Luminozitate energetică. Luminozitatea energetică a corpului

§ 4 Luminozitatea energiei. Legea Stefan-Boltzmann.

Legea deplasării lui Wien

R E (luminozitate radiantă integrată) - luminozitatea radiantă determină cantitatea de energie emisă de la o suprafață unitară pe unitate de timp în întregul interval de frecvență de la 0 la ∞ la o temperatură dată T.

Comunicare luminozitatea și emisivitatea energetică

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

Legea lui J. Stephan (om de știință austriac) și L. Boltzmann (om de știință german)

unde

σ \u003d 5,67 · 10 -8 W / (m 2 · K 4) - Constanta Stef-na-Boltzmann.

Luminozitatea energetică a unui corp absolut negru este proporțională cu a patra putere a temperaturii termodinamice.

Legea Stefan-Boltzmann care definește dependențaR E la temperatura, nu dă un răspuns cu privire la compoziția spectrală a radiației unui corp absolut negru. Din curbele experimentale ale dependențeir λ, T din λ cu diferite T rezultă că distribuția energiei în spectrul unui corp absolut negru este inegală. Toate curbele au un maxim, care odată cu creșterea T se deplasează spre lungimi de undă scurte. Zona delimitată de curba dependențeir λ, Т din λ, este egal cu R E (aceasta rezultă din semnificația geometrică a integralei) și este proporțională cu T 4 .

Legea deplasării lui Wien (1864 - 1928): lungime, undă (λ max), care reprezintă emisivitatea maximă a a.ch.t. la o temperatură dată, invers proporțională cu temperatura T.

b\u003d 2,9 · 10 -3 m · K - Constanta lui Wien.

Schimbarea Wien se produce deoarece odată cu creșterea temperaturii, emisivitatea maximă se deplasează spre lungimi de undă mai mici.

§ 5 formula Rayleigh-Jeans, formula Wien și catastrofa ultravioletă

Legea lui Stefan-Boltzmann vă permite să determinați luminozitatea energieiR E a.h.t. prin temperatura sa. Legea deplasării Wien leagă temperatura corpului de lungimea de undă la care scade emisivitatea maximă. Dar nici una, nici cealaltă lege nu rezolvă problema principală a cât de mare este emisivitatea, capacitatea pentru fiecare λ din spectrul a.ch.t. la o temperatura T... Pentru a face acest lucru, trebuie să instalați o dependență funcționalăr λ, Т din λ și T.

Pe baza ideii naturii continue a emisiilor de unde electromagnetice în legea distribuției uniforme a energiilor peste gradele de libertate, s-au obținut două formule pentru emisivitatea a.ch.t.:

• Formula vinului

unde și, b = const.

• Formula Rayleigh-Jeans

k \u003d 1,38 · 10 -23 J / K - Constanta Boltzmann.

Verificarea experimentală a arătat că, pentru o anumită temperatură, formula Wien este corectă pentru undele scurte și oferă discrepanțe accentuate cu experiența în domeniul undelor lungi. Formula Rayleigh-Jeans s-a dovedit a fi corectă pentru valurile lungi și nu se aplică pentru cele scurte.

Investigația radiației termice utilizând formula Rayleigh-Jeans a arătat că în cadrul fizicii clasice este imposibil să se rezolve problema funcției care caracterizează emisivitatea unui AFC. Această încercare nereușită de a explica legile radiației a.ch.t. cu ajutorul aparatului fizicii clasice a fost numită „catastrofă ultravioletă”.

Dacă încercați să calculațiR E folosind formula Rayleigh-Jeans, atunci

• “ dezastru ultraviolet”

§6 Ipoteza cuantică și formula lui Planck.

În 1900, M. Planck (om de știință german) a prezentat o ipoteză conform căreia emisia și absorbția energiei nu au loc în mod continuu, ci în anumite porțiuni mici - cuantă, iar energia unei cuantice este proporțională cu frecvența oscilațiilor ( Formula lui Planck):

h \u003d 6.625 · 10 -34 J · s - Constanta lui Planck sau

unde

Deoarece radiația are loc în porțiuni, energia oscilatorului (atom oscilant, electron) E ia numai valori care sunt multipli ai unui număr întreg de porțiuni elementare de energie, adică doar valori discrete

E \u003d n E despre \u003d nhν .

EFECT FOTOELECTRIC

Pentru prima dată, influența luminii asupra cursului proceselor electrice a fost studiată de Hertz în 1887. El a efectuat experimente cu o scânteie electrică și a constatat că, atunci când este iradiat cu radiații ultraviolete, descărcarea are loc la o tensiune mult mai mică.

În 1889-1895. A.G. Stoletov a studiat efectul luminii asupra metalelor folosind următoarea schemă. Doi electrozi: catodul K din metalul în studiu și anodul A (în schema lui Stoletov - o plasă metalică care transmite lumina) într-un tub inteligent de vid sunt conectați la baterie astfel încât, printr-o rezistență R puteți modifica valoarea și semnul tensiunii aplicate acestora. Când catodul de zinc a fost iradiat, un curent a circulat în circuit, înregistrat de un miliammetru. Prin iradierea catodului cu lumină de diferite lungimi de undă, Stoletov a stabilit următoarele legi de bază:

• Radiațiile ultraviolete au cel mai puternic efect;
• Sub influența luminii, sarcinile negative sunt evacuate din catod;
• Puterea curentului generat de lumină este direct proporțională cu intensitatea acesteia.

Lenard și Thomson în 1898 au măsurat sarcina specifică ( e/ m), particule expulzate și s-a dovedit că este egală cu sarcina specifică a unui electron, prin urmare, electronii sunt expulzați din catod.

§ 2 Efect foto extern. Trei legi ale fotoefectului extern

Efectul fotoelectric extern este emisia de electroni de către o substanță sub influența luminii. Electronii care scapă din substanță cu efect fotoelectric extern se numesc fotoelectroni, iar curentul generat de aceștia se numește fotocurent.

Folosind schema Stoletov, următoarea dependență a fotocurentului de
tensiunea aplicată la flux luminos constant F (adică s-a obținut caracteristica I - V - caracteristică curent-tensiune):

Cu o oarecare tensiuneU H fotocurentul ajunge la saturațieEu n - toți electronii emiși de catod ajung în anod, de unde și curentul de saturațieEu n este determinat de numărul de electroni emiși de catod pe unitate de timp atunci când este expus la lumină. Numărul de fotoelectroni eliberați este proporțional cu numărul de cuante de lumină incidente de pe suprafața catodului. Iar numărul de cuante de lumină este determinat de fluxul luminos Fcăzând pe catod. Numărul de fotoniNcăzând în timpt la suprafață este determinată de formula:

unde W este energia radiației primită de suprafață în timpul Δt,

Energia fotonică,

F e -fluxul luminos (puterea de radiație).

