วัตถุที่ได้รับความร้อนจะปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา การแผ่รังสีนี้ดำเนินการโดยการแปลงพลังงานการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของอนุภาคในร่างกายให้เป็นพลังงานรังสี

การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าจากร่างกายในสภาวะสมดุลทางอุณหพลศาสตร์เรียกว่าการแผ่รังสีความร้อน (อุณหภูมิ) บางครั้งการแผ่รังสีความร้อนไม่เพียงแต่เข้าใจถึงความสมดุลเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการแผ่รังสีที่ไม่สมดุลของร่างกายที่เกิดจากความร้อนด้วย

การแผ่รังสีที่สมดุลดังกล่าวเกิดขึ้น เช่น หากตัวที่แผ่รังสีอยู่ภายในช่องปิดที่มีผนังทึบแสง อุณหภูมิจะเท่ากับอุณหภูมิของร่างกาย

ในระบบฉนวนความร้อนของวัตถุที่อุณหภูมิเดียวกัน การแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างวัตถุผ่านการแผ่รังสีความร้อนและการดูดซับรังสีความร้อนไม่สามารถนำไปสู่การละเมิดสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ของระบบ เนื่องจากสิ่งนี้จะขัดแย้งกับกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์

ดังนั้น สำหรับการแผ่รังสีความร้อนของวัตถุ จะต้องเป็นไปตามกฎของพรีโวสต์: หากวัตถุสองชิ้นที่อุณหภูมิเดียวกันดูดซับพลังงานในปริมาณที่ต่างกัน การแผ่รังสีความร้อนของวัตถุทั้งสองที่อุณหภูมินี้จะต้องแตกต่างกัน

การแผ่รังสี (emissivity) หรือความหนาแน่นสเปกตรัมของความส่องสว่างที่กระฉับกระเฉงของวัตถุคือปริมาณ En,t ซึ่งเป็นตัวเลขเท่ากับความหนาแน่นของพลังงานพื้นผิวของการแผ่รังสีความร้อนของร่างกายและช่วงความถี่ของความกว้างหน่วย:

โดยที่ dW คือพลังงานของการแผ่รังสีความร้อนต่อหน่วยพื้นที่ผิวของร่างกายต่อหน่วยเวลาในช่วงความถี่ตั้งแต่ v ถึง v + dr

การแผ่รังสี En,t เป็นลักษณะสเปกตรัมของการแผ่รังสีความร้อนของร่างกาย ขึ้นอยู่กับความถี่ v อุณหภูมิสัมบูรณ์ T ของร่างกาย ตลอดจนวัสดุ รูปร่าง และสภาพพื้นผิว ในระบบ SI En,t มีหน่วยวัดเป็น J/m2

ค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงหรือโมโนโครมของร่างกายคือปริมาณ An,t ซึ่งแสดงเศษส่วนของพลังงาน dWin ที่ส่งต่อหน่วยเวลาต่อหน่วยพื้นที่ผิวของร่างกายโดยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ตกกระทบด้วยความถี่ตั้งแต่ v ถึง v +dv ถูกร่างกายดูดซึม:

Аn,т เป็นปริมาณไร้มิติ นอกเหนือจากความถี่ของการแผ่รังสีและอุณหภูมิของร่างกายแล้ว ยังขึ้นอยู่กับวัสดุ รูปร่าง และสภาพพื้นผิวด้วย

วัตถุจะเรียกว่าเป็นสีดำสนิท ที่อุณหภูมิใดๆ ก็ตาม วัตถุจะดูดซับสนามแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมดที่ตกกระทบบนวัตถุนั้นได้อย่างสมบูรณ์ โดยที่ t สีดำ = 1

วัตถุจริงไม่ใช่สีดำสนิท แต่บางส่วนมีคุณสมบัติทางแสงใกล้เคียงกับวัตถุสีดำสนิท (เขม่า สีดำแพลตตินั่ม กำมะหยี่สีดำในบริเวณแสงที่มองเห็นมี An,t แตกต่างกันเล็กน้อยจากความสามัคคี)

วัตถุจะเรียกว่าสีเทาหากความสามารถในการดูดซับของมันเท่ากันสำหรับทุกความถี่ n และขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ วัสดุ และสถานะของพื้นผิวของร่างกายเท่านั้น

มีความสัมพันธ์ระหว่างความสามารถในการแผ่รังสี En,t และความสามารถในการดูดซับ An,t ของวัตถุทึบแสงใดๆ (กฎของ Kirhoff ในรูปแบบดิฟเฟอเรนเชียล):

สำหรับความถี่และอุณหภูมิตามอำเภอใจ อัตราส่วนของสภาพเปล่งรังสีของร่างกายต่อความสามารถในการดูดซับของวัตถุจะเท่ากันสำหรับวัตถุทั้งหมด และเท่ากับค่าการแผ่รังสี en,t ของวัตถุสีดำ ซึ่งเป็นฟังก์ชันของความถี่และอุณหภูมิเท่านั้น (เคียร์ชอฟฟ์ ฟังก์ชัน En,t = An,สิบ,t = 0)

การเปล่งรังสีอินทิกรัล (ความส่องสว่างที่มีพลัง) ของร่างกาย:

แสดงถึงความหนาแน่นของพลังงานพื้นผิวของการแผ่รังสีความร้อนของร่างกายเช่น พลังงานของการแผ่รังสีของความถี่ที่เป็นไปได้ทั้งหมดที่ปล่อยออกมาจากหน่วยพื้นผิวของร่างกายต่อหน่วยเวลา

การเปล่งรังสีอินทิกรัล eT ของวัตถุสีดำสนิท:

2. กฎแห่งการแผ่รังสีวัตถุดำ

กฎของการแผ่รังสีวัตถุดำกำหนดความถี่และอุณหภูมิของ eT และ e n,T

กฎหมาย Cmefan-Boltzmap:

ค่า σ คือค่าคงที่สเตฟาน-โบลต์ซมันน์สากล เท่ากับ 5.67 -10-8 W/m2*deg4

การกระจายพลังงานในสเปกตรัมการแผ่รังสีของวัตถุสีดำสนิท เช่น การขึ้นต่อกันของ en, T บนความถี่ที่อุณหภูมิต่างกัน มีรูปแบบดังแสดงในรูป:

กฎของไวน์:

โดยที่ c คือความเร็วแสงในสุญญากาศ และ f(v/T) คือฟังก์ชันสากลของอัตราส่วนความถี่ของการแผ่รังสีวัตถุสีดำต่ออุณหภูมิ

ความถี่การแผ่รังสี nmax ซึ่งสอดคล้องกับค่าสูงสุดของการแผ่รังสี en, T ของวัตถุสีดำสนิท ตามกฎของ Wien เท่ากับ

โดยที่ b1 เป็นค่าคงที่ขึ้นอยู่กับประเภทของฟังก์ชัน f(n/T)

กฎการกระจัดของบูนา: ความถี่ที่สอดคล้องกับค่าสูงสุดของการแผ่รังสี en, T ของวัตถุสีดำสนิทจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอุณหภูมิสัมบูรณ์ของมัน

จากมุมมองด้านพลังงาน การแผ่รังสีสีดำเทียบเท่ากับการแผ่รังสีของระบบของออสซิลเลเตอร์ฮาร์มอนิกที่ไม่มีปฏิสัมพันธ์จำนวนมากจำนวนอนันต์ เรียกว่าออสซิลเลเตอร์แบบแผ่รังสี ถ้า ε(ν) คือพลังงานเฉลี่ยของออสซิลเลเตอร์แบบแผ่รังสีที่มีความถี่ธรรมชาติ ν ดังนั้น

ν= และ

ตามกฎคลาสสิกว่าด้วยการกระจายพลังงานสม่ำเสมอเหนือระดับความเป็นอิสระ ε(ν) = kT โดยที่ k คือค่าคงที่ของ Boltzmann และ

ความสัมพันธ์นี้เรียกว่าสูตรเรย์ลีห์-ยีนส์ ในพื้นที่ความถี่สูงจะนำไปสู่ความแตกต่างอย่างมากกับการทดลองซึ่งเรียกว่า "ภัยพิบัติอัลตราไวโอเลต: en, T จะเพิ่มขึ้นอย่างน่าเบื่อหน่ายตามความถี่ที่เพิ่มขึ้นโดยไม่มีค่าสูงสุดและการเปล่งรังสีอินทิกรัลของวัตถุสีดำสนิทจะเปลี่ยนไปสู่อนันต์ .

สาเหตุของปัญหาข้างต้นที่เกิดขึ้นเมื่อค้นหารูปแบบของฟังก์ชัน Kirchhoff en,T มีความเกี่ยวข้องกับหลักการพื้นฐานของฟิสิกส์คลาสสิกประการหนึ่งตามที่พลังงานของระบบใด ๆ สามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างต่อเนื่องนั่นคือสามารถใช้เวลาใดก็ได้ ปิดค่าโดยพลการ

ตามทฤษฎีควอนตัมของพลังค์พลังงานของออสซิลเลเตอร์การแผ่รังสีที่มีความถี่ธรรมชาติ v สามารถใช้ค่าที่ไม่ต่อเนื่อง (เชิงปริมาณ) บางอย่างเท่านั้นที่แตกต่างกันตามจำนวนเต็มของส่วนเบื้องต้น - ควอนตัมพลังงาน:

h = b.625-10-34 J*sec - ค่าคงที่ของพลังค์ (ควอนตัมของการกระทำ) ด้วยเหตุนี้ การแผ่รังสีและการดูดซับพลังงานโดยอนุภาคของวัตถุที่แผ่รังสี (อะตอม โมเลกุล หรือไอออน) ที่แลกเปลี่ยนพลังงานกับออสซิลเลเตอร์การแผ่รังสีไม่ควรเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง แต่แยกกัน - ในส่วนที่แยกจากกัน (ควอนตัม)

ความพยายามที่จะอธิบาย:

