდება სივრცეში და შეიწოვება მატერიის მიერ ცალკეულ ნაწილებში - კვანტები ენერგიით. E0 = hv. ელექტრომაგნიტური გამოსხივების კვანტებს უწოდებენ ფოტონები.

აინშტაინის განტოლება (ენერგიის შენარჩუნების კანონი გარე ფოტოეფექტისთვის):

ინციდენტის ფოტონის ენერგია hvიხარჯება ლითონისგან ელექტრონის ამოღებაზე, ანუ სამუშაო ფუნქციაზე A გარეთ, და გადასცეს კინეტიკური ენერგია გამოსხივებულ ფოტოელექტრონს.

უმცირესი ენერგია, რომელიც უნდა გადაეცეს ელექტრონს, რათა ის მყარი სხეულიდან ვაკუუმში გადაიყვანოს, ე.წ. სამუშაო ფუნქცია.

ვინაიდან ფერმის ენერგია ე ფდამოკიდებულია ტემპერატურაზე და ე ფასევე იცვლება ტემპერატურასთან ერთად, შესაბამისად, A გარეთტემპერატურაზე დამოკიდებული.

გარდა ამისა, სამუშაო ფუნქცია ძალიან მგრძნობიარეა ზედაპირის დასრულების მიმართ. ზედაპირზე ფილმის წასმა სა, სგ, ვა) ზე ვA გარეთმცირდება 4.5 ევ-დან სუფთასთვისვ 1,5 სთ-მდე 2 ევ უწმინდურებისთვისვ.

აინშტაინის განტოლება შესაძლებელს ხდის ახსნასგ გარე ფოტოეფექტის სამი კანონი,

1 კანონი: თითოეული კვანტი შეიწოვება მხოლოდ ერთი ელექტრონის მიერ. ამიტომ, ამოფრქვეული ფოტოელექტრონების რაოდენობა უნდა იყოს ინტენსივობის პროპორციული ( ფ) სვეტა

მე-2 კანონი: Vmax~ ν და მას შემდეგ A გარეთარ არის დამოკიდებული ფ, შემდეგ დაVmax არ არის დამოკიდებული ფ

მე-3 კანონი: როგორც ν მცირდება,Vmax და ν = ν 0-სთვის Vmax = 0, შესაბამისად,hν 0 = A გარეთმაშასადამე, ე.ი. არის მინიმალური სიხშირე, საიდანაც შესაძლებელია გარე ფოტოელექტრული ეფექტი.

d Φ e (\displaystyle d\Phi _(e))გამოსხივებული გამოსხივების წყაროს ზედაპირის მცირე ფართობით მის ფართობზე d S (\displaystyle dS) : M e = d Φ e d S. (\displaystyle M_(e)=(\frac (d\Phi _(e))(dS)).)

ისინი ასევე ამბობენ, რომ ენერგიის სიკაშკაშე არის გამოსხივებული რადიაციული ნაკადის ზედაპირის სიმკვრივე.

რიცხობრივად, ენერგეტიკული სიკაშკაშე ტოლია პოინტინგის ვექტორის კომპონენტის დროის საშუალო მოდულს ზედაპირზე პერპენდიკულარული. ამ შემთხვევაში, საშუალო დადგენა ხორციელდება დროში, რომელიც მნიშვნელოვნად აღემატება ელექტრომაგნიტური რხევების პერიოდს.

გამოსხივებული გამოსხივება შეიძლება წარმოიშვას თავად ზედაპირზე, შემდეგ კი საუბარია თვითმნათობ ზედაპირზე. სხვა ვარიანტი შეინიშნება, როდესაც ზედაპირი განათებულია გარედან. ასეთ შემთხვევებში, ინციდენტის ნაკადის გარკვეული ნაწილი აუცილებლად ბრუნდება გაფანტვისა და ასახვის შედეგად. მაშინ ენერგიის სიკაშკაშის გამოხატულებას აქვს ფორმა:

M e = (ρ + σ) ⋅ E e , (\displaystyle M_(e)=(\rho +\sigma)\cdot E_(e),)

სადაც ρ (\displaystyle \rho)და σ (\displaystyle \sigma)- ზედაპირის კოეფიციენტის ასახვა და კოეფიციენტის გაფანტვა, შესაბამისად, და - მისი დასხივება.

ენერგიის სიკაშკაშის სხვა სახელები, რომლებიც ზოგჯერ გამოიყენება ლიტერატურაში, მაგრამ არ არის გათვალისწინებული GOST-ით: - ემისიურობადა ინტეგრალური ემისიურობა.

ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივე

ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივე M e , λ (λ) (\displaystyle M_(e,\lambda )(\lambda))- ენერგიის სიკაშკაშის სიდიდის თანაფარდობა d M e (λ) , (\displaystyle dM_(e)(\lambda),)მცირე სპექტრულ ინტერვალზე d λ, (\displaystyle d\lambda,)შორის დახურული λ (\displaystyle \lambda)და λ + d λ (\displaystyle \lambda +d\lambda ), ამ ინტერვალის სიგანეზე:

M e, λ (λ) = d M e (λ) d λ. (\displaystyle M_(e,\lambda)(\lambda)=(\frac (dM_(e)(\lambda))(d\lambda)).)

SI საზომი ერთეულია W m −3. ვინაიდან ოპტიკური გამოსხივების ტალღების სიგრძე ჩვეულებრივ იზომება ნანომეტრებში, პრაქტიკაში ხშირად გამოიყენება Wm −2 · nm −1.

ხან ლიტერატურაში M e, λ (\displaystyle M_(e,\lambda))უწოდებენ სპექტრალური ემისიურობა.

მსუბუქი ანალოგი

M v = K m ⋅ ∫ 380 n m 780 n m M e , λ (λ) V (λ) d λ , (\displaystyle M_(v)=K_(m)\cdot \int \limits _(380~nm)^ (780~ნმ)M_(e,\ლამბდა)(\ლამბდა)V(\ლამბდა)d\ლამბდა,)

სადაც K m (\displaystyle K_(m))- გამოსხივების მაქსიმალური მანათობელი ეფექტურობა, SI სისტემაში ტოლია 683 ლმ/ვტ. მისი რიცხვითი მნიშვნელობა პირდაპირ გამომდინარეობს კანდელას განმარტებიდან.

