Corpurile încălzite emit unde electromagnetice. Această radiație este realizată prin conversia energiei mișcării termice a particulelor corpului în energie de radiație.

Radiația electromagnetică de la un corp aflat într-o stare de echilibru termodinamic se numește radiație termică (de temperatură). Uneori, radiația termică este înțeleasă nu numai ca echilibru, ci și ca radiație de neechilibru a corpurilor cauzată de încălzirea lor.

O astfel de radiație de echilibru apare, de exemplu, dacă corpul radiant este situat în interiorul unei cavități închise cu pereți opaci, a cărei temperatură este egală cu temperatura corpului.

Într-un sistem izolat termic de corpuri la aceeași temperatură, schimbul de căldură între corpuri prin emisia și absorbția radiației termice nu poate duce la o încălcare a echilibrului termodinamic al sistemului, deoarece aceasta ar contrazice a doua lege a termodinamicii.

Prin urmare, pentru radiația termică a corpurilor, trebuie îndeplinită regula lui Prevost: dacă două corpuri la aceeași temperatură absorb cantități diferite de energie, atunci radiația lor termică la această temperatură trebuie să fie diferită.

Emisivitatea (emisivitatea) sau densitatea spectrală a luminozității energetice a unui corp este mărimea En,t, care este numeric egală cu densitatea de putere de suprafață a radiației termice a corpului și intervalul de frecvență al unității de lățime:

Unde dW este energia radiației termice pe unitatea de suprafață a corpului pe unitatea de timp în intervalul de frecvență de la v la v + dr.

Emisivitatea En,t, este o caracteristică spectrală a radiației termice a unui corp. Depinde de frecvența v, de temperatura absolută T a corpului, precum și de materialul, forma și starea suprafeței acestuia. În sistemul SI En,t, se măsoară în J/m2.

Coeficientul de absorbție sau de absorbție monocromatică al unui corp este mărimea An,t, care arată ce fracție din energia dWin, livrată pe unitatea de timp pe unitatea de suprafață a corpului de undele electromagnetice incidente asupra acestuia cu frecvențe de la v la v +dv, este absorbit de organism:

An,t este o mărime adimensională. Depinde, pe lângă frecvența radiațiilor și temperatura corpului, de materialul, forma și starea suprafeței sale.

Un corp se numește absolut negru dacă, la orice temperatură, absoarbe complet toate câmpurile electromagnetice incidente pe el: An,t negru = 1.

Corpurile reale nu sunt absolut negre, dar unele dintre ele sunt apropiate ca proprietăți optice de un corp absolut negru (funingine, negru platină, catifea neagră în regiunea luminii vizibile au An,t, diferă puțin de unitate)

Un corp se numește gri dacă capacitatea sa de absorbție este aceeași pentru toate frecvențele n și depinde doar de temperatura, materialul și starea suprafeței corpului.

Există o relație între abilitățile radiative En,t și de absorbție An,t ale oricărui corp opac (legea lui Kirhoff în formă diferențială):

Pentru o frecvență și o temperatură arbitrară, raportul dintre emisivitatea unui corp și capacitatea sa de absorbție este același pentru toate corpurile și este egal cu emisivitatea en,t a unui corp negru, care este o funcție doar de frecvență și temperatură (Kirchhoff funcția En,t = An,ten,t = 0).

Emisivitate integrală (luminozitate energetică) a corpului:

reprezintă densitatea de putere de suprafață a radiației termice a corpului, i.e. energia de radiație a tuturor frecvențelor posibile emise de o unitate de suprafață a unui corp pe unitatea de timp.

Emisivitate integrală eT a unui corp complet negru:

2. Legile radiației corpului negru

Legile radiației corpului negru stabilesc dependența eT și e n,T de frecvență și temperatură.

Legea Cmefan-Boltzmap:

Valoarea σ este constanta universală Stefan-Boltzmann, egală cu 5,67 -10-8 W/m2*deg4.

Distribuția energiei în spectrul de radiații al unui corp absolut negru, adică dependența lui en, T, de frecvența la diferite temperaturi, are forma prezentată în figură:

Legea vinului:

unde c este viteza luminii în vid și f(v/T) este o funcție universală a raportului dintre frecvența radiației corpului negru și temperatura acestuia.

Frecvența radiației nmax, corespunzătoare valorii maxime a emisivității en, T a unui corp absolut negru, conform legii lui Wien este egală cu

Unde b1 este o valoare constantă în funcție de tipul funcției f(n/T).

Legea deplasării lui Buna: frecvența corespunzătoare valorii maxime a emisivității en, T a unui corp absolut negru este direct proporțională cu temperatura lui absolută.

Din punct de vedere energetic, radiația neagră este echivalentă cu radiația unui sistem de un număr infinit de mare de oscilatoare armonice care nu interacționează, numite oscilatoare radiative. Dacă ε(ν) este energia medie a unui oscilator radiativ cu frecvența naturală ν, atunci

ν= și

Conform legii clasice privind distribuția uniformă a energiei pe grade de libertate, ε(ν) = kT, unde k este constanta lui Boltzmann și

Această relație se numește formula Rayleigh-Jeans. În regiunea frecvențelor înalte, duce la o discrepanță accentuată cu experimentul, numită „catastrofa ultravioletă: en, T crește monoton cu frecvența crescândă, fără a avea un maxim, iar emisivitatea integrală a unui corp complet negru se transformă la infinit.

Motivul dificultăților de mai sus care au apărut în găsirea formei funcției Kirchhoff en,T este asociat cu unul dintre principiile de bază ale fizicii clasice, conform căruia energia oricărui sistem se poate schimba continuu, adică poate lua orice valori apropiate arbitrar.

Conform teoriei cuantice a lui Planck, energia unui oscilator de radiație cu o frecvență naturală v poate lua numai anumite valori discrete (cuantificate) care diferă printr-un număr întreg de porțiuni elementare - cuante de energie:

h = b.625-10-34 J*sec - constanta lui Planck (cuanta de acțiune). În conformitate cu aceasta, radiația și absorbția energiei de către particulele unui corp radiant (atomi, molecule sau ioni) care schimbă energie cu oscilatorii de radiație ar trebui să aibă loc nu continuu, ci discret - în porțiuni separate (quanta).

Încercări de a descrie:

Termenul a fost introdus de Gustav Kirchhoff în 1862.

Studiul legilor radiației corpului negru a fost una dintre condițiile prealabile pentru apariția mecanicii cuantice. O încercare de a descrie radiația unui corp absolut negru pe baza principiilor clasice ale termodinamicii și electrodinamicii conduce la legea Rayleigh-Jeans.
În practică, o astfel de lege ar însemna imposibilitatea echilibrului termodinamic între materie și radiație, deoarece, conform acesteia, toată energia termică ar trebui convertită în energie de radiație în regiunea undelor scurte a spectrului. Acest fenomen ipotetic a fost numit catastrofă ultravioletă.
Cu toate acestea, legea radiației Rayleigh-Jeans este valabilă pentru regiunea undelor lungi a spectrului și descrie în mod adecvat natura radiației. Faptul unei astfel de corespondențe poate fi explicat doar prin utilizarea unei abordări mecanice cuantice, conform căreia radiația are loc discret. Pe baza legilor cuantice, se poate obține formula lui Planck, care va coincide cu formula Rayleigh-Jeans.
Acest fapt este o ilustrare excelentă a principiului corespondenței, conform căruia o nouă teorie fizică trebuie să explice tot ceea ce vechea a fost capabilă să explice.

Intensitatea radiației unui corp absolut negru, în funcție de temperatură și frecvență, este determinată de legea lui Planck.

Energia totală a radiației termice este determinată de legea Stefan-Boltzmann. Astfel, un corp absolut negru la T = 100 K emite 5,67 wați pe metru pătrat de suprafață. La o temperatură de 1000 K, puterea de radiație crește la 56,7 kilowați pe metru pătrat.

Lungimea de undă la care energia de radiație a unui corp absolut negru este maximă este determinată de legea deplasării lui Winn. Deci, dacă presupunem ca o primă aproximare că pielea umană este aproape ca proprietăți de un corp absolut negru, atunci maximul spectrului de radiații la o temperatură de 36°C (309 K) se află la o lungime de undă de 9400 nm (în regiunea infraroșu a spectrului).

Radiația electromagnetică care se află în echilibru termodinamic cu un corp negru la o anumită temperatură (de exemplu, radiația în interiorul unei cavități într-un corp negru) se numește radiație cu corp negru (sau echilibru termic). Radiația termică de echilibru este omogenă, izotropă și nepolarizată, nu există transfer de energie în ea, toate caracteristicile sale depind doar de temperatura emițătorului absolut de corp negru (și, deoarece radiația de corp negru este în echilibru termic cu acest corp, această temperatură poate fie atribuite radiaţiilor).

Așa-numitul fundal cosmic cu microunde, sau fundal cosmic cu microunde, este foarte apropiat în proprietăți de radiația corpului negru, o radiație care umple Universul cu o temperatură de aproximativ 3 K.