คำนี้ถูกนำมาใช้โดย Gustav Kirchhoff ในปี 1862

การศึกษากฎของการแผ่รังสีวัตถุดำเป็นหนึ่งในข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการเกิดขึ้นของกลศาสตร์ควอนตัม ความพยายามที่จะอธิบายการแผ่รังสีของวัตถุสีดำสนิทตามหลักการคลาสสิกของอุณหพลศาสตร์และไฟฟ้าพลศาสตร์นำไปสู่กฎเรย์ลีห์-ยีนส์
ในทางปฏิบัติ กฎดังกล่าวหมายถึงความเป็นไปไม่ได้ที่สมดุลทางอุณหพลศาสตร์ระหว่างสสารกับการแผ่รังสี เนื่องจากตามหลักการแล้ว พลังงานความร้อนทั้งหมดจะต้องถูกแปลงเป็นพลังงานรังสีในบริเวณคลื่นสั้นของสเปกตรัม ปรากฏการณ์สมมุตินี้เรียกว่าภัยพิบัติอัลตราไวโอเลต
อย่างไรก็ตาม กฎรังสีเรย์ลี-ยีนส์ใช้ได้กับบริเวณคลื่นยาวของสเปกตรัมและอธิบายธรรมชาติของรังสีได้อย่างเพียงพอ ข้อเท็จจริงของการโต้ตอบดังกล่าวสามารถอธิบายได้โดยใช้วิธีการทางกลควอนตัมเท่านั้น ซึ่งการแผ่รังสีจะเกิดขึ้นอย่างไม่ต่อเนื่องกัน ตามกฎควอนตัม เราสามารถหาสูตรของพลังค์ได้ ซึ่งจะตรงกับสูตรเรย์ลีห์-ยีนส์
ความจริงเรื่องนี้เป็นตัวอย่างที่ดีเยี่ยมของหลักการติดต่อกัน ซึ่งทฤษฎีฟิสิกส์ใหม่ต้องอธิบายทุกสิ่งที่ทฤษฎีเก่าสามารถอธิบายได้

ความเข้มของการแผ่รังสีของวัตถุสีดำสนิท ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความถี่ ถูกกำหนดโดยกฎของพลังค์

พลังงานรวมของการแผ่รังสีความร้อนถูกกำหนดโดยกฎของสเตฟาน-โบลต์ซมันน์ ดังนั้น วัตถุสีดำสนิทที่ T = 100 K จะปล่อยพลังงาน 5.67 วัตต์จากพื้นผิวหนึ่งตารางเมตร ที่อุณหภูมิ 1,000 K พลังงานรังสีจะเพิ่มขึ้นเป็น 56.7 กิโลวัตต์ต่อตารางเมตร

ความยาวคลื่นซึ่งพลังงานรังสีของวัตถุสีดำสนิทนั้นสูงสุดนั้นถูกกำหนดโดยกฎการกระจัดของวินน์ ดังนั้น หากเราถือว่าเป็นการประมาณครั้งแรกว่าผิวหนังของมนุษย์มีคุณสมบัติใกล้เคียงกับวัตถุสีดำสนิท ดังนั้นสเปกตรัมรังสีสูงสุดที่อุณหภูมิ 36°C (309 K) จะอยู่ที่ความยาวคลื่น 9400 นาโนเมตร (ใน บริเวณอินฟราเรดของสเปกตรัม)

การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่อยู่ในสมดุลทางอุณหพลศาสตร์กับวัตถุสีดำที่อุณหภูมิที่กำหนด (เช่น การแผ่รังสีภายในโพรงในวัตถุสีดำ) เรียกว่าการแผ่รังสีวัตถุสีดำ (หรือสมดุลความร้อน) การแผ่รังสีความร้อนที่สมดุลนั้นเป็นเนื้อเดียวกัน มีไอโซโทรปิกและไม่มีขั้ว ไม่มีการถ่ายโอนพลังงานในนั้น ลักษณะทั้งหมดของมันขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของตัวปล่อยวัตถุดำอย่างแน่นอนเท่านั้น (และเนื่องจากการแผ่รังสีของวัตถุสีดำอยู่ในสมดุลทางความร้อนกับวัตถุนี้ อุณหภูมินี้จึงสามารถทำได้ เป็นผลจากรังสี)

สิ่งที่เรียกว่าพื้นหลังไมโครเวฟคอสมิกหรือพื้นหลังไมโครเวฟคอสมิกนั้นมีคุณสมบัติใกล้เคียงกับรังสีวัตถุดำมาก ซึ่งเป็นรังสีที่เต็มจักรวาลด้วยอุณหภูมิประมาณ 3 เคลวิน