Prima lege a efectului fotoelectric extern (Legea lui Stoletov):

La o frecvență fixă \u200b\u200ba luminii incidente, fotocurentul de saturație este proporțional cu fluxul luminos incident:

Eu ne ~ Ф, ν \u003dconst

U s - tensiune de reținere - tensiune la care nici un electron nu poate ajunge la anod. În consecință, legea conservării energiei în acest caz poate fi scrisă: energia electronilor de ieșire este egală cu energia de întârziere a câmpului electric

prin urmare, putem găsi viteza maximă a fotoelectronilor emișiV max

A doua lege a efectului fotoelectric : viteza maximă inițialăV max fotoelectronii nu depind de intensitatea luminii incidente (aprins F), dar este determinată numai de frecvența sa ν

A treia lege a efectului fotoelectric : pentru fiecare substanță există „margine roșie” „efect foto, adică, frecvența minimă ν cr, în funcție de natura chimică a substanței și de starea suprafeței acesteia, la care fotoefectul extern este încă posibil.

A doua și a treia lege a efectului fotoelectric nu pot fi explicate folosind natura asemănătoare undelor luminii (sau teoria electromagnetică clasică a luminii). Conform acestei teorii, extragerea electronilor de conducție dintr-un metal este rezultatul „oscilării” lor de către câmpul electromagnetic al unei unde luminoase. Cu intensitatea luminii crescândă ( F), energia transferată de electron către metal trebuie să crească, prin urmare, trebuie să creascăV max, iar acest lucru contrazice legea a 2-a a efectului fotoelectric.

Deoarece, conform teoriei undelor, energia transferată de câmpul electromagnetic este proporțională cu intensitatea luminii ( F), apoi orice lumină; frecvență, dar o intensitate suficient de mare ar trebui să smulgă electroni din metal, adică nu ar exista marginea roșie a efectului fotoelectric, ceea ce contrazice legea a 3-a a efectului fotoelectric. Efectul fotoelectric extern este inerțial. Iar teoria undelor nu își poate explica inerțialitatea.

§ 3 Ecuația lui Einstein pentru efectul fotoelectric extern.

Rezultatul de lucru

În 1905, A. Einstein a explicat efectul fotoelectric pe baza reprezentărilor cuantice. Potrivit lui Einstein, lumina nu este emisă numai în cuante în conformitate cu ipoteza lui Planck, ci se propagă în spațiu și este absorbită de materie în porțiuni separate - cuante cu energie E 0 = hv... Cuantele de radiații electromagnetice sunt numite fotoni.

Ecuația lui Einstein (legea conservării energiei pentru efectul foto extern):

Energia fotonului incident hvcheltuit pe extragerea unui electron dintr-un metal, adică pe o funcție de lucru Si afarași să raporteze energia cinetică la fotoelectronul emis.

Se numește cea mai mică energie care trebuie transmisă unui electron pentru a-l îndepărta dintr-un solid în vid ieșire de lucru.

De când energia Fermelor până la E Fdepinde de temperatura si E F, se schimbă și cu o schimbare a temperaturii, apoi, prin urmare, Si afara depinde de temperatura.

În plus, funcția de lucru este foarte sensibilă la curățenia suprafeței. Prin aplicarea unui film pe suprafață ( Ca, Sr, Wah) pe WSi afara scade de la 4,5 eV pentru purW până la 1,5 ore 2 eV pentru impuritateW.

Ecuația lui Einstein face posibilă explicarea înc cele trei legi ale fotoefectului extern,

Prima lege: fiecare cuantă este absorbită de un singur electron. Prin urmare, numărul de fotoelectroni expulzați ar trebui să fie proporțional cu intensitatea ( F) Sveta

A doua lege: V max ~ ν etc. Si afaranu depinde de F, apoiV max nu depinde de F

A treia lege: pe măsură ce ν scade,V max iar pentru ν \u003d ν 0 V max \u003d 0, decihν 0 = Si afara, prin urmare, adică există o frecvență minimă de la care este posibil efectul foto-extern.

d Φ e (\\ displaystyle d \\ Phi _ (e))emisă de o mică suprafață a suprafeței sursei de radiații în zona sa d S (\\ displaystyle dS) : M e \u003d d Φ e d S. (\\ displaystyle M_ (e) \u003d (\\ frac (d \\ Phi _ (e)) (dS)).)

Se mai spune că luminozitatea radiantă este densitatea suprafeței fluxului de radiație emis.

Numeric, luminozitatea radiantă este egală cu modulul mediat în timp al componentei vectorului Poynting perpendicular pe suprafață. În acest caz, media se efectuează pentru un timp care depășește semnificativ perioada de oscilații electromagnetice.

Radiația emisă poate apărea în suprafața însăși, apoi se vorbește despre o suprafață auto-luminoasă. O altă opțiune este observată la iluminarea suprafeței din exterior. În astfel de cazuri, o parte a fluxului incident trebuie să se întoarcă înapoi ca urmare a împrăștierii și reflectării. Apoi, expresia pentru luminozitatea energetică are forma:

M e \u003d (ρ + σ) ⋅ E e, (\\ displaystyle M_ (e) \u003d (\\ rho + \\ sigma) \\ cdot E_ (e),)

unde ρ (\\ displaystyle \\ rho) și σ (\\ displaystyle \\ sigma) este coeficientul de reflexie și respectiv coeficientul de împrăștiere al suprafeței și este iradiere.

Altele, uneori folosite în literatura de specialitate, dar care nu sunt prevăzute de GOST, denumirea luminozității energetice: - strălucire și emisivitate integrală.

Densitate spectrală radiantă

Densitate spectrală radiantă M e, λ (λ) (\\ displaystyle M_ (e, \\ lambda) (\\ lambda)) - raportul dintre luminozitatea energiei d M e (λ), (\\ displaystyle dM_ (e) (\\ lambda),) căzând pe un interval spectral mic d λ, (\\ displaystyle d \\ lambda,)încheiat între λ (\\ displaystyle \\ lambda) și λ + d λ (\\ displaystyle \\ lambda + d \\ lambda), la lățimea acestui interval:

M e, λ (λ) \u003d d M e (λ) d λ. (\\ displaystyle M_ (e, \\ lambda) (\\ lambda) \u003d (\\ frac (dM_ (e) (\\ lambda)) (d \\ lambda)).)

Unitatea de măsură SI este W m −3. Deoarece lungimile de undă ale radiației optice sunt de obicei măsurate în nanometri, în practică, W m –2 nm –1 este adesea folosit.

Uneori în literatură M e, λ (\\ displaystyle M_ (e, \\ lambda)) a se referi la emisivitatea spectrală.

Analogic ușor

M v \u003d K m ⋅ ∫ 380 nm 780 nm M e, λ (λ) V (λ) d λ, (\\ displaystyle M_ (v) \u003d K_ (m) \\ cdot \\ int \\ limits _ (380 ~ nm) ^ (780 ~ nm) M_ (e, \\ lambda) (\\ lambda) V (\\ lambda) d \\ lambda,)

unde K m (\\ displaystyle K_ (m)) - randamentul luminos maxim al radiației, egal în sistemul SI la 683 lm / W. Valoarea sa numerică rezultă direct din definiția unei candele.