24) Teoria cuantică elementară a radiațiilor. Principalul lucru aici (pe scurt): 1) Radiația este o consecință a trecerii unui sistem cuantic de la o stare la alta - cu energie mai mică. 2) Radiația nu are loc continuu, ci în porțiuni de energie - cuante. 3) Energia unui cuantum este egală cu diferența de niveluri de energie. 4) Frecvența radiației este determinată de binecunoscuta formulă E=hf. 5) Un cuantum de radiație (foton) prezintă proprietățile atât ale unei particule, cât și ale unei unde. Detalii: Teoria radiațiilor cuantice a fost folosită de Einstein pentru a interpreta efectul fotoelectric. Teoria cuantică a radiațiilor face posibilă fundamentarea teoriei lui Einstein. Teoria cuantică a radiației (ținând cont de anumite ipoteze despre renormalizare) descrie destul de complet interacțiunea radiației cu materia. În ciuda acestui fapt, este tentant să argumentăm că bazele conceptuale ale teoriei radiațiilor cuantice și conceptul de foton sunt cel mai bine privite prin câmpul clasic și fluctuațiile asociate cu vidul. Cu toate acestea, progresele în optică cuantică au adus noi argumente în favoarea cuantizării câmpului electromagnetic și, odată cu acestea, a apărut o înțelegere mai profundă a esenței fotonilor. Teoria cuantică a emisiei de lumină folosește în esență faptul că energia de interacțiune dintre materie (atom, moleculă, cristal) și câmpul electromagnetic este foarte mică. Acest lucru ne permite să luăm în considerare câmpul și materia independent unul de celălalt în aproximarea zero și să vorbim despre fotoni și stări staționare ale materiei. Luarea în considerare a energiei de interacțiune ca primă aproximare relevă posibilitatea ca o substanță să treacă de la o stare staționară la alta. Aceste tranziții sunt însoțite de apariția sau dispariția unui foton și de aceea reprezintă acele acte elementare care alcătuiesc procesele de emisie și absorbție a luminii de către materie. Conform teoriei cuantice a radiațiilor, procesul elementar de fotoluminiscență ar trebui considerat ca constând din actul de excitare electronică a moleculelor unei substanțe luminiscente de către fotonii absorbiți și emisia ulterioară a moleculelor în timpul tranziției lor de la o stare excitată la una normală. . După cum au arătat studiile experimentale, procesul elementar de fotoluminiscență nu are loc întotdeauna într-un singur centru emitent. Pentru a construi o teorie cuantică a radiației, s-a dovedit a fi necesar să se ia în considerare interacțiunea unui electron cu un câmp de fotoni cuantificat secundar.
Dezvoltarea teoriei cuantice a radiației unei sarcini care se mișcă în câmpul electromagnetic al unei unde plane a început cu celebra lucrare a lui Klein și Nishina, în care s-a luat în considerare împrăștierea unui foton de către un electron în repaus. Planck a prezentat teoria cuantică a radiației, conform căreia energia este emisă și absorbită nu în mod continuu, ci în anumite porțiuni - cuante, numite fotoni. Astfel, teoria cuantică a radiațiilor nu conduce doar la concluzii care decurg din teoria undelor, ci și le completează cu o nouă predicție, care a găsit o strălucită confirmare experimentală. Un pachet de undă cu incertitudine minimă la diferite momente de timp în câmpul potențial al unui oscilator armonic (a. câmpul electric corespunzător (b. Odată cu dezvoltarea teoriei cuantice a radiației și odată cu apariția laserului, câmpul afirmă că majoritatea descrie îndeaproape câmpul electromagnetic clasic au fost studiate în mare măsură De la nașterea teoriei cuantice a radiației corpului negru, întrebarea cât de bine descriu ecuațiile Planck și Stefan-Boltzmann densitatea de energie în interiorul cavităților reale, finite, cu semi. -ziduri reflectorizante a fost subiectul unor discuții repetate. Majoritatea lor au avut loc în primele două decenii ale acestui secol, dar întrebarea nu a fost complet închisă, iar în ultimii ani interesul pentru aceasta și pentru alte probleme conexe Printre motivele renașterii interesului pentru acest subiect cel mai vechi al fizicii moderne se numără dezvoltarea opticii cuantice, teoria coerenței parțiale și aplicarea acesteia la studiul proprietăților statistice ale radiațiilor; înțelegerea insuficientă a proceselor de schimb de căldură prin radiație între corpurile apropiate la temperaturi scăzute și problema standardelor de radiație infraroșie îndepărtată, pentru care lungimea de undă nu poate fi considerată mică, precum și o serie de probleme teoretice legate de mecanica statistică a finitului sisteme. El a mai arătat că, în limita volumelor mari sau a temperaturilor ridicate, numărul Jeans este valabil pentru o cavitate de orice formă. Ulterior, pe baza rezultatelor lucrării lui Weyl, s-au obținut aproximări asimptotice, unde D0 (v) a fost pur și simplu primul termen al seriei, a cărui sumă totală D (v) a fost densitatea medie a modului. Valul către Vroy - Gosya pe o orbită circulară, este necesar ca suma asociată cu lungimea traiectoriei electrice - marya Znr să fie multiplu în ipoteza circularității. g g orbite. Unde, diferite de lungimea de undă a electronului. În caz contrar, va exista interferență - în acest caz, unda va fi distrusă din cauza ționării, grăsimii - este descrisă interferența (9. Condiție cu o linie esențială. formarea unei orbite stabile cu raza g. Prin analogie cu teoria cuantică a radiațiilor, de Broglie a sugerat în 1924 că electronul și, în plus, orice particulă materială în general posedă simultan atât proprietăți ondulatorii, cât și proprietăți corpusculare. Potrivit lui de Broglie, o particulă în mișcare cu masa m și viteza v corespunde unei lungimi de undă K h / mv, unde h este constanta lui Planck. În conformitate cu teoria cuantică a radiațiilor, energia emițătorilor elementari se poate modifica doar în salturi care sunt multipli ai unei anumite valori care este constantă pentru o anumită frecvență de radiație. Porțiunea minimă de energie se numește cuantum de energie. Acordul strălucit dintre teoria complet cuantică a radiațiilor și materiei și experiment, realizat folosind deplasarea Lamb ca exemplu, a oferit un argument puternic în favoarea cuantizării câmpului de radiații. Cu toate acestea, un calcul detaliat al deplasării Lamb ne-ar duce departe de direcția principală a opticii cuantice. Tranzițiile Mössbauer, cele mai convenabile în aplicațiile experimentale. Aceste date confirmă concluziile teoriei cuantice a radiațiilor pentru gama gama.
După ce am prezentat acest raționament scurt pentru teoria cuantică a radiației, să trecem la cuantificarea câmpului electromagnetic liber. Masa în repaus a unui foton în teoria cuantică a radiației este considerată egală cu zero. Cu toate acestea, acesta este doar un postulat al teoriei, deoarece niciun experiment fizic real nu poate confirma acest lucru. Să ne oprim pe scurt asupra principiilor de bază ale teoriei cuantice a radiațiilor. Dacă dorim să înțelegem acțiunea unui divizor de fascicul și proprietățile sale cuantice pe baza teoriei radiației cuantice, trebuie să urmăm rețeta de mai sus: mai întâi găsim modurile proprii și apoi cuantificăm, așa cum este descris în capitolul anterior. Dar care sunt condițiile la limită în cazul nostru care determină aceste moduri? În primul rând, este necesar să se extindă teoria cuantică a radiației pentru a lua în considerare efectele stochastice non-cuantice, cum ar fi fluctuațiile termice. Aceasta este o componentă importantă a teoriei coerenței parțiale. În plus, astfel de distribuții fac clară legătura dintre teoriile clasice și cele cuantice. Cartea este un manual pentru studierea cursurilor Teoria cuantică a radiațiilor și Electrodinamica cuantică. Principiul construcției cărții: prezentarea fundamentelor cursului ocupă o mică parte din volumul său, cea mai mare parte a materialului factual este prezentat sub formă de probleme cu soluții, aparatul matematic necesar este dat în anexe. Toată atenția este concentrată asupra naturii non-relativiste a tranzițiilor radiative în sistemele atomice. Teoria cuantică elementară a radiației corpului negru nu este capabilă să determine teoretic AnJBnm în formula (11.32). Einstein a arătat, încă înainte de dezvoltarea teoriei cuantice a radiației, că echilibrul statistic între radiație și materie este posibil doar în cazul în care, alături de emisia stimulată, proporțională cu densitatea radiației, există radiație spontană, care apare în absență. a radiatiilor externe. Emisia spontană este cauzată de interacțiunea unui sistem atomic cu oscilații în punctul zero ale câmpului electromagnetic. Einstein a arătat, încă înainte de dezvoltarea teoriei cuantice a radiației, că echilibrul statistic între radiație și materie este posibil doar în cazul în care, alături de emisia stimulată, proporțională cu densitatea radiației, există radiație spontană, care apare în absență. a radiatiilor externe. Emisia spontană este cauzată de interacțiunea unui sistem atomic cu oscilații în punctul zero ale câmpului electromagnetic. Stark și Einstein, bazându-se pe teoria cuantică a radiațiilor, la începutul secolului XX au formulat a doua lege a fotochimiei: fiecare moleculă care participă la o reacție fotochimică absoarbe o cantitate de radiație, care provoacă reacția. Acesta din urmă se datorează probabilității extrem de scăzute de reabsorbție a cuantumului de către moleculele excitate, datorită concentrației lor scăzute în substanță. Expresia coeficientului de absorbție se obține pe baza teoriei cuantice a radiației. Pentru regiunea de microunde, aceasta reprezintă o funcție complexă în funcție de pătratul frecvenței de tranziție, forma liniei, temperatură, numărul de molecule la nivelul energetic inferior și pătratul elementului de matrice al momentului dipol de tranziție

25 Teoria lui Einstein despre radiații și generarea luminii

Einstein începe prin a lua în considerare o dificultate în teoria radiației corpului negru. Dacă ne imaginăm că oscilatorii electromagnetici, care sunt moleculele corpului, respectă legile statisticii clasice ale lui Maxwell - Boltzmann, atunci fiecare astfel de oscilator va avea în medie energia:

unde R este constanta lui Clapeyron, N este numărul lui Avogadro. Folosind relația lui Planck dintre energia medie a oscilatorului și densitatea de energie volumetrică care este în echilibru cu aceasta în radiație:

unde Eν este energia medie a oscilatorului cu frecvența v, L este viteza luminii, ρ este densitatea energiei radiației volumetrice, Einstein scrie egalitatea:

Din el găsește densitatea de energie volumetrică:

„Această relație”, scrie Einstein, „găsită în condiția echilibrului dinamic, nu numai că contrazice experiența, dar afirmă și că în imaginea noastră nu poate fi vorba despre nicio distribuție neechivocă a energiei între eter și materie.” De fapt, energia radiației totale se dovedește a fi infinită:

În același an, 1905, Rayleigh și Genet au ajuns la o concluzie similară, independent unul de celălalt. Statistica clasică duce la o lege a radiațiilor care este puternic opusă experienței. Această dificultate a fost numită „catastrofa ultravioletă”.

Einstein subliniază că formula lui Planck:

pentru lungimi de undă lungi și densități mari de radiație se transformă în formula pe care a găsit-o:

Einstein subliniază că valoarea numărului lui Avogadro coincide cu valoarea găsită printr-o altă metodă. Revenind mai departe la legea lui Wien, care este bine justificată pentru valori mari ale ν/T, Einstein obține o expresie pentru entropia radiației:

„Această egalitate arată că entropia radiației monocromatice de densitate suficient de scăzută depinde de volum în același mod ca entropia unui gaz ideal sau a unei soluții diluate.”

Rescriind această expresie ca:

și comparând-o cu legea lui Boltzmann:

S-S0= (R/N) lnW,

Einstein găsește o expresie pentru probabilitatea ca energia radiației în volumul V0 să fie concentrată într-o parte a volumului V:

Trei opțiuni de generare a luminii

Există trei metode fundamentale de generare a luminii: radiația termică, descărcarea de gaz de înaltă și joasă presiune.

· Radiația termică - radiația unui fir încălzit la o temperatură maximă în timpul trecerii curentului electric. Exemplul este soarele cu o temperatură a suprafeței de 6000 K. Elementul cel mai potrivit pentru aceasta este wolfram, care are cel mai înalt punct de topire dintre metale (3683 K).

Exemplu: Lămpile cu incandescență și cu halogen funcționează din cauza radiației termice.

· O descărcare de arc de gaz apare într-un recipient de sticlă închis umplut cu gaze inerte, vapori de metal și elemente de pământuri rare atunci când este aplicată tensiune. Luminescența rezultată a materialelor de umplere gazoase dă culoarea dorită a luminii.

Exemplu: Lămpile cu mercur, halogenuri metalice și sodiu funcționează folosind o descărcare cu arc de gaz.

· Proces luminiscent. Sub influența unei descărcări electrice, vaporii de mercur pompați într-un tub de sticlă încep să emită raze ultraviolete invizibile, care, atunci când lovesc fosforul aplicat pe suprafața interioară a sticlei, sunt transformați în lumină vizibilă.

Exemplu: Datorită procesului fluorescent, lămpile fluorescente și lămpile fluorescente compacte funcționează.

26) ANALIZA SPECTRALĂ - un set de metode pentru determinarea compoziției și structurii elementare și moleculare a substanțelor din spectrele acestora. Cu ajutorul lui S.<а. определяют как осн. компоненты, составляющие 50- 60% вещества анализируемыхобъектов, так и незначит. примеси в них (до и менее). С. а. - наиб. распространённый аналитич. метод, св. 20- 30% всеханализов выполняется с помощью этого метода, в т. ч. контроль состава сплавовв металлургии, автомоб. и авиац. пром-сти, технологии переработки руд, <анализ экологич. объектов и материалов высокой чистоты, хим., биол. и мед. <исследования. Особо важное значение С. а. имеет при поисках полезных ископаемых.

Baza S. a. este spectroscopia atomilor și moleculelor; se clasifică după scopul analizei şi tipurile de spectre. În atomic S. a. (ASA) determina compoziția elementară a probelor din spectre de emisie și absorbție atomică (ionică); în molecular S. a. (MSA) - compoziția moleculară a unei substanțe conform spectrelor moleculare de absorbție, emisie, reflexie, luminiscență și împrăștiere Raman a luminii. Emisia S. a. realizat folosind spectrele de emisie ale atomilor, ionilor și moleculelor excitați. Absorbția S. a. efectuate în funcţie de spectrele de absorbţie ale obiectelor analizate. În S. a. adesea combina mai multe.<спектральных методов, а также применяют др. аналитич. методы, что расширяетвозможности анализа. Для получения спектров используют разл. типы спектральныхприборов в зависимости от целей и условий анализа. Обработка эксперим. <данных может производиться на ЭВМ, встроенных в спектральный прибор. Analiza spectrală atomică Sunt două principale. varianta atomului C. a. - emisie atomică (AESA) și absorbție atomică (AAA). Analiza spectrală a emisiei atomice se bazează pe dependența 1 =f(c) a liniei spectrale de intensitate 1 de emisie (emisie) a elementului care se determină x de concentrația acestuia în obiectul analizat: unde este probabilitatea unei tranziții cuantice de la starea q la starea p,n q este concentrația atomilor aflați în starea q în sursa de radiație (substanța studiată), este frecvența tranziției cuantice. Dacă echilibrul termodinamic local este satisfăcut în zona de radiație, concentrația de electroni este n e 14 -10 15 și distribuția lor de viteză este Maxwelliană,<то unde n a este concentrația atomilor neexcitați ai elementului care se determină în regiunea de radiație, g q este ponderea statistică a stării q, Z este suma statistică pentru stările q și energia de excitație de nivelul q. Astfel, concentrația dorită n a este o funcție de temperatură care practic nu poate fi controlată strict. Prin urmare, intensitatea analizei este de obicei măsurată. linii relativ la unele interne<стандарта, присутствующего в анализируемом объекте в известной концентрацииn ст. Если стандартная линия близка к аналитической, то (K - постоянная величина). Эта зависимость используется в С. а. в тех случаях, <когда отсутствует самообращение используемых линий.

În AESA sunt utilizate în principal. instrumente spectrale cu fotoînregistrare (spectrografe) și fotoelectrice. înregistrare (cuantometre). Radiația probei studiate este direcționată către fanta de intrare a dispozitivului folosind un sistem de lentile, lovește un dispozitiv de dispersie (prismă sau rețea de difracție) și, după monocromatizare, este focalizată de un sistem de lentile în planul focal, unde este amplasată o placă fotografică sau un sistem de fante de ieșire (cuantometru), în spatele căreia sunt instalate fotocelule sau fotomultiplicatoare. La fotografiere, intensitatea liniilor este determinată de densitatea de înnegrire S, măsurată cu un microfotometru: unde p este așa-numitul. constanta Schwarzschild, - factor de contrast; t - timpul de expunere. În AESA, substanța studiată trebuie să fie în stare de gaz atomic.<Обычно атомизация и возбуждение атомов осуществляются одновременно - висточниках света. Для анализа металлов, сплавов и др. проводников чащевсего используют дуговой разряд или искровой разряд,гдев качестве электродов служат сами анализируемые пробы. Дуговой разряд применяетсяи для анализа непроводящих веществ. В этом случае порошкообразную пробупомещают в углубление в графитовом электроде (метод испарения) или с помощьюразл. устройств вводят порошок в плазму дугового разряда между горизонтальнорасположенными графитовыми электродами. Применяется также введение порошкообразныхпроб в дуговые плазмотроны. При АЭСА растворов в качестве источников возбуждающего света применяютпламя горючих газов (смеси ацетилен - кислород, ацетилен - закись азотаи др.). В качестве источников света начали использовать также безэлектродныйразряд и особенно индуктивносвязанную плазму. Во всех случаях растворв виде аэрозоля потоком аргона вводят в зону возбуждения спектра (темп-ра2500-3000 К в пламенах и 6000- 10000 К в плазме разряда), где происходитвысушивание, испарение и атомизация аэрозоля. Процесс атомизации в методах АЭСА обычно носит термич. характер, чтопозволяет сделать нек-рые обобщения. В реальных условиях, учитывающих кинетикупроцесса, для частиц, находящихся в зоне с темп-рой ТT кип (T кип - темп-pa кипения), зависимость кол-ва испарившихсячастиц от времени описывается ур-нием: unde r este raza particulei, D este coeficientul. difuzie, - tensiunea superficială a soluției, p - presiunea vaporilor saturați, M - mol. densitatea masei. Folosind această ecuație, puteți afla cantitatea de substanță care s-a evaporat în timpul t.