24) ทฤษฎีควอนตัมเบื้องต้นของรังสีสิ่งสำคัญที่นี่ (โดยย่อ): 1) การแผ่รังสีเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงของระบบควอนตัมจากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่งด้วยพลังงานที่ต่ำกว่า 2) การแผ่รังสีไม่ได้เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง แต่เกิดขึ้นในส่วนของพลังงาน - ควอนตัม 3) พลังงานของควอนตัมเท่ากับส่วนต่างของระดับพลังงาน 4) ความถี่ของการแผ่รังสีถูกกำหนดโดยสูตรที่รู้จักกันดี E=hf 5) ควอนตัมของรังสี (โฟตอน) แสดงคุณสมบัติของทั้งอนุภาคและคลื่น รายละเอียด:ไอน์สไตน์ใช้ทฤษฎีรังสีควอนตัมเพื่อตีความผลของโฟโตอิเล็กทริค ทฤษฎีควอนตัมของการแผ่รังสีทำให้สามารถยืนยันทฤษฎีของไอน์สไตน์ได้ ทฤษฎีควอนตัมของการแผ่รังสี (โดยคำนึงถึงสมมติฐานบางประการเกี่ยวกับการฟื้นฟู) ค่อนข้างอธิบายปฏิสัมพันธ์ของการแผ่รังสีกับสสารได้ค่อนข้างสมบูรณ์ อย่างไรก็ตาม เป็นเรื่องที่น่าดึงดูดใจที่จะโต้แย้งว่ารากฐานแนวคิดของทฤษฎีรังสีควอนตัมและแนวคิดของโฟตอนนั้นถูกมองได้ดีที่สุดผ่านสนามคลาสสิกและความผันผวนที่เกี่ยวข้องกับสุญญากาศ อย่างไรก็ตาม ความก้าวหน้าในทัศนศาสตร์ควอนตัมได้ก่อให้เกิดข้อโต้แย้งใหม่ๆ ในเรื่องการหาปริมาณของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า และด้วยความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับแก่นแท้ของโฟตอนจึงเกิดขึ้น ทฤษฎีควอนตัมของการปล่อยแสงใช้ข้อเท็จจริงที่ว่าพลังงานของปฏิสัมพันธ์ระหว่างสสาร (อะตอม โมเลกุล คริสตัล) และสนามแม่เหล็กไฟฟ้ามีขนาดเล็กมาก สิ่งนี้ช่วยให้เราสามารถพิจารณาสนามและสสารได้อย่างอิสระจากกันในการประมาณค่าเป็นศูนย์ และพูดคุยเกี่ยวกับโฟตอนและสถานะคงที่ของสสาร เมื่อคำนึงถึงพลังงานอันตรกิริยาในการประมาณครั้งแรกเผยให้เห็นความเป็นไปได้ที่สารจะเปลี่ยนจากสถานะนิ่งหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่ง การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้เกิดขึ้นพร้อมกับการปรากฏหรือการหายไปของโฟตอนหนึ่ง ดังนั้น จึงแสดงถึงการกระทำเบื้องต้นที่ประกอบขึ้นเป็นกระบวนการปล่อยและการดูดกลืนแสงตามสสาร ตามทฤษฎีควอนตัมของการแผ่รังสีกระบวนการเบื้องต้นของโฟโตลูมิเนสเซนซ์ควรได้รับการพิจารณาว่าประกอบด้วยการกระตุ้นทางอิเล็กทรอนิกส์ของโมเลกุลของสารเรืองแสงโดยโฟตอนที่ถูกดูดซับและการปล่อยโมเลกุลที่ตามมาในระหว่างการเปลี่ยนจากสถานะที่ตื่นเต้นไปเป็นสภาวะปกติ . ตามที่การศึกษาเชิงทดลองแสดงให้เห็น กระบวนการเบื้องต้นของโฟโตลูมิเนสเซนซ์ไม่ได้เกิดขึ้นภายในศูนย์กลางการเปล่งแสงแห่งเดียวเสมอไป ในการสร้างทฤษฎีควอนตัมของการแผ่รังสีจำเป็นต้องคำนึงถึงปฏิสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนกับสนามโฟตอนที่เป็นปริมาณที่สอง
การพัฒนาทฤษฎีควอนตัมของการแผ่รังสีของประจุที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของคลื่นระนาบเริ่มต้นด้วยผลงานอันโด่งดังของไคลน์และนิชินะซึ่งมีการพิจารณาการกระเจิงของโฟตอนโดยอิเล็กตรอนที่อยู่นิ่ง พลังค์หยิบยกทฤษฎีควอนตัมของการแผ่รังสีตามที่พลังงานถูกปล่อยออกมาและดูดซับไม่ต่อเนื่อง แต่ในบางส่วน - ควอนตัมเรียกว่าโฟตอน ดังนั้นทฤษฎีควอนตัมของการแผ่รังสีไม่เพียงแต่นำไปสู่ข้อสรุปตามทฤษฎีคลื่นเท่านั้น แต่ยังเสริมด้วยการทำนายใหม่ ซึ่งพบการยืนยันการทดลองที่ยอดเยี่ยม แพ็กเก็ตคลื่นที่มีความไม่แน่นอนน้อยที่สุดในช่วงเวลาต่างๆ กันในสนามศักย์ของฮาร์มอนิกออสซิลเลเตอร์ (ก. สนามไฟฟ้าที่สอดคล้องกัน (ข. ด้วยการพัฒนาทฤษฎีควอนตัมของการแผ่รังสีและการกำเนิดของเลเซอร์ สนามระบุว่าส่วนใหญ่ อธิบายสนามแม่เหล็กไฟฟ้าแบบคลาสสิกอย่างใกล้ชิดในระดับสูง นับตั้งแต่เวลากำเนิดของทฤษฎีควอนตัมของการแผ่รังสีวัตถุสีดำ คำถามที่ว่าสมการพลังค์และสเตฟาน-โบลต์ซมันน์อธิบายความหนาแน่นของพลังงานภายในโพรงจริงที่มีขอบเขตจำกัดได้ดีเพียงใด ผนังสะท้อนแสงเป็นประเด็นที่มีการถกเถียงกันซ้ำแล้วซ้ำเล่า ส่วนใหญ่เกิดขึ้นในสองทศวรรษแรกของศตวรรษนี้ แต่คำถามยังคงอยู่ยังไม่ปิดสนิท และในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ความสนใจในเรื่องนี้และปัญหาอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องก็ฟื้นขึ้นมาอีกครั้ง สาเหตุหนึ่งที่ทำให้ความสนใจในวิชาฟิสิกส์สมัยใหม่ที่เก่าแก่ที่สุดนี้กลับคืนมาคือการพัฒนาทัศนศาสตร์ควอนตัม ทฤษฎีการเชื่อมโยงกันบางส่วน และการประยุกต์ในการศึกษาคุณสมบัติทางสถิติของรังสี ความเข้าใจกระบวนการแลกเปลี่ยนความร้อนโดยการแผ่รังสีระหว่างวัตถุใกล้เคียงที่อุณหภูมิต่ำไม่เพียงพอและปัญหามาตรฐานของรังสีอินฟราเรดไกลซึ่งความยาวคลื่นถือว่าน้อยไม่ได้ รวมถึงปัญหาทางทฤษฎีหลายประการที่เกี่ยวข้องกับกลศาสตร์ทางสถิติของไฟไนต์ ระบบ นอกจากนี้เขายังแสดงให้เห็นว่า ภายใต้ขีดจำกัดของปริมาณมากหรืออุณหภูมิสูง หมายเลขกางเกงยีนส์ใช้ได้กับช่องทุกรูปทรง ต่อมา ตามผลงานของไวล์ จึงได้ค่าประมาณเชิงเส้นกำกับ โดยที่ D0 (v) เป็นเพียงเทอมแรกของอนุกรม ผลรวมทั้งหมดที่ D (v) คือความหนาแน่นของโหมดเฉลี่ย คลื่นไปวรอย - โกสยาในวงโคจรเป็นวงกลม จำเป็นที่ผลรวมที่เกี่ยวข้องกับไฟฟ้า - ความยาววิถีโคจรมารียา Znr จะเป็นจำนวนทวีคูณในสมมติฐานความเป็นวงกลม จี วงโคจร คลื่นต่างจากความยาวคลื่นของอิเล็กตรอน มิฉะนั้นจะมีการรบกวน - ในกรณีนี้คลื่นจะถูกทำลายเนื่องจากไอออน ไขมัน - การรบกวนจะปรากฏขึ้น (9. เงื่อนไขที่มีบรรทัดสำคัญ การก่อตัวของวงโคจรที่มั่นคงในรัศมี g โดยการเปรียบเทียบกับทฤษฎีควอนตัมของการแผ่รังสี เดอ บรอกลีเสนอในปี 1924 ว่าอิเล็กตรอนและอนุภาควัสดุใดๆ โดยทั่วไปมีคุณสมบัติทั้งของคลื่นและกล้ามเนื้อในเวลาเดียวกัน จากข้อมูลของ de Broglie อนุภาคเคลื่อนที่ที่มีมวล m และความเร็ว v สอดคล้องกับความยาวคลื่น K h / mv โดยที่ h คือค่าคงที่ของพลังค์ ตามทฤษฎีควอนตัมของการแผ่รังสี พลังงานของตัวปล่อยมูลฐานสามารถเปลี่ยนแปลงได้เฉพาะในการกระโดดที่ทวีคูณของค่าที่แน่นอนซึ่งคงที่สำหรับความถี่การแผ่รังสีที่กำหนด ส่วนพลังงานขั้นต่ำเรียกว่าควอนตัมพลังงาน ข้อตกลงที่ยอดเยี่ยมระหว่างทฤษฎีควอนตัมเต็มรูปแบบของการแผ่รังสีกับสสารและการทดลอง ซึ่งทำได้โดยใช้แลมบ์ชิฟต์เป็นตัวอย่าง ทำให้เกิดข้อโต้แย้งที่ชัดเจนในการสนับสนุนการหาปริมาณของสนามรังสี อย่างไรก็ตาม การคำนวณอย่างละเอียดของ Lamb Shift จะทำให้เราไปไกลจากทิศทางหลักของทัศนศาสตร์ควอนตัม การเปลี่ยนผ่านของ Mössbauer สะดวกที่สุดในการทดลอง ข้อมูลเหล่านี้ยืนยันข้อสรุปของทฤษฎีควอนตัมของการแผ่รังสีสำหรับช่วงแกมมา
หลังจากนำเสนอเหตุผลสั้นๆ สำหรับทฤษฎีควอนตัมของการแผ่รังสีแล้ว ให้เรามาดูการหาปริมาณของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าอิสระกันดีกว่า มวลที่เหลือของโฟตอนในทฤษฎีควอนตัมของการแผ่รังสีถือว่ามีค่าเท่ากับศูนย์ อย่างไรก็ตาม นี่เป็นเพียงสมมติฐานของทฤษฎีเท่านั้น เนื่องจากไม่มีการทดลองทางกายภาพจริงใดที่สามารถยืนยันเรื่องนี้ได้ ให้เราพิจารณาบทบัญญัติหลักของทฤษฎีควอนตัมเกี่ยวกับการแผ่รังสีโดยย่อ หากเราต้องการเข้าใจการทำงานของตัวแยกลำแสงและคุณสมบัติควอนตัมของมันตามทฤษฎีการแผ่รังสีควอนตัม เราต้องปฏิบัติตามสูตรข้างต้น: ค้นหาโหมดลักษณะเฉพาะก่อน แล้วจึงหาปริมาณ ตามที่อธิบายไว้ในบทที่แล้ว แต่ในกรณีของเรามีเงื่อนไขขอบเขตที่กำหนดโหมดเหล่านี้อย่างไร? ประการแรก มีความจำเป็นต้องขยายทฤษฎีควอนตัมของการแผ่รังสีเพื่อพิจารณาผลกระทบสุ่มที่ไม่ใช่ควอนตัม เช่น ความผันผวนของความร้อน นี่เป็นองค์ประกอบสำคัญของทฤษฎีการเชื่อมโยงกันบางส่วน นอกจากนี้ การแจกแจงดังกล่าวยังแสดงให้เห็นความเชื่อมโยงระหว่างทฤษฎีคลาสสิกและทฤษฎีควอนตัมอย่างชัดเจน หนังสือเล่มนี้เป็นคู่มือการเรียนรายวิชาทฤษฎีควอนตัมแห่งรังสีและไฟฟ้าพลศาสตร์ควอนตัม หลักการสร้างหนังสือ: การนำเสนอพื้นฐานของหลักสูตรใช้ส่วนเล็ก ๆ ของเนื้อหาเนื้อหาข้อเท็จจริงส่วนใหญ่นำเสนอในรูปแบบของปัญหาพร้อมวิธีแก้ไขเครื่องมือทางคณิตศาสตร์ที่จำเป็นมีให้ในภาคผนวก ความสนใจทั้งหมดมุ่งเน้นไปที่ธรรมชาติที่ไม่สัมพันธ์กันของการเปลี่ยนผ่านของการแผ่รังสีในระบบอะตอม ทฤษฎีควอนตัมเบื้องต้นของการแผ่รังสีวัตถุดำไม่สามารถระบุ AnJBnm ในสูตรทางทฤษฎีได้ (11.32) ไอน์สไตน์แสดงให้เห็นก่อนที่จะมีการพัฒนาทฤษฎีควอนตัมของการแผ่รังสีด้วยซ้ำว่าความสมดุลทางสถิติระหว่างการแผ่รังสีและสสารนั้นเป็นไปได้เฉพาะในกรณีที่พร้อมกับการแผ่รังสีที่ถูกกระตุ้นซึ่งแปรผันตามความหนาแน่นของรังสี มีการแผ่รังสีที่เกิดขึ้นเองซึ่งเกิดขึ้นในกรณีที่ไม่มีอยู่ ของรังสีภายนอก การปล่อยก๊าซธรรมชาติมีสาเหตุมาจากปฏิสัมพันธ์ของระบบอะตอมที่มีการแกว่งของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นศูนย์ ไอน์สไตน์แสดงให้เห็นก่อนที่จะมีการพัฒนาทฤษฎีควอนตัมของการแผ่รังสีด้วยซ้ำว่าความสมดุลทางสถิติระหว่างการแผ่รังสีและสสารนั้นเป็นไปได้เฉพาะในกรณีที่พร้อมกับการแผ่รังสีที่ถูกกระตุ้นซึ่งแปรผันตามความหนาแน่นของรังสี มีการแผ่รังสีที่เกิดขึ้นเองซึ่งเกิดขึ้นในกรณีที่ไม่มีอยู่ ของรังสีภายนอก การปล่อยก๊าซธรรมชาติมีสาเหตุมาจากปฏิสัมพันธ์ของระบบอะตอมที่มีการแกว่งของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นศูนย์ ตามทฤษฎีควอนตัมของการแผ่รังสี สตาร์คและไอน์สไตน์ได้กำหนดกฎข้อที่สองของโฟโตเคมีขึ้นเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 โดยแต่ละโมเลกุลที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาโฟโตเคมีคอลจะดูดซับรังสีหนึ่งควอนตัมซึ่งเป็นสาเหตุของปฏิกิริยา อย่างหลังนี้เกิดจากความน่าจะเป็นที่ต่ำมากที่จะดูดซับควอนตัมอีกครั้งโดยโมเลกุลที่ถูกกระตุ้น เนื่องจากความเข้มข้นในสารต่ำ การแสดงออกของสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงนั้นได้มาจากทฤษฎีควอนตัมของรังสี สำหรับบริเวณไมโครเวฟ มันแสดงถึงฟังก์ชันที่ซับซ้อน ขึ้นอยู่กับกำลังสองของความถี่ทรานซิชัน รูปร่างเส้น อุณหภูมิ จำนวนโมเลกุลที่ระดับพลังงานต่ำกว่า และกำลังสองขององค์ประกอบเมทริกซ์ของโมเมนต์ไดโพลทรานซิชัน