ინფორმაცია სხვა ძირითადი ენერგიის ფოტომეტრული სიდიდეებისა და მათი სინათლის ანალოგების შესახებ მოცემულია ცხრილში. რაოდენობების აღნიშვნები მოცემულია GOST 26148-84-ის მიხედვით.

SI ენერგიის ფოტომეტრული სიდიდეები

სახელი (სინონიმი)	ღირებულების აღნიშვნა	განმარტება	SI ერთეულის აღნიშვნა	მსუბუქი რაოდენობა
ენერგეტიკული გამოსხივება (რადიაციული ენერგია)	Q e (\displaystyle Q_(e))ან W (\displaystyle W)	რადიაციის მიერ გადატანილი ენერგია	ჯ	Სინათლის ენერგია
ნაკადის გამოსხივება (რადიაციული ნაკადი)	Φ (\displaystyle \Phi)ან P (\displaystyle P)	Φ e = d Q e d t (\displaystyle \Phi _(e)=(\frac (dQ_(e))(dt)))	სამ	სინათლის ნაკადი
სიძლიერის გამოსხივება (სინათლის ენერგეტიკული ძალა)	I e (\displaystyle I_(e))	I e = d Φ e d Ω (\displaystyle I_(e)=(\frac (d\Phi _(e))(d\Omega )))	სამ სრ −1	სინათლის ძალა
მოცულობითი გამოსხივების ენერგიის სიმკვრივე	U e (\displaystyle U_(e))	U e = d Q e d V (\displaystyle U_(e)=(\frac (dQ_(e))(dV)))	J m −3	სინათლის ენერგიის მოცულობითი სიმკვრივე
ენერგია-სიკაშკაშე	L e (\displaystyle L_(e))	L e = d 2 Φ e d Ω d S 1 cos ⁡ ε (\displaystyle L_(e)=(\frac (d^(2)\Phi _(e))(d\Omega \,dS_(1)\, \cos\varepsilon)))	W m −2 sr −1	სიკაშკაშე
ინტეგრალური ენერგიის სიკაშკაშე	e (\displaystyle \Lambda _(e))	Λ e = ∫ 0 t L e (t ′) d t ′ (\displaystyle \Lambda _(e)=\int _(0)^(t)L_(e)(t")dt")	J m −2 sr −1	ინტეგრალური სიკაშკაშე
დასხივება (ენერგეტიკული განათება)	E e (\displaystyle E_(e))	E e = d Φ e d S 2 (\displaystyle E_(e)=(\frac (d\Phi _(e))(dS_(2))))	ვმ −2

1. თერმული გამოსხივების მახასიათებლები.

2. კირჩჰოფის კანონი.

3. შავი სხეულის გამოსხივების კანონები.

4. მზის გამოსხივება.

5. თერმოგრაფიის ფიზიკური საფუძვლები.

6. სინათლის თერაპია. ულტრაიისფერი გამოსხივების თერაპიული გამოყენება.

7. ძირითადი ცნებები და ფორმულები.

8. ამოცანები.

ელექტრომაგნიტური გამოსხივების მთელი მრავალფეროვნებიდან, ადამიანის თვალით ხილული თუ უხილავი, შეიძლება განვასხვავოთ, რაც თანდაყოლილია ყველა სხეულში - ეს არის თერმული გამოსხივება.

თერმული გამოსხივება- ნივთიერების მიერ გამოსხივებული ელექტრომაგნიტური გამოსხივება და წარმოიქმნება მისი შინაგანი ენერგიის გამო.

თერმული გამოსხივება გამოწვეულია მატერიის ნაწილაკების აგზნებით თერმული მოძრაობის პროცესში შეჯახებისას ან მუხტების აჩქარებული მოძრაობით (კრისტალური მედის იონების რხევები, თავისუფალი ელექტრონების თერმული მოძრაობა და სხვ.). ის ჩნდება ნებისმიერ ტემპერატურაზე და თანდაყოლილია ყველა სხეულში. თერმული გამოსხივების დამახასიათებელი თვისებაა უწყვეტი სპექტრი.

გამოსხივების ინტენსივობა და სპექტრული შემადგენლობა დამოკიდებულია სხეულის ტემპერატურაზე, ამიტომ თერმული გამოსხივება ყოველთვის არ აღიქმება თვალის მიერ, როგორც ბზინვარება. მაგალითად, მაღალ ტემპერატურაზე გაცხელებული სხეულები ასხივებენ ენერგიის მნიშვნელოვან ნაწილს ხილულ დიაპაზონში, ოთახის ტემპერატურაზე კი თითქმის მთელი ენერგია გამოიყოფა სპექტრის ინფრაწითელ ნაწილში.

26.1. თერმული გამოსხივების მახასიათებლები

რადიაციული ნაკადი(F) - ენერგია, რომელიც გამოსხივებულია დროის ერთეულზე სხეულის მთელი ზედაპირიდან.

ენერგიის სიკაშკაშე(Re) არის თერმული გამოსხივების ენერგია, რომელიც გამოიყოფა დროში ერთეულში გახურებული სხეულის ზედაპირიდან:

ამ მახასიათებლის განზომილებაა [W / m 2].

როგორც რადიაციული ნაკადი, ასევე ენერგიის სიკაშკაშე დამოკიდებულია ნივთიერების სტრუქტურასა და მის ტემპერატურაზე: Ф = Ф(Т), Re = Re(T).

ენერგიის სიკაშკაშის განაწილება თერმული გამოსხივების სპექტრზე ახასიათებს მის სპექტრული სიმკვრივე.მოდით აღვნიშნოთ თერმული გამოსხივების ენერგია, რომელიც გამოსხივებულია ერთი ზედაპირიდან 1 წამში ტალღის სიგრძის ვიწრო დიაპაზონში. λ ადრე λ +დ λ, dRe-ს მეშვეობით.

ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივე(რ) ან ემისიურობაარის ენერგიის სიკაშკაშის თანაფარდობა სპექტრის ვიწრო ნაწილში (dRe) ამ ნაწილის სიგანესთან (dλ):

სპექტრული სიმკვრივისა და ენერგიის სიკაშკაშის (dRe) სავარაუდო ხედვა ტალღის სიგრძის დიაპაზონში λ ადრე λ +დ λ, ნაჩვენებია ნახ. 26.1.

ბრინჯი. 26.1.ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივე

ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივის დამოკიდებულება ტალღის სიგრძეზე ეწოდება სხეულის რადიაციული სპექტრი.ამ დამოკიდებულების ცოდნა საშუალებას გაძლევთ გამოთვალოთ სხეულის ენერგიის სიკაშკაშე ნებისმიერი ტალღის სიგრძის დიაპაზონში:

სხეულები არა მხოლოდ ასხივებენ, არამედ შთანთქავენ თერმულ გამოსხივებას. რადიაციის ენერგიის შთანთქმის სხეულის უნარი დამოკიდებულია მის ნივთიერებაზე, ტემპერატურაზე და გამოსხივების ტალღის სიგრძეზე. სხეულის შთანთქმის უნარი ხასიათდება მონოქრომატული შთანთქმის კოეფიციენტიα.

სხეულის ზედაპირზე ნაკადი დაეცეს მონოქრომატულიგამოსხივება Φ λ ტალღის სიგრძით λ. ამ ნაკადის ნაწილი აისახება და ნაწილი შეიწოვება ორგანიზმის მიერ. ავღნიშნოთ შთანთქმული ნაკადის Φ λ abs.

მონოქრომატული შთანთქმის კოეფიციენტი α λ არის მოცემული სხეულის მიერ შთანთქმული რადიაციული ნაკადის თანაფარდობა დამთხვევის მონოქრომატული ნაკადის სიდიდესთან:

ფუნქცია α = α(λ,Τ), რომელიც გამოხატავს მონოქრომატული შთანთქმის კოეფიციენტის დამოკიდებულებას ტალღის სიგრძეზე და ტემპერატურაზე, ე.წ. შთანთქმის უნარისხეული. მისი გარეგნობა შეიძლება საკმაოდ რთული იყოს. შთანთქმის უმარტივესი ტიპები განიხილება ქვემოთ.

მთლიანად შავი სხეული- ისეთი სხეული, რომლის შთანთქმის კოეფიციენტი ტოლია ყველა ტალღის სიგრძის ერთიანობას: α = 1. შთანთქავს მასზე მოხვედრილ მთელ გამოსხივებას.

მათი შთანთქმის თვისებების მიხედვით, ჭვარტლი, შავი ხავერდი, პლატინის შავი ახლოსაა აბსოლუტურად შავ სხეულთან. შავი სხეულის ძალიან კარგი მოდელია დახურული ღრუ პატარა ხვრელით (O). ღრუს კედლები გაშავებულია ნახ. 26.2.

ამ ხვრელში შემავალი სხივი თითქმის მთლიანად შეიწოვება კედლებიდან მრავალი არეკვლის შემდეგ. მსგავსი მოწყობილობები

ბრინჯი. 26.2.შავი სხეულის მოდელი

გამოიყენება როგორც სინათლის სტანდარტები, გამოიყენება მაღალი ტემპერატურის გაზომვისას და ა.შ.

სრულიად შავი სხეულის ენერგეტიკული სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივე აღინიშნება ε(λ, Τ). ეს ფუნქცია მნიშვნელოვან როლს ასრულებს თერმული გამოსხივების თეორიაში. მისი ფორმა ჯერ ექსპერიმენტულად ჩამოყალიბდა, შემდეგ კი თეორიულად იქნა მიღებული (პლანკის ფორმულა).

აბსოლუტურად თეთრი სხეული- ისეთი სხეული, რომლის შთანთქმის კოეფიციენტი ნულის ტოლია ყველა ტალღის სიგრძისთვის: α = 0.

ბუნებაში არ არსებობს ჭეშმარიტად თეთრი სხეულები, თუმცა არის სხეულები, რომლებიც ახლოს არიან მათთან შედარებით ტემპერატურისა და ტალღის სიგრძის საკმაოდ ფართო დიაპაზონში. მაგალითად, სარკე სპექტრის ოპტიკურ ნაწილში ასახავს თითქმის მთელ შუქს.

ნაცრისფერი სხეულიარის სხეული, რომლის შთანთქმის კოეფიციენტი არ არის დამოკიდებული ტალღის სიგრძეზე: α = const< 1.

ზოგიერთ რეალურ სხეულს აქვს ეს თვისება ტალღის სიგრძისა და ტემპერატურის გარკვეულ დიაპაზონში. მაგალითად, "ნაცრისფერი" (α = 0.9) შეიძლება ჩაითვალოს ადამიანის კანი ინფრაწითელ რეგიონში.

26.2. კირჩჰოფის კანონი

რაოდენობრივი კავშირი გამოსხივებასა და შთანთქმას შორის დაადგინა გ.კირჩჰოფმა (1859).

კირჩჰოფის კანონი- დამოკიდებულება ემისიურობასხეული მისი შთანთქმის უნარიიგივეა ყველა სხეულისთვის და ტოლია მთლიანად შავი სხეულის ენერგიის სინათლის სპექტრული სიმკვრივისა:

ჩვენ აღვნიშნავთ ამ კანონის ზოგიერთ შედეგს.

1. თუ სხეული მოცემულ ტემპერატურაზე არ შთანთქავს რაიმე გამოსხივებას, მაშინ ის არ ასხივებს მას. მართლაც, თუ ამისთვის

26.3. შავი სხეულის გამოსხივების კანონები

შავი სხეულის გამოსხივების კანონები ჩამოყალიბდა შემდეგი თანმიმდევრობით.