Dacă molecula este formată din elementele n 1 și n 2, atunci gradul de atomizare poate fi calculat conform ecuației: unde M 1 și M 2 sunt la. mase ale elementelor n 1 și n 2; Z 1 și Z 2 - statistic.<суммы по состояниям этих элементов, M МОЛ - мол. массаатомизирующейся молекулы, Z 3 - статистич. сумма по еёсостояниям, -энергия диссоциации молекулы. Такого типа расчёты позволяют найти концентрациюатомов определяемого элемента п а в ур-нии (2) и определитьеё связь с интенсивностью аналитич. линии. Необходимость учитывать взаимодействиеопределяемого элемента с окружающей средой, др. компонентами анализируемоговещества, ионизацию атомов определяемого элемента и др. эффекты значительноусложняет картину испарения и атомизации исследуемого вещества. С цельюоблегчения С. а. создаются спец. программы расчёта на ЭВМ достаточно сложныхреакций в газовой и конденсированных фазах при заданных темп-ре идавлении. В источниках излучения чаще всего не соблюдается термодинамич. равновесие, <поэтому эти расчёты могут использоваться лишь при выборе оптим. условийанализа. В АЭСА применяют эмпирич. метод, заключающийся в эксперим. построениианалитич. ф-ции с помощью серии стандартных образцов анализируемого материала с заранееточно известными содержаниями определяемого элемента. Такие образцы либоизготовляют специально, либо заранее в неск. образцах устанавливают концентрациюэтого элемента точными методами. Измеряя затем аналитич. сигнал , находят содержание определяемого элемента в пробе. Структура и физ.-хим. свойства анализируемого и стандартного объектовмогут оказаться неадекватными (различны, напр., условия парообразованиястепени атомизации, условий возбуждения). Эти различия приходится учитыватьпри С. а. В таких случаях используют метод факторного статистич. планированияэксперимента. В результате экспериментов получают т. н. ур-ния регрессии, <учитывающие влияние на интенсивность аналитич. линий концентраций всехэлементов, составляющих пробу, и устанавливают концентрацию анализируемогоэлемента с помощью этих ур-ний. Совр. многоканальные квантометры позволяютодновременно измерять интенсивность большого числа спектральных линий. <На основе этих эксперим. данных с помощью ЭВМ можно решать довольно сложныеслучаи анализа, однако за счёт измерения неск. линий случайная погрешностьопределения С. возрастает. Атомно-абсорбционный анализ (ААА) основан на зависимости аналитич. сигнала(абсорбционности) (где - интенсивности падающего и прошедшего сквозь образец света) от концентрации(Бугера- Ламберта - Берa закон): где k v - коэф. поглощения на частоте v, l - эфф. <длина светового пути в области поглощения, п - концентрация атомованализируемого элемента в парах. Схема установки ААА включает: независимый источник излучения света счастотой v, равной частоте аналитич. линии определяемого элемента; атомизатор, <преобразующий пробу в атомарный пар; спектрофотометр. Свет, прошедший сквозьатомный пар, системой линз направляется на входную щель спектрофотометра, <интенсивность аналитич. спектральной линии на выходе регистрируется фотоэлектрич. методом. Поскольку естественнаяширина спектральной линии, постоянна, зависит только от времени жизнивозбуждённого состояния и обычно пренебрежимо мала, разница контуров линиииспускания и поглощения определяется в осн. допплеровским и лоренцевским уширениями: (aici p este presiunea, c este viteza luminii, m este atomic, M este greutatea moleculară, este secțiunea transversală efectivă a coliziunilor care duc la lărgire, K este constanta).T. Astfel, lățimile contururilor liniilor de absorbție și emisie pot fi diferite în funcție de presiunea, temperatura și compoziția fazei gazoase în sursa de radiație și în celula absorbantă, ceea ce va afecta aspectul funcției și poate duce la ambiguitate în rezultatele SA. Într-o oarecare măsură, acest lucru poate fi eliminat folosind tehnici destul de complexe. În metoda Walsh se folosesc lămpi cu catod gol (HCL), care emit linii spectrale mult mai înguste decât liniile de absorbție ale atomilor elementelor care se determină în celulele absorbante convenționale. Ca urmare, dependența într-un interval destul de larg de valori ale lui A (0 -0,3) se dovedește a fi o funcție liniară simplă. Ca atomizor în AAA, se utilizează descompunerea. flăcări pe bază de amestecuri de hidrogen - oxigen, acetilenă - aer, acetilenă - protoxid de azot etc. Se analizează un aerosol dintr-o soluție de probă suflată într-o flacără care arde. Se măsoară secvenţial intensitatea şi I 0 luminii care trece prin flacără în timpul furnizării unui aerosol şi fără alimentarea acestuia. În modern aparatele de măsurare sunt automatizate. În unele cazuri, procesele de evaporare și atomizarea ulterioară a probei nu au loc complet în faza gazoasă din cauza temperaturii scăzute a flăcării (T ~ 3000 K). Procesele de evaporare a particulelor de aerosoli și gradul de atomizare a flăcării depind, de asemenea, puternic de compoziția flăcării (raportul oxidantului combustibil), precum și de compoziția soluției de aerosoli. Reproductibilitate analitică bună. semnal (în cele mai bune cazuri S r este 0,01-0,02) poate fi obținut utilizând ca surse LPC, a cărei radiație este foarte stabilă, și prin efectuarea proceselor de evaporare și atomizare în flacără.

27) Lățimea liniei de emisie naturală. Lărgirea liniei Doppler în medii gazoase.LĂȚIME LINIE SPECTRALĂ NATURALĂ- lățimea liniei spectrale datorată tranzițiilor cuantice spontane ale unui sistem cuantic izolat (atom, moleculă, nucleu etc.). E. sh. Cu. l. numit de asemenea radiatii lăţime. În conformitate cu principiul incertitudinii, niveluri excitate i energiile unui sistem cuantic cu o durată de viață finită t i, sunt cvasi-discrete și au o lățime finită (mică) (vezi Lățimea nivelului Energia nivelului excitat este egală cu - probabilitatea totală a tuturor tranzițiilor cuantice spontane posibile de la nivel). eu (A ik- probabilitatea de a trece la un nivel k; vezi coeficienții Einstein). Dacă nivelul de energie j, la care merge sistemul cuantic, este și el excitat, atunci E. sh. Cu. l. egal cu (G i+G j). Probabilitate dw ij radiația fotonică în domeniul de frecvență d w în timpul tranziției i-j este determinată de f-loy: Pentru liniile de rezonanță ale atomilor și ionilor E. sh. Cu. l. este egal cu: Unde f ij- puterea oscilatorului de tranziție i-j, este foarte mic în comparație cu frecvența de tranziție w ij: G/g ij~ a 3 (z+1) 2 (aici a=1/137 este constanta structurii fine, z este multiplicitatea sarcinii ionice). Liniile interzise sunt deosebit de mici ca lățime. Lățimea naturală a liniilor clasice. oscilator cu sarcină e, masa Tși proprii frecvența w 0 este egală cu: Г = 2еw 2 0 /3mс 3 . Radiația atenuarea conduce, de asemenea, la o deplasare foarte uşoară a maximului liniei către frecvenţe inferioare ~Г 2 /4w 0 . Tranziții cuantice spontane care determină lățimea finită a nivelurilor de energie și E.n. Cu. l., nu apar întotdeauna cu emisia de fotoni. lărgirea Doppler a liniei spectrale. Această extindere este asociată cu efectul Doppler, adică cu dependența frecvenței radiației observate de viteza emițătorului. Dacă o sursă care produce radiații monocromatice cu o frecvență în stare staționară se deplasează cu viteză către observator astfel încât proiecția vitezei pe direcția de observație este, atunci observatorul înregistrează o frecvență mai mare a radiației. unde c este viteza de fază a propagării undei; 0 este unghiul dintre direcțiile vitezei emițătorului și observație. În sistemele cuantice, sursele de radiație sunt atomii sau moleculele. Într-un mediu gazos aflat în echilibru termodinamic, vitezele particulelor sunt distribuite conform legii Maxwell-Boltzmann. Prin urmare, forma liniei spectrale a întregii substanțe va fi asociată cu această distribuție. Spectrul înregistrat de observator trebuie să conțină un set continuu de particule, deoarece diferiți atomi se mișcă cu viteze diferite față de observator. Luând în considerare doar proiecțiile vitezei din distribuția Maxwell-Boltzmann, putem obține următoarea expresie pentru forma liniei spectrale Doppler: Această dependență este o funcție Gauss. Lățimea liniei corespunzătoare valorii. Odată cu creșterea masei particulelor M și scăderea temperaturii T, lățimea liniei scade. Datorită efectului Doppler, linia spectrală a întregii substanțe nu coincide cu linia spectrală a unei particule individuale. Linia spectrală observată a unei substanțe este o suprapunere a liniilor spectrale ale tuturor particulelor substanței, adică linii cu frecvențe centrale diferite. Pentru particulele ușoare la temperaturi obișnuite, lățimea de linie Doppler în domeniul optic poate depăși lățimea naturală a liniei cu câteva ordine de mărime și poate atinge valori mai mari de 1 GHz. Procesul în care forma liniei spectrale a întregii substanțe nu coincide cu forma liniei spectrale a fiecărei particule se numește lărgire neomogenă a liniei spectrale. În cazul luat în considerare, cauza lărgirii neomogene a fost efectul Doppler. Forma liniei spectrale Doppler este descrisă de o funcție Gaussiană. Dacă distribuția vitezelor particulelor diferă de Maxwellian, atunci forma liniei spectrale Doppler va diferi de funcția Gaussiană, dar lărgirea va rămâne neomogenă.

28 Lasere: principii de funcționare, caracteristici principale și aplicații

Laserul este o sursă de lumină monocromatică coerentă cu un fascicul de lumină extrem de directiv.

Principalul proces fizic care determină acțiunea unui laser este emisia stimulată de radiații. Apare atunci când un foton interacționează cu un atom excitat atunci când energia fotonului coincide exact cu energia de excitație a atomului (sau a moleculei).

Ca urmare a acestei interacțiuni, atomul intră într-o stare neexcitată, iar excesul de energie este emis sub forma unui nou foton cu exact aceeași energie, direcție de propagare și polarizare ca și cea a fotonului primar. Astfel, consecința acestui proces este prezența a doi fotoni absolut identici. Odată cu interacțiunea ulterioară a acestor fotoni cu atomi excitați similari cu primul atom, poate apărea o „reacție în lanț” de multiplicare a fotonilor identici care „zboară” absolut exact într-o direcție, ceea ce va duce la apariția unui fascicul de lumină îngust direcționat. Pentru ca o avalanșă de fotoni identici să apară, este necesar un mediu în care ar exista mai mulți atomi excitați decât cei neexcitați, deoarece absorbția fotonului ar avea loc atunci când fotonii interacționează cu atomi neexcitați. Un astfel de mediu se numește mediu cu o populație inversă de niveluri de energie.

Laserele au găsit o largă aplicație și, în special, sunt utilizate în industrie pentru diferite tipuri de prelucrare a materialelor: metale, beton, sticlă, țesături, piele etc.

Procesele tehnologice cu laser pot fi împărțite în două tipuri. Prima dintre ele folosește capacitatea de a focaliza extrem de fin raza laser și de a doza cu precizie energia, atât în ​​modul pulsat, cât și în modul continuu. În astfel de procese tehnologice se folosesc lasere de putere medie relativ scăzută: acestea sunt lasere cu gaz pulsat-periodic. Cu ajutorul acestuia din urmă, a fost dezvoltată o tehnologie de găurire subțiri în pietre de rubin și diamant pentru industria ceasurilor și o tehnologie de fabricare a matrițelor pentru tragerea de sârmă subțire. Principala zonă de aplicare a laserelor pulsate de putere redusă este asociată cu tăierea și sudarea pieselor miniaturale în microelectronică și industria vidului electric, cu marcarea pieselor miniaturale, arderea automată a numerelor, literelor și imaginilor pentru nevoile industria tipografică.

Al doilea tip de tehnologie laser se bazează pe utilizarea laserelor cu putere medie mare: de la 1 kW și peste. Laserele puternice sunt utilizate în astfel de procese tehnologice consumatoare de energie, cum ar fi tăierea și sudarea tablelor groase de oțel, întărirea suprafeței, ghidarea și alierea pieselor mari, curățarea clădirilor de contaminanții de suprafață, tăierea marmurei, granitului, tăierea țesăturilor, a pielii și a altor materiale. La sudarea cu laser a metalelor, se realizează suduri de înaltă calitate și nu este necesară utilizarea camerelor de vid, ca și în cazul sudării cu fascicul de electroni, iar acest lucru este foarte important în producția de transportoare.