25 ทฤษฎีรังสีและกำเนิดแสงของไอน์สไตน์

ไอน์สไตน์เริ่มต้นด้วยการพิจารณาความยากลำบากในทฤษฎีการแผ่รังสีวัตถุดำ หากเราจินตนาการว่าออสซิลเลเตอร์แม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งเป็นโมเลกุลของร่างกายปฏิบัติตามกฎสถิติคลาสสิกของ Maxwell - Boltzmann โดยเฉลี่ยแล้วออสซิลเลเตอร์แต่ละตัวจะมีพลังงานโดยเฉลี่ย:

โดยที่ R คือค่าคงที่ของ Clapeyron, N คือตัวเลขของ Avogadro การใช้ความสัมพันธ์ของพลังค์ระหว่างพลังงานเฉลี่ยของออสซิลเลเตอร์กับความหนาแน่นของพลังงานเชิงปริมาตรซึ่งอยู่ในภาวะสมดุลในการแผ่รังสี:

โดยที่ Eν คือพลังงานเฉลี่ยของออสซิลเลเตอร์ของความถี่ v, L คือความเร็วของแสง, ρ คือความหนาแน่นของพลังงานการแผ่รังสีตามปริมาตร, Einstein เขียนความเท่าเทียมกัน:

จากนั้นเขาพบความหนาแน่นของพลังงานตามปริมาตร:

ไอน์สไตน์เขียนว่า “ความสัมพันธ์นี้พบภายใต้สภาวะสมดุลไดนามิก ไม่เพียงแต่ขัดแย้งกับประสบการณ์เท่านั้น แต่ยังระบุด้วยว่าในภาพของเรา ไม่ต้องสงสัยเลยว่าการกระจายพลังงานอย่างคลุมเครือระหว่างอีเทอร์กับสสาร” ในความเป็นจริง พลังงานรังสีทั้งหมดกลายเป็นอนันต์:

ในปีเดียวกันนั้นคือ พ.ศ. 2448 เรย์ลีห์และเจเน็ตได้ข้อสรุปที่คล้ายกันโดยแยกจากกัน สถิติคลาสสิกนำไปสู่กฎแห่งรังสีซึ่งตรงกันข้ามกับประสบการณ์อย่างมาก ความยากลำบากนี้เรียกว่า "ภัยพิบัติอัลตราไวโอเลต"

ไอน์สไตน์ชี้ให้เห็นว่าสูตรของพลังค์:

สำหรับความยาวคลื่นยาวและความหนาแน่นของรังสีสูงจะแปลงเป็นสูตรที่เขาพบ:

ไอน์สไตน์เน้นย้ำว่าค่าของจำนวนอาโวกาโดรเกิดขึ้นพร้อมกับค่าที่พบโดยวิธีอื่น เมื่อหันไปใช้กฎของ Wien ซึ่งสมเหตุสมผลสำหรับค่าขนาดใหญ่ที่ ν/T ไอน์สไตน์ได้นิพจน์สำหรับเอนโทรปีของรังสี:

“ความเท่าเทียมกันนี้แสดงให้เห็นว่าเอนโทรปีของการแผ่รังสีเอกรงค์เดียวที่มีความหนาแน่นต่ำเพียงพอนั้นขึ้นอยู่กับปริมาตรในลักษณะเดียวกับเอนโทรปีของก๊าซในอุดมคติหรือสารละลายเจือจาง”

เขียนนิพจน์นี้ใหม่เป็น:

และเปรียบเทียบกับกฎของ Boltzmann:

S-S0= (R/N) lnW,

ไอน์สไตน์พบนิพจน์สำหรับความน่าจะเป็นที่พลังงานรังสีในปริมาตร V0 จะมีความเข้มข้นในส่วนของปริมาตร V:

ตัวเลือกการสร้างแสงสามแบบ

โดยพื้นฐานแล้วการสร้างแสงมีสามวิธี: การแผ่รังสีความร้อน การปล่อยก๊าซความดันสูงและต่ำ

· การแผ่รังสีความร้อน - การแผ่รังสีของลวดความร้อนจนถึงอุณหภูมิสูงสุดระหว่างการผ่านของกระแสไฟฟ้า ตัวอย่างคือดวงอาทิตย์ที่มีอุณหภูมิพื้นผิว 6,000 K องค์ประกอบที่เหมาะสมที่สุดสำหรับสิ่งนี้คือทังสเตนซึ่งมีจุดหลอมเหลวสูงที่สุดในบรรดาโลหะ (3683 K)

ตัวอย่าง: หลอดไส้และหลอดฮาโลเจนทำงานเนื่องจากการแผ่รังสีความร้อน

· การปล่อยส่วนโค้งของก๊าซจะปรากฏในภาชนะแก้วปิดซึ่งเต็มไปด้วยก๊าซเฉื่อย ไอระเหยของโลหะ และธาตุหายากเมื่อใช้แรงดันไฟฟ้า ผลการเรืองแสงของสารตัวเติมที่เป็นก๊าซทำให้ได้สีแสงที่ต้องการ

ตัวอย่าง: หลอดปรอท เมทัลฮาไลด์ และโซเดียมทำงานโดยใช้การปล่อยอาร์คก๊าซ

· กระบวนการเรืองแสง ภายใต้อิทธิพลของการปล่อยกระแสไฟฟ้า ไอปรอทที่ถูกสูบเข้าไปในหลอดแก้วจะเริ่มปล่อยรังสีอัลตราไวโอเลตที่มองไม่เห็น ซึ่งเมื่อพวกมันกระทบกับฟอสเฟอร์ที่ใช้กับพื้นผิวด้านในของแก้ว จะถูกแปลงเป็นแสงที่มองเห็นได้

ตัวอย่าง: เนื่องจากกระบวนการฟลูออเรสเซนต์ หลอดฟลูออเรสเซนต์และหลอดคอมแพคฟลูออเรสเซนต์จึงใช้งานได้

26) การวิเคราะห์สเปกตรัม - ชุดวิธีการกำหนดองค์ประกอบและองค์ประกอบโมเลกุลและโครงสร้างของสารจากสเปกตรัม ด้วยความช่วยเหลือของเอส<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.

พื้นฐานของ S. a. คือสเปกโทรสโกปีของอะตอมและโมเลกุล โดยจำแนกตามวัตถุประสงค์ของการวิเคราะห์และประเภทของสเปกตรัม ในอะตอม S.a. (ASA) กำหนดองค์ประกอบองค์ประกอบของตัวอย่างจากสเปกตรัมการปล่อยและการดูดกลืนแสงของอะตอม (ไอออน) ในโมเลกุล S.a. (MSA) - องค์ประกอบโมเลกุลของสารตามสเปกตรัมโมเลกุลของการดูดกลืน การเปล่งแสง การสะท้อน การเรืองแสง และการกระเจิงของแสงแบบรามัน การปล่อยก๊าซเรือนกระจก ดำเนินการโดยใช้สเปกตรัมการปล่อยก๊าซของอะตอม ไอออน และโมเลกุลที่ถูกกระตุ้น การดูดซึม S.a. ดำเนินการตามสเปกตรัมการดูดกลืนแสงของวัตถุที่วิเคราะห์ ใน S.a. มักจะรวมหลาย ๆ อย่างเข้าด้วยกัน<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. การวิเคราะห์สเปกตรัมอะตอมมีสองอันหลัก ตัวแปรของอะตอม C ก. - การปล่อยอะตอมมิก (AESA) และการดูดซับของอะตอม (AAA) การวิเคราะห์สเปกตรัมการปล่อยอะตอมขึ้นอยู่กับการพึ่งพา 1 =f(c) ของเส้นสเปกตรัมความเข้ม 1 ของการปล่อย (การปล่อย) ขององค์ประกอบที่ถูกกำหนด x ตามความเข้มข้นในวัตถุที่วิเคราะห์: โดยที่ความน่าจะเป็นของการเปลี่ยนผ่านควอนตัมจากสถานะ q เป็นสถานะ p,n q คือความเข้มข้นของอะตอมที่อยู่ในสถานะ q ในแหล่งกำเนิดรังสี (สารภายใต้การศึกษา) คือความถี่ของการเปลี่ยนผ่านควอนตัม หากสมดุลทางอุณหพลศาสตร์เฉพาะที่พอใจในโซนรังสี ความเข้มข้นของอิเล็กตรอนจะเท่ากับ n e 14 -10 15 และการกระจายความเร็วของพวกมันคือ Maxwellian<то โดยที่ n a คือความเข้มข้นของอะตอมที่ไม่ถูกกระตุ้นขององค์ประกอบที่กำหนดในพื้นที่การแผ่รังสี g q คือน้ำหนักทางสถิติของสถานะ q, Z คือผลรวมทางสถิติสำหรับสถานะ q และ พลังงานกระตุ้นระดับ q ดังนั้นความเข้มข้นที่ต้องการ n a จึงเป็นฟังก์ชันอุณหภูมิที่ไม่สามารถควบคุมได้อย่างเข้มงวดในทางปฏิบัติ ดังนั้นจึงมักจะวัดความเข้มข้นของการวิเคราะห์ เส้นสัมพันธ์กับภายในบางส่วน<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.