1879 წელს ჯ.შტეფანმა ექსპერიმენტულად, ხოლო 1884 წელს ლ.ბოლცმანმა თეორიულად განსაზღვრა ენერგიის სიკაშკაშეაბსოლუტურად შავი სხეული.

შტეფან-ბოლცმანის კანონი -შავი სხეულის ენერგიის სიკაშკაშე პროპორციულია მისი აბსოლუტური ტემპერატურის მეოთხე ხარისხთან:

ზოგიერთი მასალის შთანთქმის კოეფიციენტების მნიშვნელობები მოცემულია ცხრილში. 26.1.

ცხრილი 26.1.შთანთქმის კოეფიციენტები

გერმანელმა ფიზიკოსმა W. Wien-მა (1893) დაადგინა ტალღის სიგრძის ფორმულა, რომელიც ითვალისწინებს მაქსიმუმს. ემისიურობააბსოლუტურად შავი სხეული. თანაფარდობა, რომელიც მან მიიღო, მისი სახელი დაარქვეს.

ტემპერატურის მატებასთან ერთად, მაქსიმალური ემისია იცვლისმარცხნივ (სურ. 26.3).

ბრინჯი. 26.3.ვიენის გადაადგილების კანონის ილუსტრაცია

მაგიდაზე. 26.2 გვიჩვენებს ფერებს სპექტრის ხილულ ნაწილში, რომლებიც შეესაბამება სხეულების გამოსხივებას სხვადასხვა ტემპერატურაზე.

ცხრილი 26.2. გახურებული სხეულების ფერები

შტეფან-ბოლცმანისა და ვიენის კანონების გამოყენებით შესაძლებელია სხეულების ტემპერატურის დადგენა ამ სხეულების გამოსხივების გაზომვით. მაგალითად, ასე განისაზღვრება მზის ზედაპირის ტემპერატურა (~6000 K), ტემპერატურა აფეთქების ეპიცენტრში (~10 6 K) და ა.შ. ამ მეთოდების საერთო სახელია პირომეტრია.

1900 წელს მ.პლანკმა მიიღო გამოთვლის ფორმულა ემისიურობათეორიულად აბსოლუტურად შავი სხეული. ამისათვის მას უნდა დაეტოვებინა კლასიკური იდეები უწყვეტობაელექტრომაგნიტური ტალღების გამოსხივების პროცესი. პლანკის აზრით, რადიაციული ნაკადი შედგება ცალკეული ნაწილებისგან - კვანტა,რომლის ენერგიები სინათლის სიხშირეების პროპორციულია:

ფორმულიდან (26.11) თეორიულად შეიძლება მივიღოთ სტეფან-ბოლცმანისა და ვიენის კანონები.

26.4. მზის გამოსხივება

მზის სისტემაში მზე არის თერმული გამოსხივების ყველაზე ძლიერი წყარო, რომელიც განსაზღვრავს სიცოცხლეს დედამიწაზე. მზის გამოსხივებას აქვს სამკურნალო თვისებები (ჰელიოთერაპია), გამოიყენება როგორც გამკვრივების საშუალება. მას ასევე შეუძლია უარყოფითი გავლენა მოახდინოს სხეულზე (დამწვრობა, თერმული

მზის გამოსხივების სპექტრები დედამიწის ატმოსფეროს საზღვარზე და დედამიწის ზედაპირზე განსხვავებულია (სურ. 26.4).

ბრინჯი. 26.4.მზის გამოსხივების სპექტრი: 1 - ატმოსფეროს საზღვარზე, 2 - დედამიწის ზედაპირზე

ატმოსფეროს საზღვარზე მზის სპექტრი ახლოსაა შავი სხეულის სპექტრთან. მაქსიმალური ემისიურობა არის λ1 max= 470 ნმ (ლურჯი).

დედამიწის ზედაპირთან ახლოს მზის რადიაციის სპექტრს უფრო რთული ფორმა აქვს, რაც ატმოსფეროში შეწოვას უკავშირდება. კერძოდ, ის არ შეიცავს ულტრაიისფერი გამოსხივების მაღალი სიხშირის ნაწილს, რომელიც საზიანოა ცოცხალი ორგანიზმებისთვის. ეს სხივები თითქმის მთლიანად შეიწოვება ოზონის შრის მიერ. მაქსიმალური ემისიურობა არის λ2 max= 555 ნმ (მწვანე-ყვითელი), რაც შეესაბამება თვალის საუკეთესო მგრძნობელობას.

მზის თერმული გამოსხივების ნაკადი დედამიწის ატმოსფეროს საზღვარზე განსაზღვრავს მზის მუდმივიᲛᲔ.

დედამიწის ზედაპირზე მიმავალი ნაკადი გაცილებით ნაკლებია ატმოსფეროში შეწოვის გამო. ყველაზე ხელსაყრელ პირობებში (მზე თავის ზენიტში), ის არ აღემატება 1120 ვტ/მ 2-ს. მოსკოვში ზაფხულის მზედგომის დროს (ივნისი) - 930 ვტ/მ 2.

მზის რადიაციის ძალა დედამიწის ზედაპირთან და მისი სპექტრული შემადგენლობა ყველაზე მეტად დამოკიდებულია მზის სიმაღლეზე ჰორიზონტზე. ნახ. 26.5 მოცემულია მზის ენერგიის განაწილების გათლილი მრუდები: I - ატმოსფეროს გარეთ; II - მზის პოზიციაზე ზენიტში; III - ჰორიზონტზე 30 ° სიმაღლეზე; IV - მზის ამოსვლასთან და ჩასვლთან ახლოს (ჰორიზონტზე 10° ზემოთ) პირობებში.

ბრინჯი. 26.5.ენერგიის განაწილება მზის სპექტრში ჰორიზონტის ზემოთ სხვადასხვა სიმაღლეებზე

მზის სპექტრის სხვადასხვა კომპონენტი დედამიწის ატმოსფეროში სხვადასხვა გზით გადის. სურათი 26.6 გვიჩვენებს ატმოსფეროს გამჭვირვალობას მზის მაღალ სიმაღლეებზე.