Tehnologia laser puternică și-a găsit aplicații în inginerie mecanică, industria auto și industria materialelor de construcții. Permite nu numai îmbunătățirea calității prelucrării materialelor, ci și îmbunătățirea indicatorilor tehnici și economici ai proceselor de producție.

Laserele cu gaz sunt poate cel mai utilizat tip de laser astăzi și sunt fără îndoială superioare chiar și laserelor cu rubin în acest sens. Printre diferitele tipuri de lasere cu gaz, este întotdeauna posibil să găsiți unul care să satisfacă aproape orice cerințe laser, cu excepția puterii foarte mari în regiunea vizibilă a spectrului în modul pulsat. Sunt necesare puteri mari pentru multe experimente atunci când se studiază proprietățile optice neliniare ale materialelor.

Particularitățile laserelor cu gaz se datorează adesea faptului că, de regulă, sunt surse de spectre atomice sau moleculare. Prin urmare, lungimile de undă ale tranzițiilor sunt cunoscute cu precizie, sunt determinate de structura atomică și, de obicei, nu depind de condițiile de mediu.

LASERELE SEMICONDUCTOR - Exemplul principal al modului în care funcționează laserele semiconductoare este dispozitivul de stocare Magneto-Optic (MO).

30 . Rezonatoare optice deschise. Moduri longitudinale. Moduri transversale. Stabilitatea difracției

În 1958, Prokhorov A.M. (URSS) și independent de el R. Dicke, A. Shavlov, C. Towns (SUA) au fundamentat ideea posibilității de a folosi rezonatoare deschise în domeniul optic în locul celor volumetrice. Astfel de rezonatoare sunt numite optică deschisă sau pur si simplu optic, L >> l

Dacă m = n = const, atunci

Setul rezultat de frecvențe de rezonanță aparține așa-numitului longitudinal(sau axial) Modă. Modurile axiale sunt vibrații care se propagă strict de-a lungul axei optice a rezonatorului. Au cel mai înalt factor de calitate. Modurile longitudinale diferă unele de altele doar în distribuția de frecvență și câmp de-a lungul axei Z (adică, diferența dintre frecvențele adiacente este constantă și depinde numai de geometria rezonatorului)

Modurile cu indici diferiți m și n vor diferi în distribuția câmpului în planul perpendicular pe axa rezonatorului, adică. în direcţia transversală de aceea se numesc transversal(sau non-axial) moduri. Pentru modurile transversale care diferă în indici m și n, structura câmpului va fi diferită în direcția axelor x, respectiv y.

Diferența de frecvență a modurilor transversale cu indicii m și n care diferă cu 1 este egală cu:

poate fi reprezentat ca:

unde NF este numărul Fresnel, .

Fiecărui mod transversal îi corespunde un număr infinit de longitudinale, care diferă prin indicele g.

Modurile caracterizate prin aceiași indici m și n, dar g diferiți, sunt unite sub denumirea generală de moduri transversale. Vibrația corespunzătoare unui anumit g se numește modul longitudinal legat de acest mod transversal.

În teoria rezonatoarelor deschise, se obișnuiește să se desemneze moduri individuale ca TEMmnq, unde m, n sunt indicii modului transversal, g este indicele longitudinal. Denumirea TEM corespunde expresiei engleze Transvers Electromagnetic (oscilații electromagnetice transversale, care au proiecții neglijabile ale vectorilor E și H pe axa Z). Deoarece numărul g este foarte mare, indicele g este adesea omis și modurile rezonatorului sunt desemnate TEMmn. Fiecare tip de mod transversal TEMmn are o anumită structură de câmp în secțiunea transversală a rezonatorului și formează o anumită structură a punctului de lumină pe oglinzile rezonatorului (Fig. 1.8). Spre deosebire de un rezonator cu cavitate, modurile deschise pot fi observate vizual.

Pierderile de difracție ale modurilor reale se dovedesc a fi semnificativ mai mici datorită faptului că, în timpul trecerilor multiple de radiație între oglinzi, are loc o selecție „naturală” pentru acele moduri pentru care amplitudinea maximă a câmpului este situată în centrul oglinzilor. Astfel, într-un rezonator deschis în prezența pierderilor de difracție, moduri adevărate nu pot exista, adică. configurații staționare ale câmpului electromagnetic, cum ar fi undele staționare, similare cu cele existente într-un rezonator cu cavitate. Cu toate acestea, există un anumit număr de tipuri de oscilații care au pierderi de difracție scăzute (uneori sunt numite cvasimoduri sau moduri rezonatoare deschise). Câmpul acestor oscilații (moduri) este concentrat în apropierea axei rezonatorului și practic scade la zero în regiunile sale periferice.

31 Compoziția modului de radiație de la generatoarele laser. Moduri de funcționare ale laserelor cu stare solidă

Compoziția modului de radiație depinde în mod semnificativ de proiectarea și dimensiunea rezonatorului laser cu semiconductor, precum și de mărimea puterii radiației. apar efecte multimodale. Îngustarea liniei este limitată de fluctuațiile de fază cauzate de emisia spontană. Evoluția spectrului de emisie cu creșterea puterii în injecție. laserul este prezentat în fig. 7. În modul cu o singură frecvență, se observă o îngustare a liniei spectrale la Hz; min. Valoarea lățimii liniei într-un laser semiconductor cu stabilizare în mod cu o singură frecvență folosind extern selectiv. rezonatorul este de 0,5 kHz. Într-un laser cu semiconductor, prin modularea pompei, este posibil să se obțină modulatori. radiații, de ex. sub formă de pulsații sinusoidale cu o frecvență care atinge în unele cazuri 10-20 GHz, sau sub formă de impulsuri ultrasonice de durată subpicosecundă Informația este transmisă cu ajutorul unui laser semiconductor. la o viteză de 2-8 Gbit/s.

Laser cu stare solidă- un laser în care o substanță în stare solidă este utilizată ca mediu activ (spre deosebire de gazele din laserele cu gaz și lichidele din laserele colorante).

Circuitele de funcționare ale substanțelor active ale laserelor cu stare solidă sunt împărțite în trei și patru nivele. În care dintre scheme funcționează un anumit element activ este judecat prin diferența de energie dintre nivelurile de funcționare principal și inferior. Cu cât această diferență este mai mare, cu atât este posibilă generarea mai eficientă la temperaturi mai ridicate. De exemplu, starea fundamentală a ionului Cr3+ este caracterizată de două subnivele, distanța dintre care este de 0,38 cm-1. Cu o astfel de diferență de energie, chiar și la temperatura heliului lichid (~4 K), populația subnivelului superior este doar cu ~13°/0 mai mică decât cea inferioară, adică sunt populate în mod egal și, prin urmare, rubin. este o substanță activă cu o schemă pe trei niveluri la orice temperatură. Pentru ionul de neodim, nivelul laser inferior pentru radiație la =1,06 μm este situat la 2000 cm-1 deasupra celui principal. Chiar și la temperatura camerei, la nivelul inferior există de 1,4-104 ori mai puțini ioni de neodim decât la nivelul principal, iar elementele active care folosesc neodim ca activator funcționează conform unei scheme pe patru niveluri.

Laserele cu stare solidă pot funcționa în moduri pulsate și continue. Există două moduri de operare în impulsuri ale laserelor cu stare solidă: modul cu oscilație liberă și modul Q-switched. În modul de rulare liberă, durata impulsului de radiație este aproape egală cu durata impulsului pompei. În modul Q-switched, durata impulsului este semnificativ mai scurtă decât durata impulsului pompei.

32) Optică neliniară - o ramură a opticii care studiază ansamblul fenomenelor optice observate în timpul interacțiunii câmpurilor luminoase cu o substanță care are o reacție neliniară a vectorului de polarizare P la vectorul intensității câmpului electric E al undei luminoase. În majoritatea substanțelor, această neliniaritate se observă doar la intensități luminoase foarte mari, realizate cu ajutorul laserelor. Este general acceptat că atât interacțiunea, cât și procesul în sine sunt liniare dacă probabilitatea sa este proporțională cu prima putere a intensității radiației. Dacă acest grad este mai mare decât unu, atunci atât interacțiunea, cât și procesul sunt numite neliniare. Astfel au apărut termenii de optică liniară și neliniară. Aspect optică neliniară asociat cu dezvoltarea laserelor care pot genera lumină cu o intensitate mare a câmpului electric, comparabilă cu puterea câmpului microscopic în atomi. Principalele motive care provoacă diferențe în impactul radiațiilor de mare intensitate față de radiațiile de intensitate scăzută asupra materiei: La intensitate mare de radiație, procesele multifotonice joacă rolul principal, atunci când mai mulți fotoni sunt absorbiți într-un act elementar. La intensitate mare de radiație, apar efecte de auto-interacțiune, ducând la o modificare a proprietăților inițiale ale substanței sub influența radiațiilor. Unul dintre cele mai frecvent utilizate procese de schimbare a frecvenței este generația a doua armonică. Acest fenomen permite ca ieșirea laser a unui laser Nd:YAG (1064 nm) sau a unui laser cu safir dopat cu titan (800 nm) să fie convertită în lumină vizibilă, cu lungimi de undă de 532 nm (verde) sau, respectiv, 400 nm (violet). . În practică, pentru a implementa dublarea frecvenței luminii, în fasciculul de ieșire al radiației laser este instalat un cristal optic neliniar orientat într-un mod strict definit.

33) Difuzarea luminii - împrăștierea undelor electromagnetice în domeniul vizibil în timpul interacțiunii lor cu materia. În acest caz, apare o schimbare în distribuția spațială, frecvența și polarizarea radiației optice, deși împrăștierea este adesea înțeleasă ca doar o transformare a distribuției unghiulare a fluxului de lumină. Fie și fie frecvențele luminii incidente și împrăștiate. Atunci Dacă - împrăștiere elastică Dacă - împrăștiere inelastică - împrăștiere Stokes - împrăștiere anti-Stokes Lumina împrăștiată oferă informații despre structura și dinamica materialului. împrăștierea Rayleigh- împrăștiere coerentă a luminii fără modificarea lungimii de undă (numită și împrăștiere elastică) pe particule, neomogenități sau alte obiecte, atunci când frecvența luminii împrăștiate este semnificativ mai mică decât frecvența naturală a obiectului sau a sistemului de împrăștiere. Formulare echivalentă: împrăștierea luminii de către obiecte ale căror dimensiuni sunt mai mici decât lungimea de undă. model de interacțiune cu un oscilator de împrăștiere Raman, linii spectrale apar în spectrul radiațiilor împrăștiate care nu sunt în spectrul luminii primare (excitante). Numărul și locația liniilor care apar sunt determinate de structura moleculară a substanței. Expresia pentru intensitatea radiației este unde P este momentul dipol indus, definit ca factor de proporționalitate α în această ecuație se numește polarizabilitatea moleculei. Să considerăm o undă luminoasă ca un câmp electromagnetic de intensitate E cu frecventa de oscilatie ν 0 : Unde E 0- amplitudine, a t- timp.

Radiație termala- Aceasta este radiația electromagnetică emisă de o substanță și care provine din cauza energiei sale interne.

Este cauzată de excitarea particulelor de materie în timpul ciocnirilor în timpul mișcării termice a ionilor care vibra.

Intensitatea radiației și compoziția sa spectrală depind de temperatura corpului, astfel încât radiația termică nu este întotdeauna percepută de ochi.

Corp. Când este încălzită la o temperatură ridicată, o parte semnificativă a energiei este emisă în domeniul vizibil, iar la temperatura camerei, energia este emisă în partea infraroșu a spectrului.

Conform standardelor internaționale, există 3 zone de radiații infraroșii:

1. Regiunea infraroșu A

λ de la 780 la 1400 nm

2. Regiunea infraroșu B

λ de la 1400 la 3000 nm

3. Regiunea infraroșu C

λ de la 3000 la 1000000 nm.

Caracteristicile radiației termice.

1. Radiația termică - acesta este un fenomen universal inerent tuturor corpurilor și are loc la o temperatură diferită de zero absolut (- 273 K).

2. Intensitatea radiației termice și compoziția spectrală depind de natura și temperatura corpurilor.

3. Radiația termică este de echilibru, adică. într-un sistem izolat la o temperatură constantă, corpurile emit pe unitatea de timp dintr-o unitate de suprafață atâta energie cât primesc din exterior.

4. Odată cu radiația termică, toate corpurile au capacitatea de a absorbi energia termică din exterior.

2 . Principalele caracteristici de absorbție.

1. Energie radiantă W (J)

2. Flux radiant P = W/t (W)

(flux de radiații)

3. Emisivitatea (luminozitatea energetică) este energia radiației electromagnetice emisă în toate direcțiile posibile pe unitatea de timp pe unitatea de suprafață la o anumită temperatură

RT= W/St (W/m2)

4. Capacitatea de absorbție (coeficientul de absorbție) este egală cu raportul dintre fluxul radiant absorbit de un corp dat și fluxul radiant incident asupra corpului la o temperatură dată.

αt = Ragl / Rpad.

3. Emițători termici și caracteristicile acestora.

Conceptul unui corp absolut negru.