ใน AESA ส่วนใหญ่จะใช้งาน เครื่องมือสเปกตรัมพร้อมการบันทึกภาพ (สเปกโตรกราฟ) และโฟโตอิเล็กทริก การลงทะเบียน (ควอนโตมิเตอร์) การแผ่รังสีของตัวอย่างที่อยู่ระหว่างการศึกษามุ่งตรงไปที่ช่องทางเข้าของอุปกรณ์โดยใช้ระบบเลนส์ กระทบกับอุปกรณ์กระจายตัว (ปริซึมหรือตะแกรงเลี้ยวเบน) และหลังจากโมโนโครมาไรเซชัน จะถูกโฟกัสโดยระบบเลนส์ในระนาบโฟกัส โดยที่ แผ่นถ่ายภาพหรือระบบช่องเอาท์พุต (ควอนโตมิเตอร์) ตั้งอยู่ด้านหลังซึ่งมีการติดตั้งโฟโตเซลล์หรือโฟโตมัลติพลายเออร์ เมื่อถ่ายภาพ ความเข้มของเส้นจะถูกกำหนดโดยความหนาแน่นของการทำให้ดำคล้ำ S ซึ่งวัดด้วยไมโครโฟโตมิเตอร์ โดยที่ p คือสิ่งที่เรียกว่า ค่าคงที่ Schwarzschild - ปัจจัยความคมชัด; เสื้อ - เวลาเปิดรับแสง ใน AESA สารที่อยู่ระหว่างการศึกษาจะต้องอยู่ในสถานะของแก๊สอะตอมมิก<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: โดยที่ r คือรัศมีของอนุภาค D คือสัมประสิทธิ์ การแพร่กระจาย - แรงตึงผิวของสารละลาย, p - ความดันไออิ่มตัว, M - โมล มวล - ความหนาแน่น เมื่อใช้สมการนี้ คุณจะสามารถหาปริมาณของสารที่ระเหยในช่วงเวลา t ได้

หากโมเลกุลประกอบด้วยองค์ประกอบ n 1 และ n 2 ระดับของการทำให้เป็นละอองสามารถคำนวณได้โดยใช้สมการ: โดยที่ M 1 และ M 2 อยู่ที่ มวลขององค์ประกอบ n 1 และ n 2; Z 1 และ Z 2 - เชิงสถิติ<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: (โดยที่ p คือความดัน, c คือความเร็วแสง, m คืออะตอม, M คือน้ำหนักโมเลกุล, คือค่าตัดขวางที่มีประสิทธิภาพของการชนที่นำไปสู่การขยายกว้างขึ้น, K คือค่าคงที่)T. ดังนั้น ความกว้างของรูปทรงของเส้นดูดกลืนและการปล่อยก๊าซอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับความดัน อุณหภูมิ และองค์ประกอบของเฟสก๊าซในแหล่งกำเนิดรังสีและในเซลล์ดูดซับ ซึ่งจะส่งผลต่อลักษณะที่ปรากฏของฟังก์ชันและอาจนำไปสู่ ความคลุมเครือในผลลัพธ์ของ SA ในระดับหนึ่ง สิ่งนี้สามารถถูกกำจัดได้โดยใช้เทคนิคที่ค่อนข้างซับซ้อน ในวิธีวอลช์นั้น มีการใช้หลอดแคโทดกลวง (HCL) ซึ่งปล่อยเส้นสเปกตรัมที่แคบกว่าเส้นดูดกลืนของอะตอมขององค์ประกอบที่ถูกกำหนดในเซลล์ดูดซับแบบธรรมดามาก เป็นผลให้การพึ่งพาในช่วงค่า A (0 -0.3) ค่อนข้างกว้างกลายเป็นฟังก์ชันเชิงเส้นอย่างง่าย ในฐานะที่เป็นอะตอมไมเซอร์ใน AAA จะใช้การสลายตัว เปลวไฟขึ้นอยู่กับส่วนผสมของไฮโดรเจน - ออกซิเจน อะเซทิลีน - อากาศ อะเซทิลีน - ไนตรัสออกไซด์ ฯลฯ วิเคราะห์ละอองของสารละลายตัวอย่างที่ถูกเป่าเข้าไปในเปลวไฟที่กำลังลุกไหม้ วัดความเข้มและฉัน 0 ของแสงที่ผ่านเปลวไฟตามลำดับระหว่างการจ่ายละอองลอยและไม่มีการจ่ายละออง ในความทันสมัย อุปกรณ์การวัดเป็นแบบอัตโนมัติ ในบางกรณี กระบวนการระเหยและการทำให้เป็นอะตอมของตัวอย่างไม่เกิดขึ้นอย่างสมบูรณ์ในเฟสก๊าซเนื่องจากอุณหภูมิเปลวไฟต่ำ (T ~ 3000 K) กระบวนการระเหยของอนุภาคละอองลอยและระดับการทำให้เป็นละอองของเปลวไฟยังขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของเปลวไฟ (อัตราส่วนของตัวออกซิไดเซอร์ที่ติดไฟได้) รวมถึงองค์ประกอบของสารละลายละอองลอยด้วย ความสามารถในการทำซ้ำเชิงวิเคราะห์ที่ดี สัญญาณ (ในกรณีที่ดีที่สุด S r คือ 0.01-0.02) สามารถรับสัญญาณได้โดยใช้ LPC เป็นแหล่งการแผ่รังสีซึ่งมีความเสถียรสูง และโดยการดำเนินการกระบวนการระเหยและการทำให้เป็นอะตอมในเปลวไฟ

27) ความกว้างของการปล่อยก๊าซธรรมชาติ เส้นดอปเปลอร์ขยายตัวในตัวกลางที่เป็นก๊าซ. ความกว้างของเส้นสเปกตรัมธรรมชาติ-ความกว้างของเส้นสเปกตรัมเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงควอนตัมที่เกิดขึ้นเองของระบบควอนตัมที่แยกได้ (อะตอม โมเลกุล นิวเคลียส ฯลฯ) อีช. กับ. ล. เรียกว่า รังสีด้วย ความกว้าง. ตามหลักความไม่แน่นอนระดับความตื่นเต้น ฉันพลังงานของระบบควอนตัมที่มีอายุการใช้งานจำกัด t ฉันเป็นแบบกึ่งแยกและมีความกว้างจำกัด (เล็ก) (ดูความกว้างของระดับ) พลังงานของระดับที่ตื่นเต้นเท่ากับ - ความน่าจะเป็นรวมของการเปลี่ยนควอนตัมที่เกิดขึ้นเองทั้งหมดจากระดับ ฉัน (เอ ik- ความน่าจะเป็นที่จะเคลื่อนไปสู่ระดับหนึ่ง เค;ดูค่าสัมประสิทธิ์ของไอน์สไตน์) หากระดับพลังงาน j ซึ่งระบบควอนตัมไปถึงนั้นตื่นเต้นเช่นกัน ดังนั้น E. sh กับ. ล. เท่ากับ (ช ฉัน+จี เจ- ความน่าจะเป็น ดว.จรังสีโฟตอนในช่วงความถี่ ง w ในระหว่างการเปลี่ยนผ่าน i-j ถูกกำหนดโดย f-loy: สำหรับเส้นเรโซแนนซ์ของอะตอมและไอออน E. sh กับ. ล. เท่ากับ: ที่ไหน ฉ- ความแรงของทรานซิชันออสซิลเลเตอร์ ฉัน-เจมันมีขนาดเล็กมากเมื่อเทียบกับความถี่การเปลี่ยนผ่าน w ฉัน: ก/วัตต์ ฉัน~ a 3 (z+1) 2 (ในที่นี้ a=1/137 คือค่าคงที่ของโครงสร้างละเอียด z คือความหลายหลากของประจุไอออน) เส้นต้องห้ามจะมีความกว้างน้อยเป็นพิเศษ ความกว้างของเส้นธรรมชาติ คลาสสิค ออสซิลเลเตอร์ที่มีประจุ จ, มวล ตและเป็นเจ้าของ ความถี่ w 0 เท่ากับ: Г = 2еw 2 0 /3mс 3 . การแผ่รังสี การลดทอนยังนำไปสู่การเลื่อนสูงสุดของเส้นไปทางความถี่ต่ำลงเล็กน้อย ~Г 2 /4w 0 การเปลี่ยนผ่านควอนตัมที่เกิดขึ้นเองซึ่งกำหนดความกว้างอันจำกัดของระดับพลังงานและความกว้าง E. กับ. ฏ. ไม่ได้เกิดขึ้นพร้อมกับการปล่อยโฟตอนเสมอไป ดอปเปลอร์ขยายเส้นสเปกตรัมการขยายตัวนี้สัมพันธ์กับปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ กล่าวคือ กับการขึ้นอยู่กับความถี่รังสีที่สังเกตได้กับความเร็วของตัวปล่อย หากแหล่งกำเนิดรังสีเอกรงค์ซึ่งมีความถี่ในสถานะนิ่งเคลื่อนที่เข้าหาผู้สังเกตด้วยความเร็ว เพื่อให้การฉายรังสีความเร็วไปสู่ทิศทางของการสังเกต ผู้สังเกตจะบันทึกความถี่ของการแผ่รังสีที่สูงกว่า โดยที่ c คือความเร็วเฟสของการแพร่กระจายคลื่น 0 คือมุมระหว่างทิศทางความเร็วของตัวปล่อยและการสังเกต ในระบบควอนตัม แหล่งกำเนิดรังสีคืออะตอมหรือโมเลกุล ในตัวกลางที่เป็นก๊าซที่สมดุลทางอุณหพลศาสตร์ ความเร็วของอนุภาคจะถูกกระจายตามกฎแมกซ์เวลล์-โบลต์ซมันน์ ดังนั้นรูปร่างของเส้นสเปกตรัมของสารทั้งหมดจะสัมพันธ์กับการกระจายตัวนี้ สเปกตรัมที่ผู้สังเกตการณ์บันทึกจะต้องมีชุดของอนุภาคที่ต่อเนื่องกัน เนื่องจากอะตอมที่ต่างกันจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่ต่างกันเมื่อเทียบกับผู้สังเกต เมื่อพิจารณาเฉพาะการคาดการณ์ความเร็วในการแจกแจงของแมกซ์เวลล์-โบลต์ซมันน์ เราก็จะได้นิพจน์ต่อไปนี้สำหรับรูปร่างของเส้นสเปกตรัมดอปเปลอร์: การพึ่งพาอาศัยกันนี้เป็นฟังก์ชันเกาส์เซียน ความกว้างของเส้นที่สอดคล้องกับค่า เมื่อมวลอนุภาค M เพิ่มขึ้นและอุณหภูมิ T ลดลง ความกว้างของเส้นจะลดลง เนื่องจากปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ เส้นสเปกตรัมของสารทั้งหมดจึงไม่ตรงกับเส้นสเปกตรัมของอนุภาคแต่ละตัว เส้นสเปกตรัมที่สังเกตได้ของสสารคือการซ้อนทับของเส้นสเปกตรัมของอนุภาคทั้งหมดของสสาร ซึ่งก็คือเส้นที่มีความถี่กลางต่างกัน สำหรับอนุภาคแสงที่อุณหภูมิปกติ ความกว้างของเส้น Doppler ในช่วงออปติคอลสามารถเกินความกว้างของเส้นธรรมชาติได้หลายขนาดและเข้าถึงค่าได้มากกว่า 1 GHz กระบวนการที่รูปร่างของเส้นสเปกตรัมของสารทั้งหมดไม่ตรงกับรูปร่างของเส้นสเปกตรัมของแต่ละอนุภาคเรียกว่าการขยายเส้นสเปกตรัมที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน ในกรณีที่พิจารณา สาเหตุของการขยายตัวแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกันคือปรากฏการณ์ดอปเปลอร์ รูปร่างของเส้นสเปกตรัมดอปเปลอร์อธิบายได้ด้วยฟังก์ชันเกาส์เซียน ถ้าการกระจายตัวของความเร็วอนุภาคแตกต่างจากแมกซ์เวลเลียน รูปร่างของเส้นสเปกตรัมดอปเปลอร์จะแตกต่างจากฟังก์ชันเกาส์เซียน แต่การขยายตัวจะยังคงไม่เป็นเนื้อเดียวกัน