26.5. თერმოგრაფიის ფიზიკური საფუძველი

ადამიანის თერმული გამოსხივება მისი თერმული დანაკარგების მნიშვნელოვან ნაწილს შეადგენს. ადამიანის რადიაციული დანაკარგი სხვაობის ტოლია ემიტირებულინაკადი და შეიწოვებაგარემოს რადიაციული ნაკადი. რადიაციის დაკარგვის სიმძლავრე გამოითვლება ფორმულით

სადაც S არის ზედაპირის ფართობი; δ - შემცირებული შთანთქმის კოეფიციენტი კანის (ტანსაცმელი), განიხილება როგორც ნაცრისფერი სხეული; T 1 - სხეულის ზედაპირის ტემპერატურა (ტანსაცმელი); T 0 - გარემოს ტემპერატურა.

განვიხილოთ შემდეგი მაგალითი.

მოდით გამოვთვალოთ შიშველი ადამიანის რადიაციული დანაკარგების სიმძლავრე 18°C (291 K) გარემოს ტემპერატურაზე. ავიღოთ: სხეულის ზედაპირის ფართობი S = 1,5 მ 2; კანის ტემპერატურა T 1 = 306 K (33°C). კანის შემცირებული შთანთქმის კოეფიციენტი მოცემულია ცხრილში. 26.1 (δ \u003d 5.1 * 10 -8 W / m 2 K 4). ამ მნიშვნელობების ჩანაცვლებით ფორმულაში (26.11), ვიღებთ

P \u003d 1.5 * 5.1 * 10 -8 * (306 4 - 291 4) ≈122 ვ.

ბრინჯი. 26.6.დედამიწის ატმოსფეროს გამჭვირვალობა (პროცენტებში) სპექტრის სხვადასხვა ნაწილისთვის მზის მაღალ სიმაღლეზე.

ადამიანის თერმული გამოსხივება შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც დიაგნოსტიკური პარამეტრი.

თერმოგრაფია -დიაგნოსტიკური მეთოდი, რომელიც დაფუძნებულია ადამიანის სხეულის ზედაპირიდან ან მისი ცალკეული მონაკვეთებიდან თერმული გამოსხივების გაზომვასა და რეგისტრაციაზე.

ტემპერატურის განაწილება სხეულის ზედაპირის მცირე ფართობზე შეიძლება განისაზღვროს სპეციალური თხევადკრისტალური ფილმების გამოყენებით. ასეთი ფილმები მგრძნობიარეა მცირე ტემპერატურის ცვლილებების მიმართ (ფერის შეცვლა). მაშასადამე, ფილმზე ჩნდება სხეულის იმ არეალის ფერადი თერმული „პორტრეტი“, რომელზეც ის ზედ დგას.

უფრო მოწინავე გზაა თერმული გამოსახულების გამოყენება, რომლებიც ინფრაწითელ გამოსხივებას ხილულ სინათლედ გარდაქმნიან. სხეულის გამოსხივება პროეცირებულია თერმული გამოსახულების მატრიცაზე სპეციალური ლინზის გამოყენებით. კონვერტაციის შემდეგ ეკრანზე ყალიბდება დეტალური თერმული პორტრეტი. სხვადასხვა ტემპერატურით მდებარე ადგილები განსხვავდება ფერით ან ინტენსივობით. თანამედროვე მეთოდები იძლევა ტემპერატურის სხვაობის დაფიქსირებას 0,2 გრადუსამდე.

თერმული პორტრეტები გამოიყენება ფუნქციურ დიაგნოსტიკაში. შინაგანი ორგანოების სხვადასხვა პათოლოგიები შეიძლება ჩამოყალიბდეს ზედაპირზე კანის ზონებში შეცვლილი ტემპერატურის პირობებში. ასეთი ზონების გამოვლენა მიუთითებს პათოლოგიის არსებობაზე. თერმოგრაფიული მეთოდი ხელს უწყობს კეთილთვისებიანი და ავთვისებიანი სიმსივნეების დიფერენციალურ დიაგნოზს. ეს მეთოდი არის მკურნალობის თერაპიული მეთოდების ეფექტურობის მონიტორინგის ობიექტური საშუალება. ასე რომ, ფსორიაზის მქონე პაციენტების თერმოგრაფიული გამოკვლევის დროს დადგინდა, რომ ფილებში მძიმე ინფილტრაციისა და ჰიპერემიის არსებობისას აღინიშნება ტემპერატურის მატება. ტემპერატურის დაქვეითება მიმდებარე ტერიტორიების დონეზე უმეტეს შემთხვევაში მიუთითებს რეგრესიაპროცესი კანზე.

ცხელება ხშირად ინფექციის მაჩვენებელია. ადამიანის ტემპერატურის დასადგენად, საკმარისია ინფრაწითელი მოწყობილობის საშუალებით შევხედოთ მის სახესა და კისერს. ჯანმრთელი ადამიანებისთვის შუბლის ტემპერატურის შეფარდება კაროტიდის ტემპერატურასთან მერყეობს 0,98-დან 1,03-მდე. ეს თანაფარდობა შეიძლება გამოყენებულ იქნას ექსპრეს დიაგნოსტიკაში ეპიდემიების დროს საკარანტინო ღონისძიებებისთვის.

26.6. ფოტოთერაპია. ულტრაიისფერი გამოსხივების თერაპიული გამოყენება

მედიცინაში ფართოდ გამოიყენება ინფრაწითელი გამოსხივება, ხილული სინათლე და ულტრაიისფერი გამოსხივება. გაიხსენეთ მათი ტალღის სიგრძის დიაპაზონები:

ფოტოთერაპიათერაპიული მიზნებისთვის ინფრაწითელი და ხილული გამოსხივების გამოყენებას უწოდებენ.

ქსოვილებში შეღწევა, ინფრაწითელი სხივები (ისევე როგორც ხილული) მათი შთანთქმის ადგილას იწვევს სითბოს გამოყოფას. ინფრაწითელი და ხილული სხივების კანში შეღწევის სიღრმე ნაჩვენებია ნახ. 26.7.