Emițători termici- Acestea sunt dispozitive tehnice pentru producerea fluxului radiant termic. Fiecare sursă de căldură este caracterizată de emisivitate, capacitatea de absorbție, temperatura corpului radiant și compoziția spectrală a radiației.

Conceptul de corp absolut negru (a.b.b.) a fost introdus ca standard.

Când lumina trece printr-o substanță, fluxul radiant este parțial reflectat, parțial absorbit, împrăștiat și parțial trece prin substanță.

Dacă un corp absoarbe complet fluxul de lumină incident pe el, atunci se numește corp absolut negru.

Pentru toate lungimile de undă și la orice temperatură, coeficientul de absorbție este α=1. Nu există un corp absolut negru în natură, dar puteți indica un corp apropiat de el în proprietățile sale.

Modelul a.ch.t. este o cavitate cu o gaură foarte mică ai cărei pereți sunt înnegriți. Fasciculul care intră în gaură după reflexii multiple de la pereți va fi absorbit aproape complet.

Dacă încălziți un astfel de model la o temperatură ridicată, gaura va străluci, această radiație se numește radiație neagră. Pentru a.ch.t. Proprietățile de absorbție ale catifei negre sunt similare.

α pentru funingine = 0,952

α pentru catifea neagră = 0,96

Un exemplu este pupila ochiului, o fântână adâncă etc.

Dacă α=0, atunci aceasta este o suprafață complet oglindă. Mai des α este în intervalul de la 0 la 1, astfel de corpuri sunt numite gri.

Pentru corpurile cenușii, coeficientul de absorbție depinde de lungimea de undă, radiația incidentă și, în mare măsură, de temperatură.

4. Legile radiațiilor termice și caracteristicile acestora

1. legea lui Kirkhoff:

raportul dintre emisivitatea unui corp și capacitatea de absorbție a unui corp la aceeași temperatură și la aceeași lungime de undă este o valoare constantă.

2. legea Stefan-Boltzmann:

emisivitatea a.h.t. proporțional cu puterea a patra a temperaturii sale absolute.

δ este constanta Stefan-Boltzmann.

δ=5,669*10-8 (W/m2*K4)

W=Pt=RTSt= 5StT4

T-temperatura

Pe măsură ce temperatura (T) crește, puterea de radiație crește foarte repede.

Când timpul (t) crește la 800, puterea radiației va crește de 81 de ori.

Radiatii infrarosii sau raze infraroșii, aceasta este radiația electromagnetică care ocupă regiunea spectrală dintre lumina roșie (cu o lungime de undă de 0,74 microni) și radiația radio cu unde scurte (1-2 mm).

Descoperirea radiațiilor infraroșii a avut loc în 1800.
Omul de știință englez W. Herschel a descoperit că în spectrul obținut al Soarelui dincolo de limita luminii roșii (adică în partea invizibilă a spectrului), temperatura termometrului crește. Un termometru plasat în spatele părții roșii a spectrului solar a arătat o temperatură crescută în comparație cu termometrele de control situate în lateral.

Regiunea infraroșu a spectrului conform clasificării internaționale este împărțită în:
- la aproape IR-A (de la 0,7 la 1,4 µm);
- IR-B mediu (1,4 - 3 µm);
- departe IR-S (peste 3 microni).

Toate solidele încălzite emit un spectru infraroșu continuu. Aceasta înseamnă că radiația conține unde cu toate frecvențele fără excepție, iar a vorbi despre radiații la orice anumită undă este un exercițiu inutil. Un solid încălzit emite radiații pe o gamă foarte largă de lungimi de undă.

La temperaturi scăzute (sub 400°C), radiația unui corp solid încălzit este aproape în întregime situată în regiunea infraroșu, iar un astfel de corp pare întunecat. Pe măsură ce temperatura crește, fracțiunea de radiație în regiunea vizibilă crește, iar corpul apare inițial:

Roșu închis.............470-650°C

Roșu cireș............700°C

Roșu deschis......800°C

Portocaliu intens...........900°C

Portocaliu-galben............1000°С

Galben deschis............1100°С

Galben pai...........1150°C

Alb de luminozitate diferită......1200-1400°C

În acest caz, atât energia radiației totale, cât și energia radiației infraroșii cresc. La temperaturi peste 1000°C, un corp încălzit începe să emită radiații ultraviolete.

Legile radiațiilor termice

Un loc special în teoria radiației termice îl ocupă Corpul Negru Absolut (ABB). Așa a numit G. Kirchhoff un corp a cărui capacitate de absorbție este egală cu unitatea la toate frecvențele și la toate temperaturile. Un corp real reflectă întotdeauna o parte din energia radiației incidente pe el. Chiar și funinginea se apropie de proprietățile unui corp complet negru doar în domeniul optic.

Corpul negru este corpul de referință în teoria radiației termice. Și, deși nu există un corp absolut negru în natură, este destul de simplu să implementezi un model pentru care capacitatea de absorbție la toate frecvențele va diferi neglijabil de unitate. Mai jos sunt legile care sunt valabile pentru gaura neagră.

Legea fundamentală a radiației termice a lui Planck stabilește dependența emisivității unui corp R de lungimea de undă λ și temperatura corpului T.

Dependența lui R de lungimea de undă la temperatură constantă este prezentată în figură. Puterea de radiație are un maxim la o anumită valoare λ max.

Deși spectrul se modifică cu temperatura, are modele generale care nu depind de T, dacă undele sunt exprimate într-o unitate adimensională λ /λ max. Apoi, ponderea energiei emise în diferite zone nu depinde de temperatură (ponderea în % din energia totală este prezentată în figură). Este util să ne amintim asta aproximativ 90% din energie se află în intervalul spectralλ /λ max = 0,5 ... 3,0, adică de la l max /2 la 3 l max.

Legea deplasării lui Wien . Lungime de undă lmax , corespunzătoare densității spectrale maxime de emisivitate a corpului negru, invers proporțională cu temperatura: l max = 2,9/Tunde C este o constantă.

LegeStefan-Boltzmann. Emisivitatea corpului negru, i.e. puterea totală de radiație pe unitate aria, proporțională cu puterea a patra a temperaturii: R= σT 4, unde σ este constanta Stefan-Boltzmann.

În teoria radiațiilor termice, este adesea folosit un model idealizat al corpurilor reale - conceptul de „corp gri”. Un corp este numit „gri” dacă coeficientul său de absorbție este același pentru toate frecvențele și depinde numai de temperatura materialului și de starea suprafeței sale. În realitate, un corp fizic real în caracteristicile sale se apropie de corpul gri doar într-o gamă restrânsă de frecvențe de radiație.

Legea radiației termice a lui Kirchhoff. Raportul dintre densitatea spectrală a luminozității energetice a unui corp și coeficientul său de absorbție monocromatic nu depinde de materialul corpului (adică este același pentru toate corpurile) și este egal cu densitatea spectrală a luminozității energetice a unui corp absolut. corp negru. Această valoare este doar o funcție de temperatură și frecvență de radiație.

Consecințele legii lui Kirchhoff.

Deoarece coeficientul de absorbție pentru orice corp este mai mic decât unitatea, emisivitatea oricărui corp pentru o anumită frecvență de radiație este mai mică decât cea pentru un corp negru. Cu alte cuvinte, un corp negru la orice temperatură și frecvență de radiație este cea mai intensă sursă de radiație.

Dacă un corp nu absoarbe radiații în nicio regiune a spectrului, atunci nu radiază în această regiune a spectrului.

Pentru o anumită temperatură, acele corpuri gri care au un coeficient de absorbție mai mare emit mai puternic.

ȘI intensitatea radiației de la o suprafață încălzită sau printr-o gaură în cuptor poate fi determinată prin formula (la L ≥F 0,5)

E = 0,91F((T/1000) 4 -A)/L 2

unde E este intensitatea iradierii, W/m2; F - suprafata radianta, m2; l este distanța de la centrul suprafeței radiante la obiectul iradiat, m; A = 85 - pentru pielea umană și țesătură de bumbac; A = 100 - coeficient constant pentru pânză.

Emisia de unde electromagnetice de către materie are loc din cauza

procese intraatomice și intramoleculare. Sursele de energie și, prin urmare, tipul de strălucire pot fi diferite: un ecran de televizor, o lampă fluorescentă, o lampă cu incandescență, lemn putrezit, un licurici etc.

Din varietatea de radiații electromagnetice, vizibile sau invizibile pentru ochiul uman, se poate evidenția una care este inerentă tuturor corpurilor. Aceasta este radiația de la corpurile încălzite sau radiația termică.

Radiație termala este caracteristică tuturor corpurilor la temperatura absolută T>0, iar sursa sa este energia internă a corpurilor radiante, sau mai bine zis, energia mișcării termice haotice a atomilor și moleculelor lor. În funcție de temperatura corpului, intensitatea radiației și compoziția spectrală se modifică, astfel încât radiația termică nu este întotdeauna percepută de ochi ca o strălucire.

Să ne uităm la câteva caracteristici de bază ale radiației termice. Puterea medie de radiație într-un timp semnificativ mai lung decât perioada oscilațiilor luminii este considerată flux de radiații F. În SI se exprimă în wați(W).

Fluxul de radiație emis de 1 m2 de suprafață se numește luminozitate energeticăR e. Se exprimă în wați pe metru pătrat (W/m2).

Un corp încălzit emite unde electromagnetice de diferite lungimi de undă. Să selectăm un interval mic de lungimi de undă din λ până la λ + Δλ . Luminozitatea energetică corespunzătoare acestui interval este proporțională cu lățimea intervalului:

Unde - densitatea spectrală a luminozității energetice a unui corp, egal cu raportul dintre luminozitatea energetică a unei secțiuni înguste a spectrului și lățimea acestei secțiuni, W/m 3.

Se numește dependența densității spectrale a luminozității energetice de lungimea de undă spectrul de radiații al corpului.

După ce am integrat (13), obținem o expresie pentru luminozitatea energetică a corpului:

Capacitatea unui corp de a absorbi energia radiațiilor se caracterizează prin coeficient de absorbție, egal cu raportul dintre fluxul de radiații absorbit de un corp dat și fluxul de radiații incidente asupra acestuia:

α = Fpogl/Fpad (15)

Deoarece coeficientul de absorbție depinde de lungimea de undă, (15) se scrie pentru fluxurile de radiații monocromatice și atunci acest raport determină coeficient de absorbție monocromatic:

αλ = Fpogl (λ) / Fpad (λ)

Din (15) rezultă că coeficienții de absorbție pot lua valori de la 0 la 1. Corpurile negre absorb radiațiile deosebit de bine: hârtie neagră, țesături, catifea, funingine, negru de platină etc.; Corpurile cu suprafața albă și oglinzile nu absorb bine.

Un corp al cărui coeficient de absorbție este egal cu unitatea pentru toate lungimile de undă (frecvențele) se numește negru. Absoarbe toate radiațiile incidente asupra ei la orice temperatură.

Nu există corpuri negre în natură, acest concept este o abstractizare fizică. Modelul cu corp negru este o gaură mică într-o cavitate opacă închisă. O grindă care intră în această gaură, reflectată de multe ori de pereți, va fi aproape complet absorbită. În viitor, acest model îl vom lua ca un corp negru (Fig. 26).

Un corp al cărui coeficient de absorbție este mai mic decât unitatea și nu depinde de lungimea de undă a luminii incidente pe el se numește gri.

Nu există corpuri gri în natură, dar unele corpuri dintr-un anumit interval de lungimi de undă emit și absorb ca corpuri gri. De exemplu, corpul uman este uneori considerat gri, având un coeficient de absorbție de aproximativ 0,9 pentru regiunea infraroșu a spectrului.

Relația cantitativă dintre radiație și absorbție a fost stabilită de G. Kirchhoff în 1859: la aceeași temperatură, raportul dintre densitatea spectrală a luminozității energetice și coeficientul de absorbție monocromatic este același pentru orice corp, inclusiv pentru cele negre ( legea lui Kirchhoff):

unde este densitatea spectrală a luminozității energetice a unui corp negru (indicii dintre paranteze înseamnă corpuri1 , 2 etc.).

Legea lui Kirchhoff poate fi scrisă și sub această formă:

Raportul dintre densitatea spectrală a luminozității energetice a oricărui corp și coeficientul de absorbție monocromatic corespunzător este egal cu densitatea spectrală a luminozității energetice a unui corp negru la aceeași temperatură.

Din (17) găsim o altă expresie:

Deoarece pentru orice corp (non-negru)< 1, то, как следует из (18), спектральная плотность энергетической светимости любо­го тела меньше спектральной плотности энергетической свети­мости черного тела при той же температуре. Черное тело при про­чих равных условиях является наиболее интенсивным источником Radiație termala.

Din (18) este clar că dacă un corp nu absoarbe nicio radiație (= 0), atunci nu o emite (= 0).

Radiația corpului negru are un spectru continuu. Graficele spectrelor de emisie pentru diferite temperaturi sunt prezentate în Fig. 27.

Din aceste curbe experimentale se pot trage o serie de concluzii.

Există o densitate spectrală maximă a luminozității energetice, care se deplasează către unde mai scurte odată cu creșterea temperaturii.

Pe baza (14), luminozitatea energetică a unui corp negru poate fi găsită ca aria cuprinsă de curbă și de axa x.

Din fig. 27 arată că luminozitatea energetică crește pe măsură ce corpul negru se încălzește.

Multă vreme, ei nu au putut obține teoretic o dependență a densității spectrale a luminozității energetice a unui corp negru de lungimea de undă și temperatură, ceea ce ar corespunde experimentului. În 1900 acest lucru a fost făcut de M. Planck.

