Природа теплового излучения законы излучения тел

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

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

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

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

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

При повышении температуры максимум испускательной способности смещается влево

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

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

Основным источником теплового излучения в природе является Солнце. Спектральный состав солнечного излучения соответствует излучению абсолютно черного тела при температуре порядка 6000 К. Полная плотность потока солнечного излучения на верхней границе земной атмосферы составляет 1,93 кал/см 2 ∙мин и называется солнечной постоянной.

При прохождении через атмосферу мощность солнечного излучения уменьшается.

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

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

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

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

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

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

В лечебной практике в качестве источников инфракрасного излучения используются специальные облучатели

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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