ბრინჯი. 26.7.კანში რადიაციის შეღწევის სიღრმე

სამედიცინო პრაქტიკაში ინფრაწითელი გამოსხივების წყაროდ გამოიყენება სპეციალური დასხივება (სურ. 26.8).

მინინის ნათურაარის ინკანდესენტური ნათურა რეფლექტორით, რომელიც ლოკალიზებს გამოსხივებას საჭირო მიმართულებით. რადიაციის წყაროა უფერო ან ლურჯი მინისგან დამზადებული 20-60 ვტ ინკანდესენტური ნათურა.

მსუბუქ-თერმული აბაზანაარის ნახევრად ცილინდრული ჩარჩო, რომელიც შედგება ერთმანეთთან მოძრავად დაკავშირებული ორი ნახევრისგან. ჩარჩოს შიდა ზედაპირზე, პაციენტისკენ, ფიქსირდება 40 ვტ სიმძლავრის ინკანდესენტური ნათურები. ასეთ აბანოებში ბიოლოგიურ ობიექტზე გავლენას ახდენს ინფრაწითელი და ხილული გამოსხივება, ასევე გაცხელებული ჰაერი, რომლის ტემპერატურამ შეიძლება მიაღწიოს 70°C-ს.

ნათურა Solluxარის მძლავრი ინკანდესენტური ნათურა, რომელიც მოთავსებულია სამფეხზე სპეციალურ რეფლექტორში. გამოსხივების წყაროა ინკანდესენტური ნათურა, რომლის სიმძლავრეა 500 ვტ (ვოლფრამის ძაფის ტემპერატურა 2800°C, გამოსხივების მაქსიმალური ვარდნა ტალღის სიგრძეზე 2 მკმ).

ბრინჯი. 26.8. რადიატორები: Minin ნათურა (a), მსუბუქი-თერმული აბაზანა (b), Sollux ნათურა (c)

ულტრაიისფერი გამოსხივების თერაპიული გამოყენება

სამედიცინო მიზნებისთვის გამოყენებული ულტრაიისფერი გამოსხივება იყოფა სამ დიაპაზონად:

როდესაც ულტრაიისფერი გამოსხივება შეიწოვება ქსოვილებში (კანში), ხდება სხვადასხვა ფოტოქიმიური და ფოტობიოლოგიური რეაქციები.

გამოიყენება როგორც რადიაციის წყარო. მაღალი წნევის ნათურები(რკალი, ვერცხლისწყალი, მილისებრი), ფლუორესცენტურინათურები, გაზის გამონადენი დაბალი წნევის ნათურებირომელთა ერთ-ერთი სახეობაა ბაქტერიციდული ნათურები.

რადიაციააქვს ერითემული და მთრიმლავი ეფექტი. იგი გამოიყენება მრავალი დერმატოლოგიური დაავადების სამკურნალოდ. ფუროკუმარინის სერიის ზოგიერთ ქიმიურ ნაერთს (მაგალითად, ფსორალენს) შეუძლია ამ პაციენტების კანის მგრძნობელობა გრძელი ტალღის ულტრაიისფერი გამოსხივების მიმართ და მელანოციტებში მელანინის პიგმენტის წარმოქმნის სტიმულირება. ამ პრეპარატების ერთობლივი გამოყენება A- გამოსხივებასთან არის მკურნალობის მეთოდის საფუძველი ე.წ ფოტოქიმიოთერაპიაან PUVA თერაპია(PUVA: P - psoralen; UVA - ულტრაიისფერი გამოსხივების ზონა A). სხეულის ნაწილი ან მთელი სხეული ექვემდებარება რადიაციას.

B გამოსხივებააქვს ვიტამინის ფორმირების, ანტირაქიტული ეფექტი.

C გამოსხივებააქვს ბაქტერიციდული ეფექტი. დასხივება ანადგურებს მიკროორგანიზმების და სოკოების სტრუქტურას. C- გამოსხივება იქმნება სპეციალური ბაქტერიციდული ნათურებით (სურ. 26.9).

ზოგიერთი სამედიცინო ტექნიკა იყენებს C- გამოსხივებას სისხლის დასხივების მიზნით.

ულტრაიისფერი შიმშილი.ულტრაიისფერი გამოსხივება აუცილებელია ორგანიზმის ნორმალური განვითარებისა და ფუნქციონირებისთვის. მისი დეფიციტი იწვევს უამრავ სერიოზულ დაავადებას. ექსტრემალური რეგიონის მაცხოვრებლები ულტრაიისფერი შიმშილის წინაშე დგანან

ბრინჯი. 26.9.ბაქტერიციდული დასხივება (ა), ნაზოფარინგეალური დასხივება (ბ)

ჩრდილოეთი, სამთო მრეწველობის მუშები, მეტრო, დიდი ქალაქების მაცხოვრებლები. ქალაქებში ულტრაიისფერი გამოსხივების ნაკლებობა დაკავშირებულია ჰაერის დაბინძურებასთან მტვრით, კვამლითა და გაზებით, რომლებიც ბლოკავს მზის სპექტრის UV ნაწილს. შენობის ფანჯრები არ გადასცემენ UV სხივებს λ ტალღის სიგრძით< 310 нм. Значительно снижают УФ-поток загрязненные стекла и занавеси (тюлевые занавески снижают УФ-излучение на 20 %). Поэтому на многих производствах и в быту наблюдается так называемая «биологическая полутьма». В первую очередь страдают дети (возрастает вероятность заболевания рахитом).

ულტრაიისფერი გამოსხივების საფრთხე

ჭარბი ექსპოზიციაულტრაიისფერი გამოსხივების დოზები მთლიანად ორგანიზმზე და მის ცალკეულ ორგანოებზე იწვევს რიგ პათოლოგიებს. უპირველეს ყოვლისა, ეს ეხება უკონტროლო მზის აბაზანების შედეგებს: დამწვრობა, ასაკობრივი ლაქები, თვალის დაზიანება - ფოტოფთალმიის განვითარება. ულტრაიისფერი გამოსხივების გავლენა თვალზე ერითემის მსგავსია, რადგან ის ასოცირდება რქოვანას უჯრედებში და თვალის ლორწოვან გარსებში ცილების დაშლასთან. ადამიანის კანის ცოცხალი უჯრედები დაცულია ულტრაიისფერი სხივების დამღუპველი მოქმედებისგან.