În fizica clasică, emisia și absorbția radiațiilor de către un corp a fost considerată ca un proces continuu de undă. Planck a ajuns la concluzia că tocmai aceste prevederi de bază nu permiteau să se obțină relația corectă. El a exprimat o ipoteză din care a rezultat că un corp negru emite și absoarbe energie nu continuu, ci în anumite porțiuni discrete - cuante.

Pentru luminozitatea energetică a unui corp negru obținem:

unde este constanta lui Boltzmann.

Acest Legea Stefan-Boltzmann: luminozitatea energetică a unui corp negru este proporțională cu puterea a patra a temperaturii sale termodinamice.

Legea deplasării lui Wien:

unde este lungimea de undă la care are loc densitatea spectrală maximă a luminozității energetice a unui corp negru, b = 0,28978,10 -2 mK – constanta lui Wien. Această lege este valabilă și pentru corpurile gri.

Manifestarea legii lui Wien este cunoscută din observațiile cotidiene. La temperatura camerei, radiația termică a corpurilor este în principal în regiunea infraroșu și nu este percepută de ochiul uman, iar la temperaturi foarte ridicate este albă cu o nuanță albastră, iar senzația de încălzire a corpului crește.

Legile Stefan-Boltzmann și Wien permit, prin înregistrarea radiațiilor corpurilor, să se determine temperaturile acestora (pirometrie optică).

Cea mai puternică sursă de radiație termică este Soarele.

Slăbirea radiației de către atmosferă este însoțită de o modificare a compoziției sale spectrale. În fig. Figura 28 prezintă spectrul radiației solare la limita atmosferei Pământului (curba 1) și pe suprafața Pământului (curba 2) la cea mai înaltă poziție a Soarelui. Curba 1 este apropiată de spectrul corpului negru, maximul său corespunde unei lungimi de undă de 470 nm, care, conform legii lui Wien, ne permite să determinăm temperatura suprafeței solare - aproximativ 6100 K. Curba 2 are mai multe linii de absorbție, sa maxim este situat la aproximativ 555 nm. Se măsoară intensitatea radiației solare directe actinometru.

Principiul său de funcționare se bazează pe utilizarea încălzirii suprafețelor înnegrite ale corpurilor, care apare din radiația solară.

Radiația solară dozată este utilizată ca tratament solar (helioterapia), și, de asemenea, ca mijloc de întărire a corpului. În scopuri medicinale, se folosesc surse artificiale de radiații termice: lămpi cu incandescență ( Sollux)și emițători în infraroșu ( infraruge), montat într-un reflector special pe un trepied. Emițătoarele cu infraroșu sunt proiectate similar încălzitoarelor electrice de uz casnic cu un reflector rotund. Spirala elementului de încălzire este încălzită cu curent la o temperatură de aproximativ 400-500 °C. Radiația electromagnetică care ocupă regiunea spectrală dintre limita roșie a luminii vizibile (λ=0,76 μm) și emisia radio de unde scurte [λ=(1-2) mm] se numește infraroșu (IR). Regiunea infraroșu a spectrului este de obicei împărțită în apropiere (de la 0,74 la 2,5 microni), mijloc (2,5 - 50 microni) și departe (50-2000 microni).

SPECTRUUL radiațiilor infraroșii, precum și spectrul radiațiilor vizibile și ultraviolete, poate consta din linii individuale, dungi sau poate fi continuu, în funcție de natura sursei infraroșii

radiații (Fig. 29).

Atomi sau ioni excitați emit stăpânit spectre infraroșii. Moleculele excitate emit in dungi spectrele infraroșii datorită vibrațiilor și rotațiilor lor. Spectrele vibraționale și vibraționale-rotaționale sunt situate în principal în mijloc și pur rotațional - în regiunea infraroșu îndepărtat.

Solidele și lichidele încălzite emit un spectru infraroșu continuu. Dacă înlocuim limitele radiației IR în legea deplasării lui Wien, obținem, respectiv, temperaturi de 3800-1,5 K. Aceasta înseamnă că toate corpurile lichide și solide în condiții obișnuite (la temperaturi obișnuite) sunt practic nu numai surse de radiație IR, dar și au o emisie maximă în regiunea IR a spectrului. Abaterea corpurilor reale de la cele gri nu schimbă esența concluziei.

Un solid încălzit emite radiații pe o gamă foarte largă de lungimi de undă. La temperaturi scăzute (sub 800 K), radiația unui corp solid încălzit este aproape în întregime situată în regiunea infraroșu, iar un astfel de corp pare întunecat. Pe măsură ce temperatura crește, proporția de radiație în regiunea vizibilă crește, iar corpul apare mai întâi roșu închis, apoi roșu, galben și în final, la temperaturi ridicate (peste 5000 K) alb; în același timp, atât energia radiației totale, cât și energia radiației infraroșii cresc.

PROPRIETATI ale radiatiei infrarosii:

proprietati optice– multe substanțe care sunt transparente în regiunea vizibilă sunt opace în unele regiuni ale radiației infraroșii și invers. De exemplu: un strat de apă de câțiva cm este opac, dar hârtia neagră este transparentă în regiunea infraroșu îndepărtat.

La temperaturi scăzute, luminozitatea energetică a corpurilor este scăzută. Prin urmare, nu toate corpurile pot fi folosite ca surse radiații IR. În acest sens, alături de sursele termice de radiații IR, sunt folosite și lămpi cu mercur de înaltă presiune și lasere care, spre deosebire de alte surse, nu oferă un spectru continuu. O sursă puternică de radiație IR este Soarele, aproximativ 50% din radiația sa se află în regiunea IR a spectrului.

Metode detecție și măsurare IR se bazează pe conversia energiei IR în alte forme de energie care pot fi măsurate prin metode convenționale. Acestea sunt împărțite în principal în două grupe: termice și fotovoltaice. Un exemplu de receptor de căldură este un termocuplu, a cărui încălzire este cauzată de un curent electric. Receptoarele fotoelectrice includ fotocelule și fotorezistoare.

Radiația infraroșie poate fi de asemenea detectată și înregistrată folosind plăci fotografice și filme fotografice cu un strat special.

Utilizarea terapeutică a radiațiilor infraroșii se bazează pe efectul ei termic. Cel mai mare efect este obținut prin radiația infraroșie cu unde scurte, aproape de lumina vizibilă. Pentru tratament se folosesc lămpi speciale.

Radiația infraroșie pătrunde în corp până la o adâncime de aproximativ 20 mm, astfel încât straturile de suprafață sunt încălzite într-o măsură mai mare. Efectul terapeutic se datorează tocmai gradientului de temperatură rezultat, care activează activitatea sistemului de termoreglare. Creșterea aportului de sânge în zona iradiată duce la consecințe terapeutice favorabile.

Avantaje și dezavantaje ale radiației IR:

Razele IR au fost folosite pentru tratarea bolilor din cele mai vechi timpuri, când medicii foloseau cărbuni aprinși, vetre, fier încălzit, nisip, sare, lut etc. pentru a vindeca degeraturi, ulcere, vanatai, vanatai etc. Hipocrate a descris metoda de utilizare a acestora pentru a trata răni, ulcere, leziuni cauzate de frig etc.

S-a dovedit că razele IR au atât efecte analgezice (datorită hiperemiei cauzate de razele IR), antispastice, antiinflamatoare, stimulatoare, cât și efecte de distragere a atenției; îmbunătăți circulația sângelui; intervenția chirurgicală efectuată cu radiații infraroșii este mai ușor de tolerat și regenerarea celulară are loc mai rapid.

Radiația IR este utilizată pentru a preveni dezvoltarea fibrozei și pneumosclerozei în țesutul pulmonar (pentru a îmbunătăți regenerarea organului afectat).

Terapia cu laser magnetic se efectuează în spectrul infraroșu pentru a trata patologia ficatului (de exemplu, pentru a corecta efectul toxic al medicamentelor pentru chimioterapie în tratamentul tuberculozei).

2. - În zilele strălucitoare însorite, pe apă, în munți înalți, pe zăpadă, poate exista un exces de radiație IR. Și, deși consecințele UV sună mai amenințătoare, excesul de IR pentru ochi este la fel de nedorit. Energia acestor raze este absorbită de cornee și cristalin și transformată în căldură. Un exces al acestei călduri complet imperceptibile poate duce la daune ireversibile. Spre deosebire de UV, radiația IR trece perfect prin lentilele de sticlă. În ochelarii speciali pentru piloți, alpiniști și schiori, trebuie luat în considerare factorul de radiație infraroșie crescută. Radiația cu o lungime de undă de 1-1,9 microni încălzește în special cristalinul și umoarea apoasă. Aceasta provoacă diverse tulburări, principala fiind fotofobie(fotofobia) este o afecțiune hipersensibilă a ochiului când expunerea normală la lumină produce senzații dureroase. Fotofobia adesea nu depinde de amploarea leziunii: cu leziuni minore ale ochiului, pacientul se poate simți grav afectat.

Radiația electromagnetică care ocupă regiunea spectrală dintre marginea violetă a luminii vizibile (λ=400 nm) și partea cu undă lungă a radiației X (λ=10 nm) se numește ultraviolete (UV).

În regiunea cu lungime de undă sub 200 nm, radiația UV este puternic absorbită de toate corpurile, inclusiv de straturile subțiri de aer și, prin urmare, nu prezintă un interes deosebit pentru medicină. Restul spectrului UV este împărțit în mod convențional în trei regiuni (vezi § 24.9): A (400-315 nm-), B (315-280 nm-eritem) și C (280-200 nm-bactericid).

Solidele încălzite la temperaturi ridicate emit o cantitate vizibilă de radiații UV. Cu toate acestea, densitatea spectrală maximă a luminozității energetice, în conformitate cu legea deplasării lui Wien, chiar și pentru cea mai mare lungime de undă a domeniului UV (0,4 μm) apare la 7000 K. În practică, aceasta înseamnă că în condiții normale radiația termică a corpurilor nu poate servește ca o sursă eficientă de radiații UV puternice. Cea mai puternică sursă de radiații UV termice este Soarele, 9% Radiația căreia la limita atmosferei terestre se încadrează în domeniul UV.

În condiții de laborator, descărcările electrice în gaze și vapori metalici sunt folosite ca surse de radiații UV. O astfel de radiație nu mai este termică și are un spectru de linii.

Măsurare Radiația UV este efectuată în principal de receptori fotoelectrici. Indicatorii sunt substanțe luminiscente și plăci fotografice.

Radiația UV este necesară pentru funcționarea microscoapelor ultraviolete, microscoapelor fluorescente și pentru analiza fluorescente. Utilizarea principală a radiațiilor UV în medicină este asociată cu efectele sale biologice specifice, care sunt cauzate de procese fotochimice.

Razele ultraviolete au cea mai mare energie, așa că atunci când sunt absorbite, au loc modificări semnificative în structura electronică a atomilor și moleculelor. Energia absorbită din razele ultraviolete poate migra și poate fi folosită pentru a rupe legăturile slabe din moleculele de proteine.

Razele ultraviolete cu unde scurte determină denaturarea polimerilor proteici, care precipită, pierzându-și activitatea biologică.

A fost observat un efect special al razelor ultraviolete asupra moleculelor de ADN: duplicarea ADN-ului și diviziunea celulară sunt perturbate, are loc distrugerea oxidativă a structurilor proteinelor, ceea ce duce la moartea celulelor. Celula iradiată își pierde mai întâi capacitatea de a se diviza, apoi, după ce s-a împărțit de două sau trei ori, moare.

Efectul de formare de vitamine al razelor ultraviolete este, de asemenea, important. Provitaminele găsite în piele sunt transformate în vitamina D sub influența radiațiilor ultraviolete medii. .

Razele ultraviolete penetrează doar 0,1 mm, dar transportă mai multă energie în comparație cu alte unde electromagnetice din spectrul vizibil și infraroșu.

Produsele de descompunere a proteinelor provoacă vasodilatație, umflarea pielii, migrarea leucocitelor cu iritarea receptorilor pielii, organele interne cu dezvoltarea reacțiilor neuroreflex. Produsele distrugerii proteinelor sunt transportate prin fluxul sanguin, exercitând un efect umoral.

În cosmetologie, iradierea ultravioletă este utilizată pe scară largă în solarii pentru a obține un bronz uniform, frumos. În solar, spre deosebire de condițiile naturale, se folosesc filtre care absorb razele cu unde scurte și medii. Iradierea in solarii incepe cu un timp minim de un minut, iar apoi treptat creste durata insolatiei. O supradoză de raze ultraviolete duce la îmbătrânirea prematură, scăderea elasticității pielii și dezvoltarea bolilor de piele și cancer.

Toate cremele moderne de îngrijire a pielii conțin complexe care asigură protecție împotriva ultravioletelor.

O deficiență a razelor ultraviolete duce la deficiență de vitamine, scăderea imunității, funcționarea slabă a sistemului nervos și apariția instabilității mentale.

Radiațiile ultraviolete au un efect semnificativ asupra metabolismului fosfor-calciu, stimulează formarea vitaminei D și îmbunătățește toate procesele metabolice.