Informații despre alte cantități fotometrice de energie de bază și analogii lor de lumină sunt date în tabel. Denumirile cantităților sunt date în conformitate cu GOST 26148-84.

Mărimi fotometrice ale energiei SI

Nume (sinonim)	Desemnarea cantității	Definiție	Desemnarea unităților SI	Cantitate de lumină
Energie radiantă (energie radiantă)	Q e (\\ displaystyle Q_ (e)) sau W (\\ displaystyle W)	Energia transportată de radiații	J	Energia luminii
Flux radiant (flux radiant)	Φ (\\ displaystyle \\ Phi) e sau P (\\ displaystyle P)	Φ e \u003d d Q e d t (\\ displaystyle \\ Phi _ (e) \u003d (\\ frac (dQ_ (e)) (dt)))	W	Flux de lumină
Intensitatea radiantă (intensitatea energiei luminii)	I e (\\ displaystyle I_ (e))	I e \u003d d Φ e d Ω (\\ displaystyle I_ (e) \u003d (\\ frac (d \\ Phi _ (e)) (d \\ Omega)))	W sr −1	Puterea luminii
Densitatea energetică a radiațiilor volumetrice	U e (\\ displaystyle U_ (e))	U e \u003d d Q e d V (\\ displaystyle U_ (e) \u003d (\\ frac (dQ_ (e)) (dV)))	J m −3	Densitatea în vrac a energiei luminii
Luminozitatea energiei	L e (\\ displaystyle L_ (e))	L e \u003d d 2 Φ ed Ω d S 1 cos \u2061 ε (\\ displaystyle L_ (e) \u003d (\\ frac (d ^ (2) \\ Phi _ (e)) (d \\ Omega \\, dS_ (1) \\, \\ cos \\ varepsilon)))	W m −2 sr −1	Luminozitate
Strălucire integrală	Λ e (\\ displaystyle \\ Lambda _ (e))	Λ e \u003d ∫ 0 t L e (t ′) d t ′ (\\ displaystyle \\ Lambda _ (e) \u003d \\ int _ (0) ^ (t) L_ (e) (t ") dt")	J m −2 sr −1	Luminozitate integrală
Iradiere (iradiere)	E e (\\ displaystyle E_ (e))	E e \u003d d Φ e d S 2 (\\ displaystyle E_ (e) \u003d (\\ frac (d \\ Phi _ (e)) (dS_ (2))))	W m −2

Densitatea spectrală a luminozității radiante (luminanță) este o funcție care arată distribuția luminozității radiante (luminozitate) pe un spectru de emisie.
Ținând cont de faptul că:
Luminozitatea energetică este densitatea fluxului de energie de suprafață emisă de o suprafață
Luminozitatea energetică este cantitatea de flux emisă de o unitate de suprafață pe unitate de unghi solid într-o direcție dată

Corp negru - idealizarea fizică utilizată în termodinamică, un corp care absoarbe toată radiația electromagnetică care cade pe el în toate intervalele și nu reflectă nimic. În ciuda numelui, un corp negru în sine poate emite radiații electromagnetice de orice frecvență și poate avea vizual o culoare. Spectrul de radiații al unui corp absolut negru este determinat doar de temperatura acestuia.

Corp negru

Corp negru este o abstractizare fizică (model), care este înțeleasă ca un corp care absoarbe complet toată radiația electromagnetică care cade asupra sa

Pentru un corp complet negru

Corpul gri

Corpul gri este un corp, al cărui coeficient de absorbție nu depinde de frecvență, ci depinde doar de temperatură

- pentru corpul gri

Legea lui Kirchhoff pentru radiații termice

Raportul dintre emisivitatea oricărui corp și capacitatea sa de absorbție este același pentru toate corpurile la o temperatură dată pentru o anumită frecvență și nu depinde de forma și natura lor chimică.

Dependența de temperatură a densității spectrale a luminozității radiante a unui corp absolut negru

dependența densității energetice spectrale a radiației L (T) a unui corp negru de temperatura T în domeniul radiației cu microunde, este stabilită pentru intervalul de temperatură de la 6300 la 100000 K.

Legea deplasării lui Wien dă dependența lungimii de undă la care fluxul de radiații al energiei corpului negru atinge maximul său, de temperatura corpului negru.

B \u003d 2,90 * m * K

Legea Stefan-Boltzmann

Formula Rayleigh-denim

formula de scândură

bară constantă

Fotoefect este emisia de electroni de către o substanță sub influența luminii (și, în general vorbind, a oricărei radiații electromagnetice). În substanțele condensate (solide și lichide), se emit efect fotoelectric extern și intern.

Legile efectelor foto:

Cuvântare Prima lege a efectului fotoelectric: numărul de electroni expulzați de lumină de pe suprafața unui metal pe unitate de timp la o anumită frecvență este direct proporțional cu fluxul luminos care luminează metalul.

Conform A doua lege a efectului fotoelectric, energia cinetică maximă a electronilor ejectați de lumină crește liniar cu frecvența luminii și nu depinde de intensitatea acesteia.

A treia lege a efectului fotoelectric: pentru fiecare substanță există o margine roșie a efectului fotoelectric, adică frecvența minimă a luminii (sau lungimea de undă maximă λ 0) la care fotoefectul este încă posibil, și dacă, atunci efectul foto nu mai apare.

Foton - o particulă elementară, o cuantă de radiație electromagnetică (în sens restrâns, lumină). Este o particulă fără masă care poate exista doar prin mișcarea cu viteza luminii. Încărcarea electrică a fotonului este de asemenea zero.

Ecuația lui Einstein pentru efectul fotoelectric extern

Fotocelulă - un dispozitiv electronic care convertește energia fotonilor în energie electrică. Prima fotocelula bazată pe un efect fotoelectric extern a fost creată de Alexander Stoletov la sfârșitul secolului al XIX-lea.

masa energetică și impulsul unui foton

Presiune ușoară - Aceasta este presiunea produsă de undele electromagnetice de lumină care cad pe suprafața unui corp.

Presiunea p exercitată de undă pe suprafața metalică ar putea fi calculată ca raportul dintre rezultanta forțelor Lorentz care acționează asupra electronilor liberi din stratul de suprafață metalic la suprafața metalică:

Teoria cuantică a luminii explică presiune ușoară ca urmare a transferului impulsului lor de către fotoni la atomi sau molecule de materie.

Efect Compton (Efect Compton) - fenomenul unei modificări a lungimii de undă a radiației electromagnetice datorită împrăștierii sale elastice de către electroni

Lungimea de undă Compton

Ipoteza lui De Broglie constă în faptul că fizicianul francez Louis de Broglie a propus ideea atribuirii proprietăților de undă electronului. Trăind o analogie între o cuantă, de Broglie a sugerat că mișcarea unui electron sau a unei alte particule cu o masă de repaus este asociată cu un proces de undă.