მი" კანის შრის რქოვანას უჯრედები. თვალები მოკლებულია ამ დაცვას, ამიტომ, თვალის დასხივების მნიშვნელოვანი დოზით, ლატენტური პერიოდის შემდეგ ვითარდება თვალის რქოვანი (კერატიტი) და ლორწოვანი გარსების ანთება (კონიუნქტივიტი). ეს ეფექტი გამოწვეულია 310 ნმ-ზე ნაკლები ტალღის სიგრძის სხივებით. აუცილებელია თვალის დაცვა ასეთი სხივებისგან. განსაკუთრებული ყურადღება უნდა მიექცეს ულტრაიისფერი გამოსხივების ბლასტომოგენურ ეფექტს, რაც იწვევს კანის კიბოს განვითარებას.

26.7. ძირითადი ცნებები და ფორმულები

მაგიდის გაგრძელება

მაგიდის დასასრული

26.8. Დავალებები

2. დაადგინეთ რამდენჯერ განსხვავდება ადამიანის სხეულის ზედაპირის უბნების ენერგეტიკული სიკაშკაშე, შესაბამისად 34 და 33 ° C ტემპერატურით?

3. სარძევე ჯირკვლის სიმსივნის თერმოგრაფიით დიაგნოსტიკისას პაციენტს სვამენ გლუკოზის ხსნარს. გარკვეული დროის შემდეგ ფიქსირდება სხეულის ზედაპირის თერმული გამოსხივება. სიმსივნური ქსოვილის უჯრედები ინტენსიურად შთანთქავენ გლუკოზას, რის შედეგადაც იზრდება მათი სითბოს გამომუშავება. რამდენ გრადუსით იცვლება სიმსივნის ზემოთ კანის არეალის ტემპერატურა, თუ ზედაპირიდან გამოსხივება იზრდება 1%-ით (1,01-ჯერ)? სხეულის არეალის საწყისი ტემპერატურაა 37°C.

6. რამდენად გაიზარდა ადამიანის სხეულის ტემპერატურა, თუ სხეულის ზედაპირიდან გამოსხივების ნაკადი გაიზარდა 4%-ით? სხეულის საწყისი ტემპერატურაა 35°C.

7. ოთახში არის ორი იდენტური ქვაბი, რომელიც შეიცავს წყლის თანაბარ მასას 90°C ტემპერატურაზე. ერთი მოოქროვილია, მეორე კი შავი. რომელი ქვაბი გაცივდება ყველაზე სწრაფად? რატომ?

გამოსავალი

კირჩჰოფის კანონის მიხედვით, გამოსხივების და შთანთქმის უნარის თანაფარდობა ყველა სხეულისთვის ერთნაირია. ნიკელ-მოოქროვილი ჩაიდანი ირეკლავს თითქმის მთელ სინათლეს. ამიტომ მისი შთანთქმის უნარი მცირეა. შესაბამისად, ემისიურობაც მცირეა.

პასუხი:მუქი ქვაბი უფრო სწრაფად გაცივდება.

8. მავნებლების მავნებლების განადგურების მიზნით, მარცვალი ექვემდებარება ინფრაწითელ გამოსხივებას. რატომ კვდებიან ბაგები, მარცვლები კი არა?

პასუხი:შეცდომები აქვს შავიფერი, ამიტომ ინტენსიურად შთანთქავს ინფრაწითელ გამოსხივებას და იღუპება.

9. ფოლადის ნაჭერის გაცხელებისას ჩვენ დავაკვირდებით ნათელ ალუბლისფერ-წითელ სითბოს 800 ° C ტემპერატურაზე, მაგრამ შერწყმული კვარცის გამჭვირვალე ღერო საერთოდ არ ანათებს იმავე ტემპერატურაზე. რატომ?

გამოსავალი

იხილეთ ამოცანა 7. გამჭვირვალე სხეული შთანთქავს სინათლის მცირე ნაწილს. ამიტომ მისი ემისიურობა მცირეა.

პასუხი:გამჭვირვალე სხეული პრაქტიკულად არ ასხივებს, მაშინაც კი, როდესაც ის ძლიერ გაცხელებულია.

10. რატომ სძინავს ბევრ ცხოველს ცივ ამინდში დახვეული?

პასუხი:ამ შემთხვევაში მცირდება სხეულის ღია ზედაპირი და შესაბამისად მცირდება რადიაციის დანაკარგები.

სხეულების თერმული გამოსხივება ეწოდება ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებას, რომელიც წარმოიქმნება სხეულის შინაგანი ენერგიის იმ ნაწილის გამო, რომელიც დაკავშირებულია მისი ნაწილაკების თერმულ მოძრაობასთან.

ტემპერატურამდე გაცხელებული სხეულების თერმული გამოსხივების ძირითადი მახასიათებლები თარიან:

1. ენერგია სიკაშკაშერ (თ ) -დროის ერთეულზე გამოსხივებული ენერგიის რაოდენობა სხეულის ერთეულ ზედაპირზე, ტალღის სიგრძის მთელ დიაპაზონში.ეს დამოკიდებულია რადიაციული სხეულის ზედაპირის ტემპერატურაზე, ბუნებასა და მდგომარეობაზე. SI სისტემაში რ ( თ ) აქვს ზომა [ვ/მ 2].

2. ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივერ (  , T) =dW/ დ - ენერგიის რაოდენობა, რომელსაც ასხივებს სხეულის ზედაპირის ერთეული დროის ერთეულზე ერთეული ტალღის სიგრძის ინტერვალში (განხილული ტალღის სიგრძის მახლობლად ). იმათ. ეს რაოდენობა რიცხობრივად უდრის ენერგიის თანაფარდობას dWემიტირებული ერთეულ ფართობზე დროის ერთეულზე ტალღის სიგრძის ვიწრო დიაპაზონში  ადრე  +დ , ამ ინტერვალის სიგანეზე. ეს დამოკიდებულია სხეულის ტემპერატურაზე, ტალღის სიგრძეზე და ასევე რადიაციული სხეულის ზედაპირის ბუნებასა და მდგომარეობაზე. SI სისტემაში რ( , თ) აქვს ზომა [ვ/მ 3].

ენერგიის სიკაშკაშე რ(თ) დაკავშირებული ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრულ სიმკვრივესთან რ( , თ) შემდეგი გზით:

(1) [ვ/მ2]

3. ყველა სხეული არა მხოლოდ ასხივებს, არამედ შთანთქავს მათ ზედაპირზე მოხვედრილ ელექტრომაგნიტურ ტალღებს. გარკვეული ტალღის სიგრძის ელექტრომაგნიტურ ტალღებთან მიმართებაში სხეულების შთანთქმის უნარის დასადგენად, შემოღებულია კონცეფცია მონოქრომატული შთანთქმის კოეფიციენტი-სხეულის ზედაპირის მიერ შთანთქმული მონოქრომატული ტალღის ენერგიის თანაფარდობა მონოქრომატული ტალღის ენერგიასთან:

მონოქრომატული შთანთქმის კოეფიციენტი არის განზომილებიანი სიდიდე, რომელიც დამოკიდებულია ტემპერატურასა და ტალღის სიგრძეზე. ის გვიჩვენებს, თუ რა ნაწილს შეიწოვება მონოქრომატული ტალღის ენერგიის რა ნაწილი შეიწოვება სხეულის ზედაპირზე. ღირებულება  ( , თ) შეუძლია მიიღოს მნიშვნელობები 0-დან 1-მდე.

რადიაციას ადიაბატურად დახურულ სისტემაში (გარემოსთან სითბოს არ ცვლის) წონასწორობა ეწოდება.. თუ ღრუს კედელში მცირე ხვრელი შეიქმნა, წონასწორობის მდგომარეობა ოდნავ შეიცვლება და ღრუდან გამომავალი გამოსხივება შეესაბამება წონასწორობის გამოსხივებას.

თუ სხივი მიმართულია ასეთ ხვრელში, მაშინ ღრუს კედლებზე განმეორებითი არეკვლისა და შთანთქმის შემდეგ ის უკან ვეღარ გაბრუნდება. ეს ნიშნავს, რომ ასეთი ხვრელისთვის არის შთანთქმის კოეფიციენტი ( , თ) = 1.

განხილული დახურული ღრუ პატარა ხვრელით ემსახურება ერთ-ერთ მოდელს აბსოლუტურად შავი სხეული.

მთლიანად შავი სხეულისხეული ეწოდება სხეულს, რომელიც შთანთქავს მასზე მოხვედრილ მთელ გამოსხივებას, განურჩევლად ინციდენტის გამოსხივების მიმართულებისა, მისი სპექტრული შემადგენლობისა და პოლარიზაციისა (არაფრის ასახვის ან გადაცემის გარეშე).

შავი სხეულისთვის ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივე არის ტალღის სიგრძისა და ტემპერატურის უნივერსალური ფუნქცია. ვ( , თ) და არ არის დამოკიდებული მის ბუნებაზე.

ბუნებაში არსებული ყველა სხეული ნაწილობრივ ასახავს რადიაციის ინციდენტს თავის ზედაპირზე და ამიტომ არ მიეკუთვნება აბსოლუტურად შავ სხეულებს. თუ სხეულის მონოქრომატული შთანთქმის კოეფიციენტი იგივეა ყველა ტალღის სიგრძე და ნაკლებიერთეულები(( , თ) = Т = კონსტ<1),მაშინ ასეთ სხეულს უწოდებენ ნაცრისფერი. ნაცრისფერი სხეულის მონოქრომატული შთანთქმის კოეფიციენტი დამოკიდებულია მხოლოდ სხეულის ტემპერატურაზე, მის ბუნებასა და ზედაპირის მდგომარეობაზე.

კირხჰოფმა აჩვენა, რომ ყველა სხეულისთვის, მიუხედავად მათი ბუნებისა, ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივის თანაფარდობა მონოქრომატულ შთანთქმის კოეფიციენტთან არის ტალღის სიგრძისა და ტემპერატურის იგივე უნივერსალური ფუნქცია. ვ( , თ) , რომელიც არის შავი სხეულის ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივე :

განტოლება (3) კირხჰოფის კანონია.

კირჩჰოფის კანონიშეიძლება ჩამოყალიბდეს ასე: სისტემის ყველა სხეულისთვის, რომელიც იმყოფება თერმოდინამიკურ წონასწორობაში, ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივის თანაფარდობა კოეფიციენტთან მონოქრომატული შეწოვა არ არის დამოკიდებული სხეულის ბუნებაზე, არის იგივე ფუნქცია ყველა სხეულისთვის, ტალღის სიგრძის მიხედვით და ტემპერატურა T.

ზემოაღნიშნულიდან და ფორმულიდან (3) ცხადია, რომ მოცემულ ტემპერატურაზე ის ნაცრისფერი სხეულები, რომლებსაც აქვთ დიდი შთანთქმის კოეფიციენტი, უფრო ძლიერად ასხივებენ, ხოლო აბსოლუტურად შავი სხეულები ყველაზე ძლიერად. რადგან სრულიად შავი სხეულისთვის(  , თ)=1, მაშინ ფორმულა (3) გულისხმობს, რომ უნივერსალური ფუნქცია ვ( , თ) არის შავი სხეულის ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივე

პორტალი სტუდენტისთვის. თვითმმართველობის ტრენინგი

ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივე

მსუბუქი ანალოგი

ᲓᲐᲙᲐᲕᲨᲘᲠᲔᲑᲣᲚᲘ ᲡᲢᲐᲢᲘᲔᲑᲘ