Razele ultraviolete sunt utile, de altfel, necesare omului, fie și doar pentru că vitamina D se formează în organism în timpul iradierii în intervalul 280-320 nm. Cu toate acestea, acest lucru este cunoscut. Mai rar puteți găsi referiri la faptul că lumina ultravioletă în doze rezonabile ajută organismul să suprime răcelile, bolile infecțioase și alergice, îmbunătățește procesele metabolice și îmbunătățește hematopoieza. De asemenea, crește rezistența la multe substanțe nocive, inclusiv plumb, mercur, cadmiu, benzen, tetraclorură de carbon și disulfură de carbon.

Cu toate acestea, lumina ultravioletă nu este benefică pentru toată lumea. Este contraindicat în formele active de tuberculoză, ateroscleroză severă, hipertensiune arterială în stadiul II și III, boli de rinichi și alte boli. Dacă aveți îndoieli, consultați-vă medicul. Pentru a primi o doză preventivă de radiații ultraviolete, trebuie să petreci suficient timp în aer curat, fără a-ți face griji în mod deosebit dacă lumina soarelui îți lovește pielea sau nu.

Totuși, pentru a obține un bronz bun, nu este deloc necesar să urci în căldură, sub razele directe. Împotriva. Să faceți plajă la umbră - vedeți, este ceva în asta... Este suficient dacă o parte semnificativă a sferei cerești nu vă este blocată, să zicem, de case sau de o pădure deasă. Condițiile ideale sunt umbra unui copac singuratic într-o zi senină. Sau umbra unei umbrele mari (sau a marchizei mici) pe o plajă însorită. Bronzează-te pentru sănătatea ta!

Corpul uman are o anumită temperatură din cauza

termoreglarea, o parte esențială a căreia este schimbul de căldură al corpului cu mediul. Să luăm în considerare câteva caracteristici ale unui astfel de schimb de căldură, presupunând că temperatura ambiantă este mai mică decât temperatura corpului uman.

Schimb de caldura are loc prin conducție termică, convecție, evaporare și radiație (absorbție).

Este dificil sau chiar imposibil să indicați cu exactitate distribuția cantității de căldură eliberată între procesele enumerate, deoarece aceasta depinde de mulți factori: starea corpului (temperatură, stare emoțională, mobilitate etc.), starea corpului. mediu (temperatură, umiditate, mișcare a aerului etc.), haine (material, formă, culoare, grosime).

Cu toate acestea, este posibil să se facă estimări aproximative și medii pentru persoanele care nu au multă activitate fizică și trăiesc într-un climat temperat.

Deoarece conductivitatea termică a aerului este scăzută, acest tip de transfer de căldură este foarte nesemnificativ. Convecția este mai semnificativă; poate fi nu numai obișnuită, naturală, ci și forțată, în care aerul suflă peste un corp încălzit. Îmbrăcămintea joacă un rol important în reducerea convecției. În climatele temperate, 15-20% din transferul de căldură uman se realizează prin convecție.

Evaporarea are loc de la suprafața pielii și a plămânilor și are loc aproximativ 30% din pierderile de căldură.

Cea mai mare pondere a pierderilor de căldură (aproximativ 50%) provine de la radiația în mediul extern din părțile deschise ale corpului și din îmbrăcăminte. Partea principală a acestei radiații aparține domeniului infraroșu cu o lungime de undă de la 4 la 50 de microni.

Densitatea spectrală maximă a luminozității energetice a corpului

o persoană, în conformitate cu legea lui Wien, cade la o lungime de undă de aproximativ 9,5 microni la o temperatură a suprafeței pielii de 32 de grade Celsius.

Datorită dependenței puternice de temperatură a luminozității energetice (a patra putere a temperaturii termodinamice), chiar și o mică creștere a temperaturii suprafeței poate provoca o astfel de modificare a puterii emise care este înregistrată în mod fiabil de instrumente.

La oamenii sănătoși, distribuția temperaturii în diferite puncte de pe suprafața corpului este destul de caracteristică. Cu toate acestea, procesele inflamatorii și tumorile pot modifica temperatura locală.

Temperatura venelor depinde de starea circulației sângelui, precum și de răcirea sau încălzirea extremităților. Astfel, înregistrarea radiațiilor din diferite părți ale suprafeței corpului uman și determinarea temperaturii acestora reprezintă o metodă de diagnosticare. Această metodă, numită termografie, este din ce în ce mai utilizat în practica clinică.

Termografia este absolut inofensivă și în viitor poate deveni o metodă de examinare preventivă în masă a populației noastre.

Determinarea diferențelor de temperatură a suprafeței corpului în timpul termografiei se realizează în principal doua metode. Într-un caz, sunt folosite afișaje cu cristale lichide, ale căror proprietăți optice sunt foarte sensibile la mici schimbări de temperatură. Prin plasarea acestor indicatori pe corpul pacientului, este posibil să se determine vizual diferența de temperatură locală prin schimbarea culorii acestora. O alta metoda, mai des intalnita, este cea tehnica, se bazeaza pe utilizare camere termice. O cameră termică este un sistem tehnic, asemănător unui televizor, care este capabil să perceapă radiația infraroșie care vine din corp, transformând această radiație în domeniul optic și reproducând o imagine a corpului pe ecran. Părțile corpului care au temperaturi diferite sunt reprezentate pe ecran în culori diferite.

Deci, ce este radiația termică?

Radiația termică este radiația electromagnetică care apare din cauza energiei mișcării de rotație și vibrație a atomilor și moleculelor dintr-o substanță. Radiația termică este caracteristică tuturor corpurilor care au o temperatură peste zero absolut.

Radiația termică a corpului uman aparține domeniului infraroșu al undelor electromagnetice. O astfel de radiație a fost descoperită pentru prima dată de astronomul englez William Herschel. În 1865, fizicianul englez J. Maxwell a demonstrat că radiația infraroșie este de natură electromagnetică și este formată din unde cu lungimea de 760. nm până la 1-2 mm. Cel mai adesea, întreaga gamă de radiații IR este împărțită în zone: aproape (750 nm-2.500nm), medie (2.500 nm - 50.000nm) și pe distanță lungă (50.000 nm-2.000.000nm).

Să luăm în considerare cazul în care corpul A este situat în cavitatea B, care este limitată de un înveliș C ideal reflectorizant (impenetrabil la radiații) (Fig. 1). Ca urmare a reflexiei multiple de pe suprafața interioară a carcasei, radiația va fi stocată în cavitatea oglinzii și parțial absorbită de corpul A. În astfel de condiții, cavitatea sistemului B - corpul A nu va pierde energie, dar nu va pierde decât energie. să fie un schimb continuu de energie între corpul A și radiația care umple cavitatea B.

Fig.1. Reflexia multiplă a undelor termice de pe pereții oglinzii din cavitatea B

Dacă distribuția energiei rămâne neschimbată pentru fiecare lungime de undă, atunci starea unui astfel de sistem va fi de echilibru, iar radiația va fi de asemenea echilibrată. Singurul tip de radiație de echilibru este termică. Dacă din anumite motive echilibrul dintre radiații și corp se schimbă, atunci încep să apară procese termodinamice care vor readuce sistemul la o stare de echilibru. Dacă corpul A începe să emită mai mult decât absoarbe, atunci corpul începe să piardă energie internă și temperatura corpului (ca măsură a energiei interne) va începe să scadă, ceea ce va reduce cantitatea de energie emisă. Temperatura corpului va scădea până când cantitatea de energie emisă este egală cu cantitatea de energie absorbită de organism. Astfel, va avea loc o stare de echilibru.

Radiația termică de echilibru are următoarele proprietăți: omogenă (aceeași densitate a fluxului de energie în toate punctele cavității), izotropă (direcțiile posibile de propagare sunt la fel de probabile), nepolarizate (direcțiile și valorile vectorilor intensității câmpului electric și magnetic). în toate punctele cavităţii se schimbă haotic).

Principalele caracteristici cantitative ale radiației termice sunt:

- luminozitate energetică este cantitatea de energie a radiației electromagnetice din întreaga gamă de lungimi de undă ale radiației termice care este emisă de un corp în toate direcțiile dintr-o unitate de suprafață pe unitatea de timp: R = E/(S t), [J/(m 2 s)] = [W /m 2 ] Luminozitatea energiei depinde de natura corpului, de temperatura corpului, de starea suprafeței corpului și de lungimea de undă a radiației.

- densitatea luminozității spectrale - luminozitatea energetică a unui corp pentru lungimi de undă date (λ + dλ) la o temperatură dată (T + dT): R λ,T = f(λ, T).

Luminozitatea energetică a unui corp în anumite lungimi de undă este calculată prin integrarea R λ,T = f(λ, T) pentru T = const:

- coeficient de absorbție - raportul dintre energia absorbită de organism și energia incidentă. Deci, dacă radiația dintr-un flux dФ inc cade pe un corp, atunci o parte a acesteia este reflectată de suprafața corpului - dФ neg, cealaltă parte trece în corp și se transformă parțial în căldură dФ abs, iar a treia parte , după mai multe reflexii interne, trece prin corp spre exterior dФ inc : α = dФ abs./dФ jos.

Coeficientul de absorbție α depinde de natura corpului absorbant, lungimea de undă a radiației absorbite, temperatura și starea suprafeței corpului.

- coeficientul de absorbție monocromatic- coeficientul de absorbție al radiației termice de o lungime de undă dată la o temperatură dată: α λ,T = f(λ,T)

Printre corpuri există corpuri care pot absorbi toată radiația termică de orice lungime de undă care cade asupra lor. Astfel de corpuri care absorb ideal sunt numite corpuri absolut negre. Pentru ei α =1.

Există și corpuri gri pentru care α<1, но одинаковый для всех длин волн инфракрасного диапазона.

Modelul cu corp negru este o deschidere mică, cu o carcasă rezistentă la căldură. Diametrul găurii nu este mai mare de 0,1 din diametrul cavității. La o temperatură constantă, din gaură este emisă o parte de energie, corespunzătoare luminozității energetice a unui corp absolut negru. Dar gaura neagră este o idealizare. Dar legile radiațiilor termice ale corpului negru ajută la apropierea de modele reale.

2. Legile radiației termice

1. Legea lui Kirchhoff. Radiația termică este echilibru - cantitatea de energie emisă de un corp este cât de mult este absorbită de acesta. Pentru trei corpuri situate într-o cavitate închisă putem scrie:

Relația indicată va fi adevărată și atunci când unul dintre corpuri este AC:

Deoarece pentru corpul negru α λT .
Aceasta este legea lui Kirchhoff: raportul dintre densitatea spectrală a luminozității energetice a unui corp și coeficientul său de absorbție monocromatic (la o anumită temperatură și pentru o anumită lungime de undă) nu depinde de natura corpului și este egal pentru toate corpurile cu densitatea spectrală a luminozității energetice la aceeași temperatură și lungime de undă.

Corolare din legea lui Kirchhoff:
1. Luminozitatea energetică spectrală a corpului negru este o funcție universală a lungimii de undă și a temperaturii corpului.
2. Luminozitatea energetică spectrală a corpului negru este cea mai mare.
3. Luminozitatea energiei spectrale a unui corp arbitrar este egală cu produsul dintre coeficientul său de absorbție și luminozitatea energiei spectrale a unui corp absolut negru.
4. Orice corp la o anumită temperatură emite unde de aceeași lungime de undă pe care o emite la o anumită temperatură.

Un studiu sistematic al spectrelor unui număr de elemente a permis lui Kirchhoff și Bunsen să stabilească o legătură clară între spectrele de absorbție și emisie ale gazelor și individualitatea atomilor corespunzători. Deci s-a sugerat analiza spectrală, cu ajutorul căruia se pot identifica substanțe a căror concentrație este de 0,1 nm.

Distribuția densității spectrale a luminozității energetice pentru un corp absolut negru, un corp gri, un corp arbitrar. Ultima curbă are mai multe maxime și minime, ceea ce indică selectivitatea emisiei și absorbției unor astfel de corpuri.

2. Legea Stefan-Boltzmann.
În 1879, oamenii de știință austrieci Joseph Stefan (experimental pentru un corp arbitrar) și Ludwig Boltzmann (teoretic pentru un corp negru) au stabilit că luminozitatea energetică totală pe întregul interval de lungimi de undă este proporțională cu puterea a patra a temperaturii absolute a corpului:

3. Legea vinului.
Fizicianul german Wilhelm Wien a formulat în 1893 o lege care determină poziția densității spectrale maxime a luminozității energetice a unui corp în spectrul de radiații al corpului negru în funcție de temperatură. Conform legii, lungimea de undă λ max, care reprezintă densitatea spectrală maximă a luminozității energetice a corpului negru, este invers proporțională cu temperatura sa absolută T: λ max = в/t, unde в = 2,9*10 -3 m·K este constanta lui Wien.

Astfel, odată cu creșterea temperaturii, se modifică nu numai energia radiației totale, ci și forma însăși a curbei de distribuție a densității spectrale a luminozității energetice. Odată cu creșterea temperaturii, densitatea spectrală maximă se deplasează către lungimi de undă mai scurte. Prin urmare, legea lui Wien se numește legea deplasării.

Se aplică legea vinului în pirometria optică- o metodă de determinare a temperaturii din spectrul de radiații al corpurilor puternic încălzite care sunt îndepărtate de observator. Această metodă a determinat prima dată temperatura Soarelui (pentru 470 nm T = 6160 K).