Ipoteza lui De Broglie stabilește că o particulă în mișcare cu energia E și impuls p corespunde unui proces de undă, a cărui frecvență este egală cu:

și lungimea de undă:

unde p este impulsul unei particule în mișcare.

Experiența Davisson-Jermer - un experiment fizic privind difracția electronilor efectuat în 1927 de oamenii de știință americani Clinton Davisson și Lester Germer.

A fost efectuat un studiu al reflectării electronilor dintr-un singur cristal de nichel. Setarea a inclus un sol monocristal de nichel sub un unghi și montat pe un suport. Un fascicul de electroni monocromatici a fost direcționat perpendicular pe planul secțiunii. Viteza electronilor a fost determinată de tensiunea pe pistolul de electroni:

O cupă Faraday conectată la un galvanometru sensibil a fost instalată într-un unghi față de fasciculul de electroni incident. Conform citirilor galvanometrului, sa determinat intensitatea fasciculului de electroni reflectat de cristal. Întreaga instalație era în vid.

În experimente, intensitatea fasciculului de electroni împrăștiat de cristal a fost măsurată în funcție de unghiul de împrăștiere din unghiul azimutului , pe viteza electronilor din fascicul.

Experimentele au arătat că există o selectivitate pronunțată (selectivitate) de împrăștiere a electronilor. La diferite unghiuri și viteze, fasciculele reflectate prezintă intensitate maximă și minimă. Stare maximă:

Iată distanța interplanară.

Astfel, difracția electronilor a fost observată pe rețeaua cristalină a unui singur cristal. Experimentul a fost o confirmare strălucită a existenței proprietăților undei în microparticule.

Funcția de undă, sau funcția psi este o funcție de valoare complexă utilizată în mecanica cuantică pentru a descrie starea pură a unui sistem. Este coeficientul de expansiune al vectorului de stare în bază (de obicei coordonată):

unde este vectorul bazei de coordonate și este funcția de undă în reprezentarea coordonatelor.

Înțelesul fizic al funcției de undă este că, conform interpretării de la Copenhaga a mecanicii cuantice, densitatea probabilității de a găsi o particulă într-un punct dat din spațiu la un moment dat este considerată egală cu pătratul valorii absolute a funcția de undă a acestei stări în reprezentarea coordonatelor.

Principiul incertitudinii Heisenberg (sau Heisenberg) în mecanica cuantică - o inegalitate fundamentală (relație de incertitudine) care stabilește limita preciziei determinării simultane a unei perechi de observabile fizice care caracterizează un sistem cuantic (a se vedea cantitatea fizică) descrisă de operatorii care nu fac naveta (de exemplu, coordonatele și impuls, curent și tensiune, câmpuri electrice și magnetice). Relația de incertitudine [* 1] stabilește limita inferioară pentru produsul abaterilor standard ale unei perechi de observabile cuantice. Principiul incertitudinii, descoperit de Werner Heisenberg în 1927, este una dintre pietrele de temelie ale mecanicii cuantice.

Definiție Dacă există mai multe (multe) copii identice ale sistemului într-o stare dată, atunci valorile măsurate ale coordonatei și impulsului vor respecta o anumită distribuție de probabilitate - acesta este un postulat fundamental al mecanicii cuantice. Măsurând valoarea deviației standard a coordonatei și a deviației standard a impulsului, vom constata că:

Ecuația Schrödinger

Potențială groapă - regiunea spațiului în care există un minim local de energie potențială a particulei.

Efect de tunel, tunelare - depășirea unei bariere potențiale de către o microparticulă în cazul în care energia sa totală (care rămâne neschimbată în timpul tunelării) este mai mică decât înălțimea barierei. Efectul tunel este un fenomen exclusiv cuantic, imposibil și chiar complet contrar mecanicii clasice. Un analog al efectului de tunelare în optica undelor poate fi pătrunderea unei unde luminoase într-un mediu reflectant (la distanțe de ordinul lungimii de undă a luminii) în condiții în care, din punctul de vedere al opticii geometrice, are loc o reflexie internă totală. Fenomenul de tunelare stă la baza multor procese importante din fizica atomică și moleculară, din fizica nucleului atomic, a solidelor etc.

Oscilator armonic în mecanica cuantică, este un analog cuantic al unui oscilator armonic simplu, luând în considerare nu forțele care acționează asupra particulei, ci Hamiltonianul, adică energia totală a oscilatorului armonic și se presupune că energia potențială este dependentă de patru ori pe coordonate. Luând în considerare următorii termeni în extinderea energiei potențiale în coordonate duce la conceptul de oscilator anarmonic.

Studiul structurii atomilor a arătat că atomii constau dintr-un nucleu încărcat pozitiv, în care este concentrată aproape toată masa. h atom și electroni încărcați negativ care se deplasează în jurul nucleului.

Modelul planetar al atomului Bohr-Rutherford... În 1911, Ernest Rutherford, după ce a făcut o serie de experimente, a ajuns la concluzia că atomul este o aparență a unui sistem planetar în care electronii se mișcă pe orbite în jurul nucleului greu încărcat pozitiv situat în centrul atomului („modelul lui Rutherford a atomului "). Cu toate acestea, o astfel de descriere a atomului a intrat în conflict cu electrodinamica clasică. Faptul este că, conform electrodinamicii clasice, un electron care se deplasează cu accelerație centripetă trebuie să emită unde electromagnetice și, în consecință, să piardă energie. Calculele au arătat că timpul necesar ca un electron dintr-un astfel de atom să cadă pe nucleu este absolut neglijabil. Pentru a explica stabilitatea atomilor, Niels Bohr a trebuit să introducă postulate, care s-au rezumat la faptul că un electron dintr-un atom, aflându-se în anumite stări speciale de energie, nu emite energie („modelul atomului Bohr-Rutherford”). Postulatele lui Bohr au arătat că mecanica clasică nu se aplică descrierii atomului. Studiul ulterior al radiației atomice a dus la crearea mecanicii cuantice, care a făcut posibilă explicarea marii majorități a faptelor observate.

Spectre de emisii atomice obținută de obicei la o temperatură ridicată a sursei de lumină (plasmă, arc sau scânteie), la care substanța este evaporată, moleculele sale se împart în atomi separați și atomii sunt excitați pentru a străluci. Analiza atomică poate fi fie emisie - studiul spectrelor de radiații, cât și absorbție - studiul spectrelor de absorbție.
Spectrul de emisie al unui atom este un set de linii spectrale. Linia spectrală apare ca urmare a emisiei de lumină monocromatică în timpul tranziției unui electron de la un subnivel electronic admis de postulatul lui Bohr la un alt subnivel de niveluri diferite. Această radiație se caracterizează printr-o lungime de undă K, frecvența v sau numărul de undă co.
Spectrul de emisie al unui atom este un set de linii spectrale. Linia spectrală apare ca urmare a emisiei de lumină monocromatică în timpul tranziției unui electron de la un subnivel electronic admis de postulatul lui Bohr la un alt subnivel de niveluri diferite.