28 เลเซอร์: หลักการทำงาน ลักษณะสำคัญ และการใช้งาน

เลเซอร์เป็นแหล่งกำเนิดของแสงแบบเอกรงค์เดียวที่มีลำแสงที่มีทิศทางสูง

กระบวนการทางกายภาพหลักที่กำหนดการกระทำของเลเซอร์คือการกระตุ้นการปล่อยรังสี มันเกิดขึ้นเมื่อโฟตอนมีปฏิกิริยากับอะตอมที่ตื่นเต้น เมื่อพลังงานโฟตอนเกิดขึ้นพร้อมกันกับพลังงานกระตุ้นของอะตอม (หรือโมเลกุล)

อันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์นี้ อะตอมจะเข้าสู่สภาวะไม่ตื่นเต้น และพลังงานส่วนเกินจะถูกปล่อยออกมาในรูปของโฟตอนใหม่ที่มีพลังงาน ทิศทางของการแพร่กระจายและโพลาไรเซชันเท่ากันทุกประการกับของโฟตอนปฐมภูมิ ดังนั้นผลลัพธ์ของกระบวนการนี้คือการมีโฟตอนสองตัวที่เหมือนกันทุกประการ ด้วยปฏิสัมพันธ์เพิ่มเติมของโฟตอนเหล่านี้กับอะตอมที่ตื่นเต้นคล้ายกับอะตอมแรก อาจเกิด "ปฏิกิริยาลูกโซ่" ของการคูณโฟตอนที่ "บิน" ที่เหมือนกันอย่างแน่นอนในทิศทางเดียว ซึ่งจะนำไปสู่การปรากฏตัวของลำแสงที่มีทิศทางแคบ เพื่อให้โฟตอนที่เหมือนกันถล่มลงมา จำเป็นต้องใช้ตัวกลางซึ่งจะมีอะตอมที่ถูกกระตุ้นมากกว่าอะตอมที่ไม่ได้รับการกระตุ้น เนื่องจากการดูดกลืนโฟตอนจะเกิดขึ้นเมื่อโฟตอนมีปฏิกิริยากับอะตอมที่ไม่ได้รับการกระตุ้น ตัวกลางดังกล่าวเรียกว่าตัวกลางที่มีระดับพลังงานผกผัน

เลเซอร์พบการใช้งานที่หลากหลาย และโดยเฉพาะอย่างยิ่งมีการใช้ในอุตสาหกรรมสำหรับการแปรรูปวัสดุประเภทต่างๆ: โลหะ คอนกรีต แก้ว ผ้า หนัง ฯลฯ

กระบวนการทางเทคโนโลยีเลเซอร์สามารถแบ่งได้เป็นสองประเภท ประการแรกใช้ความสามารถในการโฟกัสลำแสงเลเซอร์อย่างละเอียดมากและกำหนดพลังงานอย่างแม่นยำทั้งในโหมดพัลซิ่งและต่อเนื่อง ในกระบวนการทางเทคโนโลยีดังกล่าว มีการใช้เลเซอร์ที่มีกำลังเฉลี่ยค่อนข้างต่ำ: เหล่านี้คือเลเซอร์แก๊สแบบพัลส์เป็นระยะ ด้วยความช่วยเหลืออย่างหลังได้มีการพัฒนาเทคโนโลยีสำหรับการเจาะรูบาง ๆ ในหินทับทิมและเพชรสำหรับอุตสาหกรรมนาฬิกาและเทคโนโลยีสำหรับการผลิตแม่พิมพ์สำหรับการวาดลวดเส้นเล็ก พื้นที่หลักของการใช้เลเซอร์พัลซิ่งพลังงานต่ำเกี่ยวข้องกับการตัดและการเชื่อมชิ้นส่วนขนาดเล็กในไมโครอิเล็กทรอนิกส์และอุตสาหกรรมสูญญากาศไฟฟ้า โดยมีการทำเครื่องหมายชิ้นส่วนขนาดเล็ก การเผาไหม้ตัวเลข ตัวอักษร และรูปภาพโดยอัตโนมัติสำหรับความต้องการของ อุตสาหกรรมการพิมพ์

เทคโนโลยีเลเซอร์ประเภทที่สองขึ้นอยู่กับการใช้เลเซอร์ที่มีกำลังเฉลี่ยสูง: ตั้งแต่ 1 kW ขึ้นไป เลเซอร์อันทรงพลังถูกนำมาใช้ในกระบวนการทางเทคโนโลยีที่ใช้พลังงานสูง เช่น การตัดและเชื่อมแผ่นเหล็กหนา การชุบแข็งพื้นผิว การนำและการผสมชิ้นส่วนขนาดใหญ่ การทำความสะอาดอาคารจากสิ่งปนเปื้อนบนพื้นผิว การตัดหินอ่อน หินแกรนิต การตัดผ้า หนัง และวัสดุอื่น ๆ เมื่อเชื่อมโลหะด้วยเลเซอร์ จะได้การเชื่อมคุณภาพสูงและไม่ต้องใช้ห้องสุญญากาศ เช่นเดียวกับการเชื่อมด้วยลำแสงอิเล็กตรอน และนี่เป็นสิ่งสำคัญมากในการผลิตสายพานลำเลียง

เทคโนโลยีเลเซอร์อันทรงพลังพบการประยุกต์ใช้ในวิศวกรรมเครื่องกล อุตสาหกรรมยานยนต์ และอุตสาหกรรมวัสดุก่อสร้าง ช่วยให้ไม่เพียงปรับปรุงคุณภาพของการแปรรูปวัสดุเท่านั้น แต่ยังช่วยปรับปรุงตัวบ่งชี้ทางเทคนิคและเศรษฐกิจของกระบวนการผลิตอีกด้วย

เลเซอร์แก๊สอาจเป็นเลเซอร์ชนิดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบันและมีความเหนือกว่าเลเซอร์ทับทิมในเรื่องนี้ ในบรรดาเลเซอร์แก๊สประเภทต่างๆ เป็นไปได้ที่จะค้นหาเลเซอร์ที่ตรงกับความต้องการเลเซอร์เกือบทุกประเภท ยกเว้นพลังงานที่สูงมากในบริเวณสเปกตรัมที่มองเห็นได้ในโหมดพัลซิ่ง กำลังไฟฟ้าสูงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการทดลองหลายครั้งเมื่อศึกษาคุณสมบัติทางแสงแบบไม่เชิงเส้นของวัสดุ

ลักษณะเฉพาะของเลเซอร์แก๊สมักเกิดจากการที่พวกมันเป็นแหล่งของสเปกตรัมอะตอมหรือโมเลกุลตามกฎแล้ว ดังนั้นจึงทราบความยาวคลื่นของการเปลี่ยนผ่านอย่างแม่นยำ โดยถูกกำหนดโดยโครงสร้างอะตอมและมักจะไม่ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อม

เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ - ตัวอย่างหลักของวิธีการทำงานของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์คืออุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลแม๊กออปติคัล (MO)

30 - เปิดตัวสะท้อนแสง โหมดตามยาว โหมดขวาง เสถียรภาพการเลี้ยวเบน

ในปี 1958 Prokhorov A.M. (สหภาพโซเวียต) และเป็นอิสระจากเขา R. Dicke, A. Shavlov, C. Towns (USA) ยืนยันความคิดเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของการใช้ตัวสะท้อนเสียงแบบเปิดในช่วงแสงแทนที่จะเป็นปริมาตร เช่น เครื่องสะท้อนเสียงถูกเรียกว่า เปิดออปติคัลหรือเพียงแค่ออปติคอล L >> l

ถ้า m = n = const แล้ว

ชุดความถี่เรโซแนนซ์ผลลัพธ์เป็นของสิ่งที่เรียกว่า ตามยาว(หรือแนวแกน) แฟชั่น- โหมดแนวแกนคือการสั่นสะเทือนที่แพร่กระจายไปตามแกนแสงของเครื่องสะท้อนอย่างเคร่งครัด พวกเขามีปัจจัยคุณภาพสูงสุด โหมดตามยาวจะแตกต่างกันเฉพาะในการกระจายความถี่และสนามตามแนวแกน Z เท่านั้น (กล่าวคือ ความแตกต่างระหว่างความถี่ที่อยู่ติดกันจะเป็นค่าคงที่และขึ้นอยู่กับรูปทรงของเครื่องสะท้อนเท่านั้น)

