Какова природа теплового излучения

Тепловое излучение

Тепловое излучение— это электромагнитное излучение, испускаемое веществом и возникающее за счёт его внутренней энергии.

Оно обуславливается возбуждением частиц вещества при соударениях в процессе теплового движения колеблющихся ионов.

Интенсивность излучения и его спектральный состав зависят от температуры тела, поэтому тепловое излучение не всегда воспринимается глазом.

Тело. Нагретое до высокой температуры значительную часть энергии испускает в видимом диапазоне, а при комнатной температуры- энергия испускается в инфракрасной части спектра.

По международным стандартам различают 3 области инфракрасного излучения:

Особенности теплового излучения.

1. Тепловое излучение- это универсальное явление присущее всем телам и происходящее при температуре отличной от абсолютного нуля ( — 273 К).

2. Интенсивность теплового излучения и спектральный состав зависят от природы и температуры тел.

3. Тепловое излучение является равновесным, т.е. в изолированной системе при постоянной температуре тела излучают за единицу времени с единицы площади столько энергии, сколько получают извне.

4. Наряду с тепловым излучением все тела обладают способностью поглащать тепловую энергию извне.

2. Основные характеристики поглощения.

2. Лучистый поток Р = W/t (Вт)

3. Излучательная способность (энергитическая светимость)- это энергия электромагнитного излучения, излучаемая по всем возможным направлениям за единицу времени с единицы площади при данной температуре

4. Поглощательная способность (коэффициент поглощения) равен отношению лучистого потока, поглощенного данного тела к лучистому потоку, упавшему на тело при данной температуре.

3. Тепловые излучатели и их характеристика.

Понятие абсолютно чёрного тела.

Тепловые излучатели- это технические устройства для получения теплового лучистого потока. Каждый тепловой источник характеризуется излучательной способностью, поглащательной способностью, температурой излучательного тела, спектральным составом излучения.

В качестве стандарта введено понятие абсолютно чёрного тела (а.ч.т.)

При прохождении света через вещество, лучистый поток частично отражается, частично поглащается, рассеивается и частично проходит через вещество.

Если тело полностью поглощает падающий на него световой поток, то его называют абсолютно чёрное тело.

Для всех длин волн и при любых температурах коэффициент поглощения α=1. Абсолютно чёрного тела в природе нет, но можно указывать на тело близкое к нему по своим свойствам.

Модельно а.ч.т. является полость с очень малым отверстием стенки которого зачернены. Луч, попавший в отверстие после многократных отражений от стенок, будет поглощён практически полностью.

Если нагреть такую модель до высокой температуры, то отверстие будет светиться, такое излучение называется чёрным излучением. К а.ч.т. близки поглощательные свойства чёрного бархата.

α для чёрного бархата = 0,96

Примером служит зрачок глаза, глубокий колодец и т.д.

Если α=0, то это обсолютно зеркальная поверхность. Чаще α находится в пределах от 0 до 1, такие тела называются серыми.

У серых тел коэффициент поглощения зависит от длины волны, падающего излучения и в значительной степени от температуры.

4. Законы теплового излучения и их характеристика

1. Закон Киркгофа:

отношение излучательной способности тела к поглощательной способности тела при одинаковой температуре и при одинаковой длине волны есть величина постоянная.

2. Закон Стефана-Больцмана:

излучательная способность а.ч.т. пропорциональна четвёртой степени его абсолютной температуры.

δ- постоянная Стефана-Больцмана.

При увеличении температуры (Т) мощность излучения растёт очень быстро.

При увеличении времени (t) до 800 мощность излучения увеличится в 81 раз.

Источник

Природа теплового излучения. Характеристики теплового излучения

Поляризационный микроскоп применяют для гистологических исследованиях. Если для исследования биологических объектов взять обычный оптический микроскоп, то они наблюдаются неясно, затемнено. Структура трудно различается. Поэтому микроскоп усовершенствуют, устанавливая в него две призмы Николя: одну перед конденсором (поляризатор), другую между объективом и окуляром (анализатор), предметный столик делают вращающимся. Сначала на предметный столик помещают изотропный препарат, поляризатор и анализатор устанавливают на затемнение. Затем при такой установке поляризатора и анализатора помещают анизотропный препарат. В нем происходит повторное двойное преломление света и свет не будет полностью гасится. Анизотропные структуры становятся светлыми на общем фоне темного поля.