Modelul lui Bohr al atomului (modelul lui Bohr) - modelul semiclasic al atomului, propus de Niels Bohr în 1913. El a luat ca bază modelul planetar al atomului, propus de Rutherford. Cu toate acestea, din punctul de vedere al electrodinamicii clasice, un electron din modelul lui Rutherford, care se deplasa în jurul nucleului, ar trebui să emită continuu și foarte repede, după ce a pierdut energie, să cadă pe nucleu. Pentru a depăși această problemă, Bohr a introdus presupunerea, a cărei esență este că electronii dintr-un atom se pot mișca numai de-a lungul anumitor orbite (staționare), fiind în care nu emit, iar radiația sau absorbția au loc numai în momentul tranziției de la o orbită la alta. Mai mult decât atât, numai acele orbite sunt staționare, atunci când se deplasează de-a lungul căruia impulsul unghiular al electronului este egal cu un număr întreg al constantelor lui Planck :.

Folosind această ipoteză și legile mecanicii clasice, și anume egalitatea forței de atracție a electronului din nucleu și a forței centrifuge care acționează asupra electronului rotativ, el a obținut următoarele valori pentru raza unei orbite staționare și energia a unui electron pe această orbită:

Iată masa electronilor, Z este numărul de protoni din nucleu, este constanta dielectrică, e este sarcina electronică.

Tocmai această expresie a energiei poate fi obținută prin aplicarea ecuației Schrodinger, rezolvând problema mișcării unui electron într-un câmp central Coulomb.

Raza primei orbite din atomul de hidrogen este R 0 \u003d 5,2917720859 (36) · 10 −11 m, numită acum raza Bohr sau unitate atomică de lungime și este utilizată pe scară largă în fizica modernă. Energia primei orbite eV este energia de ionizare a atomului de hidrogen.

Postulatele lui Bohr

§ Un atom poate fi doar în stări staționare speciale sau cuantice, fiecare dintre ele corespunzând unei anumite energii. Într-o stare staționară, un atom nu emite unde electromagnetice.

§ Un electron dintr-un atom, fără a pierde energie, se deplasează de-a lungul anumitor orbite circulare discrete, pentru care momentul unghiular este cuantificat: unde sunt numere naturale și este constanta lui Planck. Rămânerea unui electron pe orbită determină energia acestor stări staționare.

§ Când un electron trece de pe o orbită (nivel de energie) pe o orbită, o cantitate de energie este emisă sau absorbită, unde sunt nivelurile de energie între care are loc tranziția. Când treceți de la nivelul superior la cel inferior, energia este emisă; când treceți de la nivelul inferior la cel superior, este absorbită.

Folosind aceste postulate și legile mecanicii clasice, Bohr a propus un model al atomului, numit acum modelul lui Bohr al atomului. Ulterior, Sommerfeld a extins teoria lui Bohr la cazul orbitelor eliptice. Se numește modelul Bohr-Sommerfeld.

Experimentele lui Frank și Hertz

experiența a arătat că electronii își transferă energia către atomii de mercur din porțiuni , și 4,86 \u200b\u200beV este cea mai mică porțiune posibilă care poate fi absorbită de un atom de mercur în starea energiei solului

Formula lui Balmer

Pentru a descrie lungimile de undă λ ale celor patru linii vizibile ale spectrului de hidrogen, I. Balmer a propus formula

unde n \u003d 3, 4, 5, 6; b \u003d 3645,6 Å.

În prezent, pentru seria Balmer, se folosește un caz special al formulei Rydberg:

unde λ este lungimea de undă,

R ≈ 1.097410 7 m −1 - constanta Rydberg,

n - numărul cuantic principal al nivelului inițial - un număr natural mai mare sau egal cu 3.

Atom de hidrogen - un atom care conține un singur electron în învelișul de electroni.

Radiații cu raze X - unde electromagnetice, a căror energie a fotonilor se află pe scara undelor electromagnetice dintre radiația ultravioletă și radiația gamma, care corespunde lungimilor de undă de la 10 −2 la 10 3 Å (de la 10 −12 la 10 −7 m)

Tub cu raze X - un dispozitiv electrovacuum conceput pentru a genera radiații cu raze X.

Radiații de frânare - radiația electromagnetică emisă de o particulă încărcată în timpul împrăștierii (decelerării) acesteia într-un câmp electric. Uneori, conceptul de „bremsstrahlung” include și radiația particulelor încărcate relativiste care se deplasează în câmpuri magnetice macroscopice (în acceleratoare, în spațiul cosmic) și se numește bremsstrahlung magnetic; totuși, cel mai frecvent utilizat în acest caz este termenul „radiație sincrotronă”.

RADIAȚIA CARACTERISTICĂ - Raze X. radiația spectrului de linie. Este caracteristic atomilor fiecărui element.

Legătură chimică - fenomenul interacțiunii atomilor cauzat de suprapunerea norilor de electroni a particulelor legate, care este însoțită de o scădere a energiei totale a sistemului.

spectru molecular - spectrul de emisie (absorbție) care apare în timpul tranzițiilor cuantice între nivelurile de energie ale moleculelor

Nivel de energie - valorile proprii energetice ale sistemelor cuantice, adică sisteme constând din microparticule (electroni, protoni și alte particule elementare) și respectând legile mecanicii cuantice.

Număr cuantic n – lucrul principal ... Determină energia unui electron într-un atom de hidrogen și sisteme cu un singur electron (He +, Li 2+ etc.). În acest caz, energia electronilor

unde n ia valori de la 1 la ∞. Mai putin n, cu atât este mai mare energia de interacțiune a electronului cu nucleul. Cand n \u003d 1 atom de hidrogen este în starea fundamentală, la n \u003e 1 - entuziasmat.

Reguli de selecție în spectroscopie, ele numesc restricțiile și interdicțiile privind tranzițiile între nivelurile unui sistem cuantic-mecanic cu absorbție sau emisie a unui foton, impuse de legile conservării și simetriei.

Atomi multi-electronici se numesc atomi cu doi sau mai mulți electroni.

Efectul Zeeman - divizarea liniilor spectrelor atomice într-un câmp magnetic.

Descoperit în 1896 de Zeeman pentru liniile de emisie de sodiu.

Esența fenomenului de rezonanță paramagnetică a electronilor este absorbția rezonantă a radiației electromagnetice de către electroni nepereche. Un electron are un spin și un moment magnetic asociat.

1. Caracteristicile radiației termice.

2. Legea lui Kirchhoff.

3. Legile radiației corpului negru.

4. Radiația de la Soare.

5. Bazele fizice ale termografiei.

6. Fototerapie. Utilizarea terapeutică a radiațiilor ultraviolete.

7. Concepte și formule de bază.

8. Sarcini.

Din toată varietatea de radiații electromagnetice, vizibile sau invizibile pentru ochiul uman, se poate distinge, care este inerentă tuturor corpurilor - aceasta este radiația termică.

Radiații termice- radiația electromagnetică emisă de o substanță și care rezultă din energia sa internă.