โหมดที่มีดัชนีต่างกัน m และ n จะแตกต่างกันในการกระจายสนามในระนาบที่ตั้งฉากกับแกนตัวสะท้อน นั่นคือ ในทิศทางตามขวางเพราะฉะนั้นจึงเรียกพวกมันว่า ขวาง(หรือไม่ใช่แนวแกน) ม็อด- สำหรับโหมดตามขวางที่แตกต่างกันในดัชนี m และ n โครงสร้างสนามจะแตกต่างกันในทิศทางของแกน x และ y ตามลำดับ

ความแตกต่างในความถี่ของโหมดตามขวางที่มีดัชนี m และ n ต่างกัน 1 เท่ากับ:

สามารถแสดงเป็น:

โดยที่ NF คือหมายเลขเฟรสเนล

โหมดตามขวางแต่ละโหมดจะสัมพันธ์กับโหมดตามยาวจำนวนอนันต์ ซึ่งต่างกันในดัชนี g

โหมดที่มีดัชนี m และ n เหมือนกัน แต่ g ต่างกัน จะรวมกันภายใต้ชื่อทั่วไป โหมดตามขวาง การสั่นสะเทือนที่สอดคล้องกับ g บางอย่างเรียกว่าโหมดตามยาวที่เกี่ยวข้องกับโหมดตามขวางนี้

ในทฤษฎีของเรโซเนเตอร์แบบเปิด เป็นเรื่องปกติที่จะกำหนดแต่ละโหมดเป็น TEMmnq โดยที่ m, n คือดัชนีโหมดตามขวาง และ g คือดัชนีตามยาว การกำหนด TEM สอดคล้องกับวลีภาษาอังกฤษ Transvers Electromagnetic (การสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้าตามขวาง ซึ่งมีเส้นโครงของเวกเตอร์ E และ H ไปยังแกน Z เล็กน้อย) เนื่องจากตัวเลข g มีขนาดใหญ่มาก ตัวห้อย g จึงมักถูกละไว้ และโหมดตัวสะท้อนเสียงจึงถูกกำหนดเป็น TEMmn โหมดตามขวาง TEMmn แต่ละประเภทมีโครงสร้างสนามที่แน่นอนในส่วนตัดขวางของเครื่องสะท้อนเสียงและสร้างโครงสร้างเฉพาะของจุดแสงบนกระจกสะท้อนเสียง (รูปที่ 1.8) โหมดเปิดสามารถสังเกตได้ด้วยสายตาซึ่งต่างจากเครื่องสะท้อนเสียงแบบโพรง

การสูญเสียการเลี้ยวเบนของโหมดจริงนั้นน้อยลงอย่างมากเนื่องจากความจริงที่ว่าในระหว่างการแผ่รังสีหลายครั้งระหว่างกระจก การเลือก "ธรรมชาติ" จะเกิดขึ้นสำหรับโหมดเหล่านั้นซึ่งแอมพลิจูดของสนามสูงสุดจะอยู่ที่กึ่งกลางของกระจก ดังนั้น ในเรโซเนเตอร์แบบเปิดเมื่อมีการสูญเสียการเลี้ยวเบน โหมดที่แท้จริงจะไม่สามารถมีอยู่ได้ กล่าวคือ โครงสร้างคงที่ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น คลื่นนิ่ง คล้ายกับที่มีอยู่ในเครื่องสะท้อนเสียงแบบโพรง อย่างไรก็ตาม มีการสั่นบางประเภทที่มีการสูญเสียการเลี้ยวเบนต่ำ (บางครั้งเรียกว่าควอซิโหมดหรือโหมดเรโซเนเตอร์แบบเปิด) สนามของการแกว่ง (โหมด) เหล่านี้กระจุกตัวอยู่ใกล้แกนของเครื่องสะท้อนและในทางปฏิบัติจะลดลงจนเหลือศูนย์ในบริเวณรอบข้าง

31 องค์ประกอบโหมดของรังสีจากเครื่องกำเนิดเลเซอร์ โหมดการทำงานของเลเซอร์โซลิดสเตต

องค์ประกอบโหมดของการแผ่รังสีขึ้นอยู่กับการออกแบบและขนาดของตัวสะท้อนเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ ตลอดจนขนาดของพลังงานการแผ่รังสี เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ปล่อยเส้นสเปกตรัมแคบ ขอบจะแคบลงตามกำลังการแผ่รังสีที่เพิ่มขึ้น เว้นแต่จะมีการเต้นเป็นจังหวะและ เอฟเฟ็กต์มัลติโหมดจะปรากฏขึ้น การที่เส้นแคบลงนั้นถูกจำกัดด้วยความผันผวนของเฟสที่เกิดจากการปล่อยก๊าซธรรมชาติ วิวัฒนาการของสเปกตรัมการปล่อยคลื่นด้วยการเพิ่มกำลังในการฉีด เลเซอร์จะแสดงในรูป 7. ในโหมดความถี่เดียวจะสังเกตการแคบของเส้นสเปกตรัมเป็น Hz นาที ค่าความกว้างของเส้นในเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่มีความเสถียรของโหมดความถี่เดียวโดยใช้การเลือกภายนอก ตัวสะท้อนคือ 0.5 kHz ในเซมิคอนดักเตอร์เลเซอร์ โดยการมอดูเลตปั๊ม เป็นไปได้ที่จะได้รับโมดูเลเตอร์ รังสีเช่น ในรูปแบบของการเต้นเป็นจังหวะไซน์ที่มีความถี่ถึงในบางกรณี 10-20 GHz หรือในรูปแบบของพัลส์อัลตราโซนิกที่มีระยะเวลาต่ำกว่าพิโควินาที ด้วยความเร็ว 2-8 Gbit/s

โซลิดสเตตเลเซอร์- เลเซอร์ที่ใช้สารในสถานะของแข็งเป็นตัวกลางที่ออกฤทธิ์ (ตรงข้ามกับก๊าซในเลเซอร์แก๊สและของเหลวในเลเซอร์สีย้อม)

วงจรการทำงานของสารออกฤทธิ์ของเลเซอร์โซลิดสเตตแบ่งออกเป็นสามและสี่ระดับ รูปแบบใดที่องค์ประกอบแอคทีฟที่กำหนดทำงานจะถูกตัดสินโดยความแตกต่างด้านพลังงานระหว่างระดับการทำงานหลักและระดับล่าง ยิ่งความแตกต่างนี้มากเท่าไร การสร้างประสิทธิภาพก็จะสูงขึ้นที่อุณหภูมิที่สูงขึ้น ตัวอย่างเช่น สถานะพื้นของ Cr3+ ไอออนมีลักษณะเป็นสองระดับย่อย โดยมีระยะห่างระหว่าง 0.38 ซม.-1 ด้วยความแตกต่างของพลังงานดังกล่าว แม้ที่อุณหภูมิฮีเลียมเหลว (~4 K) ประชากรของระดับย่อยด้านบนจะน้อยกว่าระดับล่างเพียง ~13°/0 กล่าวคือ พวกมันมีประชากรเท่ากัน ดังนั้น ทับทิม ​​เป็นสารออกฤทธิ์ที่มีรูปแบบสามระดับที่อุณหภูมิใดก็ได้ สำหรับไอออนนีโอไดเมียม ระดับเลเซอร์ด้านล่างสำหรับการแผ่รังสีที่ =1.06 μm จะอยู่เหนือระดับหลัก 2,000 cm-1 แม้ที่อุณหภูมิห้อง ในระดับต่ำกว่าไอออนนีโอไดเมียมจะน้อยกว่าระดับหลักถึง 1.4-104 เท่า และองค์ประกอบที่ทำงานอยู่ซึ่งใช้นีโอไดเมียมเป็นตัวกระตุ้นจะทำงานตามรูปแบบสี่ระดับ

เลเซอร์โซลิดสเตตสามารถทำงานได้ในโหมดพัลซิ่งและต่อเนื่อง โหมดการทำงานของเลเซอร์โซลิดสเตตมีพัลซิ่งสองโหมด: โหมดการสั่นอิสระและโหมด Q-switched ในโหมดวิ่งอิสระ ระยะเวลาของพัลส์การแผ่รังสีจะเกือบเท่ากับระยะเวลาของพัลส์ปั๊ม ในโหมดสวิตช์ Q ระยะเวลาพัลส์จะสั้นกว่าระยะเวลาพัลส์ของปั๊มอย่างมาก

32) เลนส์ไม่เชิงเส้น - สาขาหนึ่งของทัศนศาสตร์ที่ศึกษาชุดของปรากฏการณ์ทางแสงที่สังเกตได้ระหว่างปฏิกิริยาของสนามแสงกับสารที่มีปฏิกิริยาแบบไม่เชิงเส้นของเวกเตอร์โพลาไรเซชัน P กับเวกเตอร์ความแรงของสนามไฟฟ้า E ของคลื่นแสง ในสสารส่วนใหญ่ ความไม่เชิงเส้นนี้จะสังเกตได้เฉพาะที่ความเข้มของแสงที่สูงมากเท่านั้น ซึ่งทำได้โดยใช้เลเซอร์ เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าทั้งปฏิสัมพันธ์และกระบวนการนั้นเป็นเส้นตรงถ้าความน่าจะเป็นของมันแปรผันกับกำลังแรกของความเข้มของรังสี ถ้าระดับนี้มากกว่าหนึ่ง ทั้งปฏิสัมพันธ์และกระบวนการจะเรียกว่าไม่เชิงเส้น ดังนั้นคำว่าทัศนศาสตร์เชิงเส้นและไม่เชิงเส้นจึงเกิดขึ้น รูปร่าง เลนส์ไม่เชิงเส้นเกี่ยวข้องกับการพัฒนาเลเซอร์ที่สามารถสร้างแสงที่มีความแรงของสนามไฟฟ้าสูงเทียบได้กับความแรงของสนามไฟฟ้าด้วยกล้องจุลทรรศน์ในอะตอม สาเหตุหลักที่ทำให้เกิดความแตกต่างในผลกระทบของรังสีความเข้มสูงจากการแผ่รังสีความเข้มต่ำที่มีต่อสสาร: ที่ความเข้มของการแผ่รังสีสูง กระบวนการมัลติโฟตอนมีบทบาทหลัก เมื่อโฟตอนหลายตัวถูกดูดซับในการกระทำเบื้องต้น ที่ความเข้มของรังสีสูง ผลกระทบจากปฏิสัมพันธ์ในตัวเองจะเกิดขึ้น นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติเริ่มต้นของสารภายใต้อิทธิพลของรังสี กระบวนการเปลี่ยนความถี่ที่ใช้กันมากที่สุดอย่างหนึ่งคือ การสร้างฮาร์มอนิกที่สอง- ปรากฏการณ์นี้ทำให้เอาต์พุตเลเซอร์ของเลเซอร์ Nd:YAG (1,064 นาโนเมตร) หรือเลเซอร์แซฟไฟร์เจือไทเทเนียม (800 นาโนเมตร) ถูกแปลงเป็นแสงที่มองเห็นได้ โดยมีความยาวคลื่น 532 นาโนเมตร (สีเขียว) หรือ 400 นาโนเมตร (สีม่วง) ตามลำดับ . ในทางปฏิบัติ เพื่อเพิ่มความถี่ของแสงเป็นสองเท่า จึงมีการติดตั้งคริสตัลออปติกแบบไม่เชิงเส้นในลักษณะที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัดในลำแสงเอาท์พุตของการแผ่รังสีเลเซอร์