Тепловое излучение, т.е. излучение нагретых тел представляет собой электромагнитное излучение. Оно обусловлено возбуждением атомов и молекул при соударениях в процессе теплового движения. Возбуждение происходит за счет того, что атомы и молекулы тела, имеющие большую энергию, сталкиваясь с атомами и молекулами с меньшей энергией, передают им часть своей энергии, энергия медленных молекул и атомов увеличивается. Но так как все системы при данных условиях стремятся занять энергетически наиболее выгодное состояние, то возбужденные частицы самопроизвольно переходят в состояние с прежней энергией, испуская электромагнитную волну. Тепловое излучение происходит при всех температурах, кроме абсолютного нуля , при котором движение прекращается.

Каждое тело одновременно испускает и поглощает падающее на него как от окружающих тел, так и от атомов и молекул, находящихся в глубине самого тела. Поэтому тепловое излучение является термодинамически равновесным: в единицу времени испускается столько же энергии, сколько и поглощается.

Характеристики теплового излучения:

1.Поток излучения (мощность излучения) – энергия, испускаемая со всей поверхности тела за 1 секунду

2. Энергетическая светимость – энергия, испускаемая с 1 м 2 поверхности тела за 1с

3. Спектральная плотность энергетической светимости

т.е. является функцией распределения энергии по спектру. Она выражает собой энергию, испускаемую с 1 м 2 поверхности тела за 1с в единичном интервале длин волн вблизи данной волны .

4. Монохроматический коэффициент поглощения . Он харак-теризуется отношением потока излучения, поглощенного данным телом в единичном интервале длин волн, к потоку излучения, падающего на ту же площадь тела

у зеркал, у тел с белой тканью, у таких тел как черная бумага, черные ткани, бархат.

Тело, у которого , называется абсолютно черным телом. В природе таких тел нет. Свойства абсолютно черного тела лучше всего воспроизводит модель абсолютно черного тела — тело с небольшим отверстием в замкнутой полости, стенки которой выполнены из поглощающего материала. При каждом отражении

света, вошедшего в полость, стенки полости поглощают часть энергии. Поэтому интенсивность луча света, выходящего из отверстия, во много раз меньше интенсивности входящего света

Тела, у которых называются серыми телами. Таких тел много: кожа человека, белая бумага, белый шелк, белая хлопчатобумажная ткань – все они по-разному поглощают свет, но у всех у них .

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Источник

1.Тепловое излучение: физическая природа, законы Кирчгоффа, Больцмана, Вина, Планка. Теплоотдача: её вид. Расчёт количества энергии, излучаемой оргпнизмом человека за сутки.

Теплово́е излуче́ние — электромагнитное излучение с непрерывным спектром, испускаемое нагретыми телами за счёт их тепловой энергии.

Примером теплового излучения является свет от лампы накаливания.

Отношение излучательной и поглощательной способностей тел описывается законом излучения Кирхгофа. Из закона Кирхгофа следует, что нагретые тела при определенной температуре излучают преимущественно те длины волн, которые они при этой температуре сильнее поглощают, и наоборот.

Отношение излучательной способности тела к его поглощатсльной способности не зависит от природы тела и для всех тел является одной и той же (универсальной) функцией от длины волны и температуры

Мощность теплового излучения объекта, удовлетворяющего критериям абсолютно чёрного тела, описывается законом Стефана — Больцмана.

Закон Стефана—Больцмана

Для получения интегральной (полной) светимости Ет абсолютно черного тела при температуре Т необходимо просуммировать (проинтегрировать) спектральные плотности по всем длинам волн. Полная (по всему спектру) излучательная способность абсолютно черного тела зависит только от его температуры:

(Ет)черн=

Полная излучательная способность абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его температуры.

Длина волны, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела, обратно пропорциональна его абсолютной температуре.