Legile prezentate nu au permis să se găsească teoretic ecuații pentru distribuția densității spectrale a luminozității energetice pe lungimi de undă. Lucrările lui Rayleigh și Jeans, în care oamenii de știință au studiat compoziția spectrală a radiației corpului negru pe baza legile fizicii clasice, au condus la dificultăți fundamentale numite catastrofa ultravioletă. În domeniul undelor UV, luminozitatea energetică a corpului negru ar fi trebuit să ajungă la infinit, deși în experimente a scăzut la zero. Aceste rezultate au contrazis legea conservării energiei.

4. Teoria lui Planck. Un om de știință german în 1900 a avansat ipoteza că corpurile nu emit continuu, ci în porțiuni separate - cuante. Energia cuantică este proporțională cu frecvența radiației: E = hν = h·c/λ, unde h = 6,63*10 -34 J·s constanta lui Planck.

Ghidat de idei despre radiația cuantică a corpului negru, el a obținut o ecuație pentru densitatea spectrală a luminozității energetice a corpului negru:

Această formulă este în conformitate cu datele experimentale pe întregul interval de lungimi de undă la toate temperaturile.

Soarele este principala sursă de radiație termică în natură. Radiația solară ocupă o gamă largă de lungimi de undă: de la 0,1 nm la 10 m sau mai mult. 99% din energia solară apare în intervalul de la 280 la 6000 nm. Pe unitatea de suprafață a suprafeței Pământului, în munți există de la 800 la 1000 W/m2. O parte de două miliarde de căldură ajunge la suprafața pământului - 9,23 J/cm2. Pentru intervalul de radiații termice de la 6000 la 500000 nm reprezintă 0,4% din energia solară. În atmosfera Pământului, cea mai mare parte a radiațiilor infraroșii este absorbită de molecule de apă, oxigen, azot și dioxid de carbon. Raza radio este, de asemenea, în mare parte absorbită de atmosferă.

Cantitatea de energie pe care razele solare o aduc pe 1 s pe o suprafață de 1 mp, situată în afara atmosferei terestre la o altitudine de 82 km perpendiculară pe razele soarelui se numește constantă solară. Este egal cu 1,4 * 10 3 W/m2.

Distribuția spectrală a densității fluxului normal al radiației solare coincide cu cea pentru corpul negru la o temperatură de 6000 de grade. Prin urmare, Soarele în raport cu radiația termică este un corp negru.

3. Radiația din corpurile reale și corpul uman

Radiația termică de la suprafața corpului uman joacă un rol important în transferul de căldură. Există astfel de metode de transfer de căldură: conductivitate termică (conducție), convecție, radiație, evaporare. În funcție de condițiile în care se află o persoană, fiecare dintre aceste metode poate avea un rol dominant (de exemplu, la temperaturi ambientale foarte ridicate, rolul principal aparține evaporării, iar în apă rece - conducție și o temperatură a apei de 15 grade este un mediu letal pentru persoana goală, iar după 2-4 ore survine leșinul și moartea din cauza hipotermiei creierului). Ponderea radiațiilor în transferul total de căldură poate varia de la 75 la 25%. În condiții normale, aproximativ 50% în repaus fiziologic.

Radiația termică, care joacă un rol în viața organismelor vii, este împărțită în lungimi de undă scurte (de la 0,3 la 3). µm)și lungime de undă lungă (de la 5 la 100 µm). Sursa de radiație cu unde scurte este Soarele și flacăra deschisă, iar organismele vii sunt exclusiv receptore ale unor astfel de radiații. Radiația cu undă lungă este atât emisă, cât și absorbită de organismele vii.

Valoarea coeficientului de absorbție depinde de raportul dintre temperaturile mediului și corpului, zona de interacțiune a acestora, orientarea acestor zone și pentru radiația cu unde scurte - de culoarea suprafeței. Astfel, la negrii se reflectă doar 18% din radiația cu unde scurte, în timp ce la oamenii din rasa albă aceasta este de aproximativ 40% (cel mai probabil, culoarea pielii negrilor în evoluție nu a avut nicio legătură cu transferul de căldură). Pentru radiațiile cu undă lungă, coeficientul de absorbție este aproape de 1.

Calcularea transferului de căldură prin radiație este o sarcină foarte dificilă. Legea Stefan-Boltzmann nu poate fi folosită pentru corpurile reale, deoarece acestea au o dependență mai complexă a luminozității energetice de temperatură. Se dovedește că depinde de temperatură, de natura corpului, de forma corpului și de starea suprafeței sale. Odată cu o modificare a temperaturii, se modifică coeficientul σ și exponentul temperaturii. Suprafața corpului uman are o configurație complexă, persoana poartă haine care modifică radiația, iar procesul este afectat de postura în care se află persoana.

Pentru un corp cenușiu, puterea de radiație în întregul domeniu este determinată de formula: P = α d.t. σ·T 4 ·S Considerând, cu anumite aproximări, corpurile reale (pielea umană, țesăturile de îmbrăcăminte) ca fiind apropiate de corpurile gri, putem găsi o formulă de calcul a puterii de radiație a corpurilor reale la o anumită temperatură: P = α· σ·T 4 ·S În diferite condiții temperaturi ale corpului radiant și ale mediului: P = α·σ·(T 1 4 - T 2 4)·S
Există caracteristici ale densității spectrale a luminozității energetice a corpurilor reale: la 310 LA, care corespunde temperaturii medii a corpului uman, radiația termică maximă are loc la 9700 nm. Orice modificare a temperaturii corpului duce la o modificare a puterii radiației termice de la suprafața corpului (0,1 grade este suficient). Prin urmare, studiul zonelor de piele conectate prin sistemul nervos central la anumite organe ajută la identificarea bolilor care duc la schimbări de temperatură destul de semnificative ( termografia zonelor Zakharyin-Ged).

O metodă interesantă de masaj fără contact cu biocâmpul uman (Juna Davitashvili). Puterea radiației termice a palmei 0,1 W, iar sensibilitatea termică a pielii este de 0,0001 W/cm2. Dacă acționați asupra zonelor menționate mai sus, puteți stimula în mod reflex activitatea acestor organe.

4. Efectele biologice și terapeutice ale căldurii și frigului

Corpul uman emite și absoarbe în mod constant radiații termice. Acest proces depinde de temperatura corpului uman și a mediului. Radiația infraroșie maximă a corpului uman este la 9300 nm.

Cu doze mici și medii de iradiere IR, procesele metabolice sunt îmbunătățite și reacțiile enzimatice, procesele de regenerare și reparare sunt accelerate.

Ca urmare a acțiunii razelor infraroșii și radiațiilor vizibile, în țesuturi se formează substanțe biologic active (bradikinină, kalidină, histamină, acetilcolină, în principal substanțe vasomotorii, care joacă un rol în implementarea și reglarea fluxului sanguin local).

Ca urmare a acțiunii razelor infraroșii, sunt activați termoreceptorii din piele, informații din care sunt trimise către hipotalamus, în urma cărora vasele de sânge ale pielii se dilată, volumul de sânge care circulă în ele crește și transpirația. crește.

Adâncimea de penetrare a razelor infraroșii depinde de lungimea de undă, umiditatea pielii, umplerea acesteia cu sânge, gradul de pigmentare etc.

Eritemul roșu apare pe pielea umană sub influența razelor infraroșii.

Se foloseste in practica clinica pentru a influenta hemodinamica locala si generala, creste transpiratia, relaxeaza muschii, reduce durerea, accelera resorbtia hematoamelor, infiltratelor etc.

În condiții de hipertermie, efectul antitumoral al radioterapiei — termoradioterapia — este sporit.

Principalele indicații pentru utilizarea terapiei IR: procese inflamatorii acute non-purulente, arsuri și degerături, procese inflamatorii cronice, ulcere, contracturi, aderențe, leziuni ale articulațiilor, ligamentelor și mușchilor, miozite, mialgii, nevralgii. Principalele contraindicații: tumori, inflamații purulente, sângerări, insuficiență circulatorie.

Răceala este folosită pentru a opri sângerarea, pentru a calma durerea și pentru a trata anumite boli ale pielii. Întărirea duce la longevitate.

Sub influența frigului, ritmul cardiac și tensiunea arterială scad, iar reacțiile reflexe sunt inhibate.

În anumite doze, frigul stimulează vindecarea arsurilor, rănilor purulente, ulcerelor trofice, eroziunilor și conjunctivitei.

Criobiologie- studiaza procesele care au loc in celule, tesuturi, organe si organism sub influenta temperaturilor scazute, nefiziologice.

Folosit în medicină crioterapieȘi hipertermie. Crioterapia include metode bazate pe răcirea dozată a țesuturilor și organelor. Criochirurgia (parte a crioterapiei) folosește înghețarea locală a țesuturilor în scopul îndepărtării acestora (parte a amigdalei. Dacă toate - crioamigdalectomia. Tumorile pot fi îndepărtate, de exemplu, pielea, colul uterin etc.) Crioextracția bazată pe crioadeziune (adeziunea de corpuri umede la un bisturiu înghețat ) - separarea unei părți de un organ.

Cu hipertermie, este posibil să se păstreze funcțiile organelor in vivo pentru o perioadă de timp. Hipotermia cu ajutorul anesteziei este utilizată pentru a menține funcția organelor în absența alimentării cu sânge, deoarece metabolismul țesuturilor încetinește. Țesuturile devin rezistente la hipoxie. Se folosește anestezie la rece.

Efectul căldurii se realizează folosind lămpi cu incandescență (lampă Minin, Solux, baie luminoasă-termă, lampă cu raze IR) folosind medii fizice care au capacitate termică mare, conductivitate termică slabă și capacitate bună de reținere a căldurii: noroi, parafină, ozocherită, naftalina etc.

5. Bazele fizice ale termografiei

Termografia, sau imagistica termică, este o metodă de diagnostic funcțională bazată pe înregistrarea radiației infraroșii din corpul uman.

Există 2 tipuri de termografie:

- termografie colesterică de contact: Metoda folosește proprietățile optice ale cristalelor lichide colesterice (amestecuri multicomponente de esteri și alți derivați ai colesterolului). Astfel de substanțe reflectă selectiv diferite lungimi de undă, ceea ce face posibilă obținerea de imagini ale câmpului termic al suprafeței corpului uman pe filme ale acestor substanțe. Un flux de lumină albă este direcționat spre film. Diferite lungimi de undă sunt reflectate diferit de peliculă în funcție de temperatura suprafeței pe care se aplică colestericul.

Sub influența temperaturii, colesterica își poate schimba culoarea de la roșu la violet. Ca urmare, se formează o imagine color a câmpului termic al corpului uman, care este ușor de descifrat, cunoscând relația temperatură-culoare. Există colesterice care vă permit să înregistrați o diferență de temperatură de 0,1 grade. Astfel, este posibil să se determine limitele procesului inflamator, focare de infiltrație inflamatorie în diferite stadii de dezvoltare a acestuia.

În oncologie, termografia face posibilă identificarea ganglionilor metastatici cu un diametru de 1,5-2 mmîn glanda mamară, piele, glanda tiroidă; în ortopedie și traumatologie, evaluați aportul de sânge la fiecare segment de membru, de exemplu, înainte de amputare, anticipați adâncimea arsurii etc.; în cardiologie și angiologie, identificați tulburările în funcționarea normală a sistemului cardiovascular, tulburările circulatorii datorate bolii vibrațiilor, inflamația și blocarea vaselor de sânge; vene varicoase etc.; în neurochirurgie, determinați localizarea focarelor de afectare a conducerii nervoase, confirmați localizarea neuroparaliziei cauzate de apoplexie; în obstetrică și ginecologie, determinați sarcina, localizarea locului copilului; diagnosticați o gamă largă de procese inflamatorii.

- Teletermografie - se bazează pe conversia radiațiilor infraroșii de la corpul uman în semnale electrice care sunt înregistrate pe ecranul unei camere termice sau al unui alt dispozitiv de înregistrare. Metoda este fără contact.

Radiația IR este percepută de un sistem de oglinzi, după care razele IR sunt direcționate către receptorul de unde IR, a cărui parte principală este detectorul (fotorezistor, bolometru de metal sau semiconductor, termoelement, indicator fotochimic, convertor electron-optic, piezoelectric). detectoare etc.).

Semnalele electrice de la receptor sunt transmise către un amplificator, iar apoi către un dispozitiv de control, care servește la mutarea oglinzilor (scanarea unui obiect), la încălzirea unei surse de lumină punctiforme TIS (proporțională cu radiația termică) și la mutarea filmului fotografic. De fiecare dată filmul este iluminat cu TIS în funcție de temperatura corpului la locul de studiu.

După dispozitivul de control, semnalul poate fi transmis către un sistem informatic cu afișaj. Acest lucru vă permite să stocați termograme și să le procesați folosind programe analitice. Capacitățile suplimentare sunt oferite de camerele termice color (culorile similare ca temperatură sunt indicate în culori contrastante) și pot fi desenate izoterme.

Multe companii au recunoscut recent faptul că „a ajunge” la un potențial client este uneori destul de dificilă;
Vânzările active prin telefon devin una dintre cele mai eficiente modalități de a crește vânzările într-un timp scurt. Cold calling are ca scop atragerea de clienți care nu au aplicat anterior pentru un produs sau serviciu, dar pentru o serie de factori sunt potențiali clienți. După ce a format numărul de telefon, managerul de vânzări activ trebuie să înțeleagă clar scopul apelului la rece. La urma urmei, convorbirile telefonice necesită abilități și răbdare speciale din partea managerului de vânzări, precum și cunoașterea tehnicilor și metodelor de negociere.