Radiația termică este cauzată de excitația particulelor unei substanțe în timpul coliziunilor în procesul de mișcare termică sau mișcarea accelerată a sarcinilor (oscilații ale ionilor din rețeaua cristalină, mișcarea termică a electronilor liberi etc.). Apare la orice temperatură și este inerentă tuturor corpurilor. O trăsătură caracteristică a radiației termice este spectru continuu.

Intensitatea radiației și compoziția spectrală depind de temperatura corpului, prin urmare, radiația termică nu este întotdeauna percepută de ochi ca o strălucire. De exemplu, corpurile încălzite la temperaturi ridicate emit o porțiune semnificativă din energia lor în intervalul vizibil, iar la temperatura camerei, aproape toată energia este emisă în porțiunea infraroșie a spectrului.

26.1. Caracteristicile radiației termice

Energia pe care un corp o pierde din cauza radiației termice se caracterizează prin următoarele valori.

Fluxul de radiații(Ф) - energia emisă pe unitate de timp de pe întreaga suprafață a corpului.

De fapt, aceasta este puterea radiației termice. Dimensiunea fluxului de radiații este [J / s \u003d W].

Luminozitatea energiei(Re) este energia radiației termice emise pe unitate de timp de pe o suprafață unitară a unui corp încălzit:

Dimensiunea acestei caracteristici este [W / m 2].

Atât fluxul de radiații, cât și luminozitatea energiei depind de structura substanței și de temperatura acesteia: Ф \u003d Ф (Т), Re \u003d Re (T).

Distribuția luminozității radiante asupra spectrului de radiații termice o caracterizează densitatea spectrală.Să denotăm energia radiației termice emise de o suprafață unitară în 1 s într-un interval îngust de lungime de undă de la λ inainte de λ + d λ, prin dRe.

Luminozitate radiantă spectrală(r) sau emisivitateeste raportul dintre luminozitatea radiantă dintr-o porțiune îngustă a spectrului (dRe) și lățimea acestei porțiuni (dλ):

O vedere aproximativă a densității spectrale și a luminozității radiante (dRe) în lungimea de undă de la λ inainte de λ + d λ, sunt prezentate în Fig. 26.1.

Figura: 26.1.Densitate spectrală radiantă

Se numește dependența densității spectrale a luminozității radiante de lungimea de undă spectrul de radiații al corpului.Cunoașterea acestei relații vă permite să calculați luminozitatea energetică a corpului în orice interval de lungime de undă:

Corpurile nu numai că emit, dar absorb și radiații termice. Capacitatea unui corp de a absorbi energia radiației depinde de substanța, temperatura și lungimea de undă a radiației. Capacitatea de absorbție a corpului se caracterizează prin coeficientul de absorbție monocromaticα.

Lăsați să curgă un curent pe suprafața corpului monocromaticăradiații Φ λ cu lungimea de undă λ. O parte din acest flux este reflectată, iar o parte este absorbită de corp. Să desemnăm valoarea fluxului absorbit Φ λ absorb.

Coeficient de absorbție monocromatic α λ este raportul dintre fluxul de radiații absorbit de un corp dat și valoarea fluxului monocromatic incident:

Coeficientul de absorbție monocromatică este o cantitate adimensională. Valorile sale se situează între zero și unu: 0 ≤ α ≤ 1.

Funcția α \u003d α (λ, Τ), care exprimă dependența coeficientului de absorbție monocromatică de lungimea de undă și temperatură, se numește capacitatea de absorbțiecorp. Aspectul său poate fi destul de complex. Cele mai simple tipuri de absorbție sunt discutate mai jos.

Corp negru- un astfel de corp, al cărui coeficient de absorbție este egal cu unitatea pentru toate lungimile de undă: α \u003d 1. Absoarbe toate radiațiile incidente asupra acestuia.

În ceea ce privește proprietățile sale de absorbție, funinginea, catifeaua neagră și negru de platină sunt aproape de un corp absolut negru. Un model foarte bun de corp negru este o cavitate închisă cu o gaură mică (O). Pereții cavității sunt înnegriți în Fig. 26.2.

Grinda care lovește această gaură este aproape complet absorbită după multiple reflexii de pe pereți. Dispozitive similare

Figura: 26.2.Model de corp negru

folosit ca standarde de lumină, utilizat la măsurători de temperatură ridicată etc.

Densitatea spectrală a luminozității radiante a unui corp absolut negru este notată cu ε (λ, Τ). Această funcție joacă un rol esențial în teoria radiațiilor termice. Forma sa a fost stabilită mai întâi experimental și apoi obținută teoretic (formula lui Planck).

Corp alb absolut- un astfel de corp, al cărui coeficient de absorbție este zero pentru toate lungimile de undă: α \u003d 0.

Nu există corpuri cu adevărat albe în natură, dar există corpuri care sunt aproape de ele în proprietăți într-o gamă destul de largă de temperaturi și lungimi de undă. De exemplu, o oglindă din partea optică a spectrului reflectă aproape toată lumina incidentă.

Corpul grieste un corp pentru care coeficientul de absorbție nu depinde de lungimea de undă: α \u003d const< 1.

Unele corpuri reale au această proprietate într-un anumit interval de lungimi de undă și temperaturi. De exemplu, „gri” (α \u003d 0,9) poate fi considerat piele umană în regiunea infraroșie.

26.2. Legea lui Kirchhoff

Relația cantitativă dintre radiații și absorbție a fost stabilită de G. Kirchhoff (1859).

Legea lui Kirchhoff- atitudine emisivitatecorpul lui capacitatea de absorbțieeste același pentru toate corpurile și este egal cu densitatea spectrală a luminozității radiante a unui corp absolut negru:

Să observăm câteva consecințe ale acestei legi.

1. Dacă corpul la o anumită temperatură nu absoarbe nicio radiație, atunci nu o emite. Într-adevăr, dacă pentru

26.3. Legile radiațiilor corpului negru

Legile radiației corpului negru au fost stabilite în următoarea succesiune.

În 1879 J. Stefan experimental, iar în 1884 L. Boltzmann a determinat teoretic luminozitatea energeticăcorp absolut negru.

Legea Stefan-Boltzmann -luminozitatea energetică a unui corp absolut negru este proporțională cu a patra putere a temperaturii sale absolute:

Valorile coeficienților de absorbție pentru unele materiale sunt date în tabel. 26.1.

Tabelul 26.1.Coeficienți de absorbție

Fizicianul german W. Wien (1893) a stabilit formula pentru lungimea de undă la care maximul emisivitatecorp absolut negru. Raportul pe care l-a primit a fost numit după el.

Odată cu creșterea temperaturii, emisivitatea maximă schimburispre stânga (fig.26.3).

Figura: 26.3.Legea Wien a ilustrației deplasării

Masa 26.2 indică culorile din partea vizibilă a spectrului, corespunzătoare radiației corpurilor la diferite temperaturi.