=

где: b — коэффициент пропорциональности, равный 2898 мкм*К.

лм- длина волны, на которую приходится максимум интенсивности

В 1900 г. Планк, отказавшись от классических представлений о

непрерывности световых волн, высказал принципиально новую гипотезу о

том, что свет излучается и распространяется прерывно (дискретно)

Используя законы статистической физики, Планк вывел функцию распределения энергии равновесного излучения абсолютно черного тела в единичном интервале длин волн, названной формулой Планка:

Формула Планка согласуется с опытными данными и, кроме того, из нее путем соответствующих преобразований можно получить формулы законов Стефана— Больцмана и Вина.

Идея Планка о прерывистости света была первым этапом создания новой физической теории — квантовой механики.

Расчёт количества энергии, излучаемой организмом человека за сутки:

С помощью измерителя температуры производится измерение температуры на кисти, лбу и передней поверхности грудной клетки.

На основании полученных данных находится среднее значение температуры, которая переводится в шкалу абсолютных температур.

Используя уравнение Стефана-Больцмана, рассчитывается количество тепловой энергии, излучаемой с единицы поверхности в единицу времени с указанных участков кожи поверхности тела.

По линейной формуле Дюбуа находится площадь поверхности кожных покровов испытуемого субъекта.

Зная величину площади поверхности тела и среднюю излучательную способность организма (диапазон нормальных значений: 1040 -1200 к.кал/сутки), рассчитывается энергия излучения со всей поверхности тела за сутки

Данные заносятся в протокол.

2. Клеточная мембрана: определение, функции мембран. Жидкостно-кристаллитическая модель. Количественные пропорции мембранных белков, липидов, углеводов. Латеральная диффузия белков, липидов. Искусственные мембраны. Липосомы.

Клеточная мембрана— Это ультратонкая плёнка на поверхности клетки или клеточной органеллы, состоящая из бимолекулярного слоя липидов с встроенными белками и полисахаридами.

Существуют три основные функции биологических мембран:

барьерная — обеспечивает селективный, регулируемый, пассив­ный и активный транспорт веществ;

матричная — обеспечивает определенное взаимное расположе­ние и ориентацию мембранных ферментов относительно суб­стратов с целью реализации их оптимального взаимодействия;

механическая — обеспечивает прочность и автономность клетки

и внутриклеточных структур.

С учетом этого биологические мембраны опосредуют:

синтез АТФ на внутренних мембранах митохондрий и фото­синтез в мембранах хлоропластов;

генерацию и проведение биопотенциалов;

рецепторную (механическая, акустическая, обонятельная, зри­тельная, химическая, терморецепция — мембранные процес­сы) и многие другие функции.

В состав плазматической мембраны входят липиды, белки и углеводы. Соотношение между липидами и белками может значительно варьировать в различных клетках.

Липиды мембраны бывают трех видов: глицерофосфолипиды, сфингофосфолипиды и стероиды (холестерол).

Согласно современной жидкостно-мозаичной модели мембраны (модель Сингера и Николсона), липидный бислой является основой мембраны. Молекулы фосфолипидов расположены в нём так, что их длинные оси параллельны и ориентированы перпендикулярно к поверхности мембраны. Мембрана сохраняется в жидком состоянии благодаря температуре клетки и химическому составу жирных кислот.

Белки мембраны подразделены на два вида. Молекулы первого типа являются гидрофильными. Эти белки, называемые периферическими, соединены с поверхностью мембраны сравнительно слабыми электростатическими силами. Белки второго вида имеют как гидрофильные, так и гидрофобные группы. Их молекулы более или менее погружены в мембрану, и удерживаются в ней более прочными гидрофобными силами. Некоторые белки пронизывают мембрану от ёё внутренней до внешней поверхностей — интегральные белки

Латеральная диффузия — это хао­тическое тепловое перемещение молекул липидов и белков в плоскос­ти мембраны. При латеральной диффузии рядом расположенные молекулы липидов скачком меняются местами и вследствие таких последовательных перескоков из одного места в другое молекула перемещается вдоль поверхности мембраны.

Источник