Tabelul 26.2. Culorile corpurilor încălzite

Folosind legile lui Stefan-Boltzmann și Wien, este posibil să se determine temperaturile corpurilor prin măsurarea radiației acestor corpuri. De exemplu, așa se determină temperatura suprafeței Soarelui (~ 6000 K), temperatura de la epicentrul exploziei (~ 10 6 K) etc. Denumirea comună pentru aceste metode este - pirometrie.

În 1900 M. Planck a obținut formula de calcul emisivitatecorp negru teoretic. Pentru a face acest lucru, a trebuit să abandoneze conceptele clasice de continuitateproces de radiație a undelor electromagnetice. Conform ideilor lui Planck, fluxul de radiație constă din porțiuni separate - quanta,ale căror energii sunt proporționale cu frecvențele luminii:

Din formula (26.11) se pot obține teoretic legile Stefan-Boltzmann și Wien.

26.4. Radiații de la Soare

În cadrul sistemului solar, soarele este cea mai puternică sursă de radiație termică care provoacă viață pe pământ. Radiația solară are proprietăți de vindecare (helioterapie) și este utilizată ca agent de întărire. Poate avea și un efect negativ asupra corpului (arsuri, căldură

Spectrele radiației solare la limita atmosferei terestre și la suprafața pământului sunt diferite (fig. 26.4).

Figura: 26.4.Spectrul radiației solare: 1 - la marginea atmosferei, 2 - la suprafața Pământului

La marginea atmosferei, spectrul Soarelui este aproape de spectrul unui corp negru. Emisivitatea maximă cade λ 1max\u003d 470 nm (albastru).

Aproape de suprafața Pământului, spectrul radiației solare are o formă mai complexă, care este asociată cu absorbția în atmosferă. În special, îi lipsește partea de înaltă frecvență a radiațiilor ultraviolete, care este dăunătoare organismelor vii. Aceste raze sunt aproape complet absorbite de stratul de ozon. Emisivitatea maximă cade λ 2max\u003d 555 nm (verde-galben), care corespunde celei mai bune sensibilități oculare.

Fluxul de radiație solară termică la limita atmosferei terestre determină constanta solaraI.

Fluxul care ajunge la suprafața pământului este semnificativ mai mic datorită absorbției în atmosferă. În cele mai favorabile condiții (soarele este la apogeu), nu depășește 1120 W / m 2. La Moscova la vremea solstițiului de vară (iunie) - 930 W / m2.

Atât puterea radiației solare în apropierea suprafeței terestre, cât și compoziția sa spectrală depind în cel mai semnificativ mod de înălțimea Soarelui deasupra orizontului. În fig. 26.5 prezintă curbele netezite ale distribuției energiei soarelui: I - în afara atmosferei; II - la poziția Soarelui la zenit; III - la o înălțime de 30 ° deasupra orizontului; IV - în condiții apropiate de răsărit și apus (10 ° deasupra orizontului).

Figura: 26.5.Distribuția energiei în spectrul solar la diferite altitudini deasupra orizontului

Diferitele componente ale spectrului solar trec prin atmosfera terestră în moduri diferite. Figura 26.6 arată transparența atmosferei la o altitudine solară mare.

26.5. Bazele fizice ale termografiei

Radiația termică a unei persoane reprezintă o proporție semnificativă din pierderile sale de căldură. Pierderile de radiații umane sunt egale cu diferența emiscurgere și absorbitfluxul de radiații al mediului. Puterea de pierdere radiativă este calculată prin formula

unde S este suprafața; δ este coeficientul de absorbție redus al pielii (îmbrăcămintei), considerat ca corpul cenușiu;T 1 - temperatura suprafeței corpului (îmbrăcăminte); T 0 - temperatura ambiantă.

Luați în considerare următorul exemplu.

Să calculăm puterea pierderilor de radiații ale unei persoane goale la o temperatură ambiantă de 18 ° C (291 K). Să luăm: suprafața corpului S \u003d 1,5 m 2; temperatura pielii T 1 \u003d 306 K (33 ° C). Coeficientul de absorbție redus al pielii se găsește din tabel. 26.1 (δ \u003d 5,1 * 10 -8 W / m 2 K 4). Înlocuind aceste valori în formula (26.11), obținem

P \u003d 1,5 * 5,1 * 10 -8 * (306 4 - 291 4) ≈122 W.

Figura: 26.6.Transparența atmosferei Pământului (în procente) pentru diferite părți ale spectrului la o altitudine mare a Soarelui.

Radiația termică umană poate fi utilizată ca parametru de diagnostic.

Termografie -o metodă de diagnostic bazată pe măsurarea și înregistrarea radiației termice de la suprafața corpului uman sau a părților sale individuale.

Distribuția temperaturii pe o suprafață mică a suprafeței corpului poate fi determinată folosind pelicule speciale cu cristale lichide. Astfel de filme sunt sensibile la mici modificări de temperatură (schimbă culoarea). Prin urmare, pe film apare un „portret” termic colorat al părții corpului pe care este suprapus.

O modalitate mai bună este utilizarea imaginilor termice care transformă radiația infraroșie în lumină vizibilă. Radiația corpului este proiectată pe matricea termică a imaginii folosind un obiectiv special. După conversie, pe ecran se formează un portret termic detaliat. Zonele cu temperaturi diferite diferă prin culoare sau intensitate. Metodele moderne permit înregistrarea diferenței de temperatură de până la 0,2 grade.

Portretele termice sunt utilizate în diagnosticarea funcțională. Diferite patologii ale organelor interne pot forma zone de piele cu temperaturi modificate la suprafață. Detectarea unor astfel de zone indică prezența patologiei. Metoda termografică facilitează diagnosticul diferențial între tumorile benigne și maligne. Această metodă este un mijloc obiectiv de monitorizare a eficienței metodelor terapeutice de tratament. Deci, în timpul unei examinări termografice a pacienților cu psoriazis, s-a constatat că, în prezența infiltrării severe și a hiperemiei în plăci, se observă o creștere a temperaturii. O scădere a temperaturii la nivelul zonelor înconjurătoare, în cele mai multe cazuri, indică regresiiproces pe piele.

Febra este adesea un indicator al infecției. Pentru a determina temperatura unei persoane, trebuie doar să vă uitați printr-un dispozitiv cu infraroșu la fața și gâtul acesteia. Pentru persoanele sănătoase, raportul dintre temperatura frunții și temperatura arterei carotide variază de la 0,98 la 1,03. Această relație poate fi utilizată în diagnosticarea expresă în timpul epidemiilor pentru a efectua măsuri de carantină.

26.6. Fototerapie. Utilizarea terapeutică a radiațiilor ultraviolete

Radiațiile infraroșii, lumina vizibilă și radiațiile ultraviolete sunt utilizate pe scară largă în medicină. Să ne amintim intervalele lungimilor lor de undă:

Fototerapienumită utilizarea radiațiilor infraroșii și vizibile în scopuri terapeutice.

Pătrunzând în țesuturi, razele infraroșii (precum și cele vizibile) în locul absorbției lor provoacă eliberarea de căldură. Adâncimea de penetrare a razelor infraroșii și vizibile în piele este prezentată în Fig. 26.7.

Figura: 26.7.Adâncimea de penetrare a radiațiilor în piele

În practica medicală, iradiatoarele speciale sunt utilizate ca surse de radiații infraroșii (Fig. 26.8).

Lampă Minineste o lampă cu incandescență cu reflector care localizează radiația în direcția necesară. Sursa de radiație este o lampă incandescentă de 20-60 W realizată din sticlă incoloră sau albastră.

Baie termalăreprezintă un cadru semicilindric, format din două jumătăți, conectate mobil unul de celălalt. Lămpile cu incandescență de 40 W sunt atașate la suprafața interioară a cadrului orientat spre pacient. În astfel de băi, radiațiile infraroșii și vizibile, precum și aerul încălzit, a cărui temperatură poate ajunge la 70 ° C, acționează asupra unui obiect biologic.

Lampă Solluxeste o lampă puternică cu incandescență plasată într-un reflector special pe un trepied. Sursa de radiație este o lampă incandescentă de 500 W (temperatura filamentului de tungsten este de 2 800 ° C, radiația maximă este la o lungime de undă de 2 μm).

Figura: 26.8. Radiatoare: lampă Minin (a), baie termică ușoară (b), lampă Sollux (c)

Utilizarea terapeutică a radiațiilor ultraviolete

Radiațiile ultraviolete utilizate în scopuri medicale sunt împărțite în trei game:

Când radiațiile ultraviolete sunt absorbite în țesuturi (piele), apar diverse reacții fotochimice și fotobiologice.

Folosit ca surse de radiații lămpi de înaltă presiune(arc, mercur, tubular), luminescentlămpi, descărcare de gaz lămpi de joasă presiune,una dintre soiurile cărora sunt lămpile germicide.

Radiații Aare efect eritemal și arsuri solare. Este utilizat în tratamentul multor afecțiuni dermatologice. Unii compuși chimici din seria furocumarinei (de exemplu, psoralen) sunt capabili să sensibilizeze pielea acestor pacienți la radiațiile ultraviolete cu unde lungi și să stimuleze formarea pigmentului de melanină în melanocite. Utilizarea combinată a acestor medicamente cu radiații A este baza unei metode de tratament numită fotochimioterapiesau Terapia PUVA(PUVA: P - psoralen; UVA - radiații ultraviolete din zona A). O parte sau tot corpul este expus la radiații.

Radiația Bare un efect antirachitic care formează vatim.

Radiația Care efect bactericid. Iradierea distruge structura microorganismelor și a ciupercilor. Radiația C este creată de lămpi bactericide speciale (Fig. 26.9).

Unele tehnici terapeutice folosesc radiația C pentru iradierea sângelui.

Post ultraviolet.Radiațiile ultraviolete sunt esențiale pentru dezvoltarea și funcționarea normală a corpului. Deficitul său duce la o serie de boli grave. Locuitorii extremelor

Figura: 26.9.Iradiator bactericid (a), iradiator pentru nazofaringe (b)

Nord, muncitori ai industriei miniere, metrou, rezidenți ai marilor orașe. În orașe, lipsa radiațiilor ultraviolete este asociată cu poluarea aerului cu praf, fum, gaze care prind partea UV a spectrului solar. Ferestrele interioare nu transmit raze UV \u200b\u200bcu lungimea de undă λ< 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).

Nocivitatea radiațiilor ultraviolete

Expunerea la excesdozele de radiații ultraviolete asupra corpului în ansamblu și asupra organelor sale individuale duc la apariția unui număr de patologii. Aceasta se referă în primul rând la consecințele arsurilor solare necontrolate: arsuri, pete de vârstă, leziuni oculare - dezvoltarea fotoftalmiei. Efectul radiațiilor ultraviolete asupra ochiului este similar cu eritemul, deoarece este asociat cu descompunerea proteinelor din celulele corneei și ale membranelor mucoase ale ochiului. Celulele vii ale pielii umane sunt protejate de efectul distructiv al razelor UV

mi "celule ale stratului cornos. Ochii sunt lipsiți de această protecție, prin urmare, cu o doză semnificativă de iradiere a ochilor, după o perioadă latentă, se dezvoltă inflamația cornului (cheratită) și a mucoaselor (conjunctivită) ale membranelor ochiului. Acest efect se datorează razelor cu o lungime de undă mai mică de 310 nm. Este necesar să protejați ochiul de astfel de raze. Efectul blastomogen al radiațiilor UV care duce la dezvoltarea cancerului de piele trebuie luat în considerare în special.

26.7. Concepte și formule de bază

Continuarea tabelului

Sfârșitul mesei

26.8. Sarcini

2. Determinați de câte ori diferă luminozitățile energetice ale zonelor suprafeței corpului uman cu temperaturi de 34 și, respectiv, 33 ° C?

3. La diagnosticarea unei tumori mamare prin termografie, pacientului i se administrează o soluție de glucoză pentru a bea. După un timp, se înregistrează radiația termică a suprafeței corpului. Celulele țesutului tumoral absorb intens glucoza, în urma căreia crește producția lor de căldură. Cu câte grade se schimbă temperatura zonei pielii deasupra tumorii dacă radiația de la suprafață crește cu 1% (1,01 ori)? Temperatura inițială a corpului corpului este de 37 ° C.

6. Cât a crescut temperatura corpului uman dacă fluxul de radiații de pe suprafața corpului a crescut cu 4%? Temperatura inițială a corpului este de 35 ° C.

7. Există două ceainice identice în cameră, care conțin mase egale de apă la 90 ° C. Unul este placat cu nichel, iar celălalt este întunecat. Ce ceainic se va răci mai repede? De ce?

Decizie

Conform legii lui Kirchhoff, raportul emisivității și absorbției este același pentru toate corpurile. Ceainicul nichelat reflectă aproape toată lumina. În consecință, capacitatea sa de absorbție este mică. Emisivitatea este în consecință mică.

Răspuns:ceainicul întunecat se va răci mai repede.

8. Pentru a distruge dăunătorii, boabele sunt expuse la radiații infraroșii. De ce mor bug-urile, dar boabele nu?

Răspuns:bug-urile au negrulprin urmare, absorb intens radiațiile infraroșii și pier.

9. Încălzind o bucată de oțel, vom observa o strălucire roșie vișinie strălucitoare la o temperatură de 800 ° C, dar o tijă transparentă de cuarț topit la aceeași temperatură nu străluceste deloc. De ce?

Decizie

A se vedea problema 7. Un corp transparent absoarbe o mică parte a luminii. Prin urmare, emisivitatea sa este, de asemenea, scăzută.

Răspuns:un corp transparent practic nu radiază, chiar și atunci când este foarte încălzit.

10. De ce multe animale dorm ghemuit într-o minge pe vreme rece?

Răspuns:în acest caz, suprafața deschisă a corpului scade și, în consecință, pierderile de radiații scad.