33) การกระเจิงของแสง - การกระเจิงของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงที่มองเห็นได้ระหว่างการโต้ตอบกับสสาร ในกรณีนี้ การเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นในการกระจายเชิงพื้นที่ ความถี่ และโพลาไรเซชันของรังสีเชิงแสง แม้ว่าการกระเจิงมักเข้าใจว่าเป็นเพียงการเปลี่ยนแปลงของการกระจายเชิงมุมของฟลักซ์แสงเท่านั้น ให้ และ เป็นความถี่ของเหตุการณ์และแสงที่กระจาย จากนั้น If - การกระเจิงแบบยืดหยุ่น If - การกระเจิงแบบไม่ยืดหยุ่น - การกระเจิงของสโตกส์ - การกระเจิงแบบป้องกันการสโตกส์ แสงที่กระเจิงให้ข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างและไดนามิกของวัสดุ การกระเจิงของเรย์ลีห์- การกระเจิงของแสงที่สอดคล้องกันโดยไม่เปลี่ยนความยาวคลื่น (เรียกอีกอย่างว่าการกระเจิงแบบยืดหยุ่น) บนอนุภาคความไม่เป็นเนื้อเดียวกันหรือวัตถุอื่น ๆ เมื่อความถี่ของแสงที่กระเจิงนั้นน้อยกว่าความถี่ธรรมชาติของวัตถุหรือระบบที่กระเจิงอย่างมีนัยสำคัญ สูตรที่เทียบเท่า: การกระเจิงของแสงโดยวัตถุที่มีขนาดน้อยกว่าความยาวคลื่น แบบจำลองปฏิสัมพันธ์กับออสซิลเลเตอร์แบบกระจายรามัน เส้นสเปกตรัมปรากฏในสเปกตรัมของการแผ่รังสีที่กระเจิงซึ่งไม่อยู่ในสเปกตรัมของแสงปฐมภูมิ (น่าตื่นเต้น) จำนวนและตำแหน่งของเส้นที่ปรากฏจะขึ้นอยู่กับโครงสร้างโมเลกุลของสาร การแสดงออกของความเข้มของรังสีคือ โดยที่ P คือโมเมนต์ไดโพลเหนี่ยวนำ ซึ่งกำหนดเป็นปัจจัยสัดส่วน α ในสมการนี้เรียกว่าความสามารถเชิงขั้วของโมเลกุล ลองพิจารณาคลื่นแสงเป็นสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความเข้ม อีด้วยความถี่ของการสั่น ν 0 : ที่ไหน อี 0- แอมพลิจูด, ก ที- เวลา.

การแผ่รังสีความร้อน- นี่คือรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาจากสสารและเกิดขึ้นเนื่องจากพลังงานภายใน

เกิดจากการกระตุ้นของอนุภาคของสสารระหว่างการชนระหว่างการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของไอออนที่สั่นสะเทือน

ความเข้มของรังสีและองค์ประกอบสเปกตรัมขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของร่างกาย ดังนั้นดวงตาจึงไม่สามารถรับรู้การแผ่รังสีความร้อนได้เสมอไป

ร่างกาย. เมื่อถูกให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูง พลังงานส่วนสำคัญจะถูกปล่อยออกมาในช่วงที่มองเห็นได้ และที่อุณหภูมิห้อง พลังงานจะถูกปล่อยออกมาในส่วนอินฟราเรดของสเปกตรัม

ตามมาตรฐานสากลรังสีอินฟราเรดมี 3 บริเวณ คือ

1. บริเวณอินฟราเรด A

แล จาก 780 ถึง 1,400 นาโนเมตร

2. บริเวณอินฟราเรด B

แล จาก 1,400 ถึง 3,000 นาโนเมตร

3. บริเวณอินฟราเรด C

แล จาก 3,000 ถึง 1000000 นาโนเมตร

คุณสมบัติของการแผ่รังสีความร้อน

1. การแผ่รังสีความร้อน -นี่เป็นปรากฏการณ์สากลที่มีอยู่ในทุกร่างกายและเกิดขึ้นที่อุณหภูมิแตกต่างจากศูนย์สัมบูรณ์ (- 273 K)

2. ความเข้มของการแผ่รังสีความร้อนและองค์ประกอบสเปกตรัมขึ้นอยู่กับธรรมชาติและอุณหภูมิของร่างกาย

3. การแผ่รังสีความร้อนมีความสมดุลเช่น ในระบบแยกเดี่ยวที่อุณหภูมิคงที่ วัตถุจะปล่อยพลังงานต่อหน่วยเวลาจากพื้นที่หนึ่งหน่วยเท่ากับพลังงานที่ได้รับจากภายนอก

4. นอกจากการแผ่รังสีความร้อนแล้ว ร่างกายทั้งหมดยังมีความสามารถในการดูดซับพลังงานความร้อนจากภายนอกได้

2 . ลักษณะการดูดซึมหลัก.

1. พลังงานแผ่รังสี W (J)

2. ฟลักซ์การแผ่รังสี P = W/t (W)

(ฟลักซ์การแผ่รังสี)

3. การแผ่รังสี (energetic luminosity) คือพลังงานของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาในทุกทิศทางที่เป็นไปได้ต่อหน่วยเวลาต่อหน่วยพื้นที่ที่อุณหภูมิที่กำหนด

RT= W/เซนต์ (W/m2)

4. ความสามารถในการดูดซับ (สัมประสิทธิ์การดูดซึม) เท่ากับอัตราส่วนของฟลักซ์การแผ่รังสีที่ถูกดูดซับโดยร่างกายที่กำหนดต่อฟลักซ์การแผ่รังสีที่ตกกระทบในร่างกายที่อุณหภูมิที่กำหนด

αt = Ragl / Rpad

3. ตัวปล่อยความร้อนและคุณลักษณะของมัน

แนวคิดเรื่องตัวถังสีดำสนิท

ตัวปล่อยความร้อน-เหล่านี้เป็นอุปกรณ์ทางเทคนิคสำหรับการผลิตฟลักซ์การแผ่รังสีความร้อน แหล่งความร้อนแต่ละแหล่งมีลักษณะเฉพาะโดยการแผ่รังสี ความสามารถในการดูดซับ อุณหภูมิของวัตถุที่แผ่รังสี และองค์ประกอบสเปกตรัมของรังสี

มีการนำแนวคิดเรื่องตัวถังสีดำสนิท (a.b.b.) มาใช้เป็นมาตรฐาน

เมื่อแสงผ่านสสาร ฟลักซ์การแผ่รังสีจะสะท้อนบางส่วน ดูดซับบางส่วน กระจัดกระจาย และบางส่วนผ่านสสาร

หากร่างกายดูดซับฟลักซ์แสงที่ตกกระทบจนหมดก็จะเรียกว่า ตัวดำสนิท

สำหรับความยาวคลื่นทั้งหมดและที่อุณหภูมิใดก็ตาม ค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงคือ α=1 ไม่มีวัตถุสีดำโดยธรรมชาติ แต่คุณสามารถชี้ไปที่วัตถุที่อยู่ใกล้ๆ ตามคุณสมบัติของมันได้

รุ่น a.ch.t. เป็นโพรงที่มีรูเล็กมากผนังดำคล้ำ ลำแสงที่เข้ามาในรูหลังจากการสะท้อนจากผนังหลายครั้งจะถูกดูดซับเกือบทั้งหมด

หากคุณให้ความร้อนแก่แบบจำลองดังกล่าวที่อุณหภูมิสูง รูจะเรืองแสง การแผ่รังสีนี้เรียกว่ารังสีสีดำ ถึง a.ch.t. คุณสมบัติการดูดซึมของกำมะหยี่สีดำมีความคล้ายคลึงกัน

α สำหรับเขม่า = 0.952

α สำหรับกำมะหยี่สีดำ = 0.96

เช่น รูม่านตา บ่อน้ำลึก เป็นต้น

หาก α=0 แสดงว่านี่คือพื้นผิวที่สะท้อนโดยสมบูรณ์ บ่อยครั้งที่ α อยู่ในช่วงตั้งแต่ 0 ถึง 1 ส่วนดังกล่าวเรียกว่าสีเทา

สำหรับวัตถุสีเทา ค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น การแผ่รังสีที่ตกกระทบ และส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ

4. กฎของการแผ่รังสีความร้อนและคุณลักษณะของมัน

1. กฎของเคอร์คอฟฟ์:

อัตราส่วนของการปล่อยรังสีของร่างกายต่อความสามารถในการดูดซับของร่างกายที่อุณหภูมิเดียวกันและที่ความยาวคลื่นเท่ากันจะเป็นค่าคงที่

2. กฎหมายสเตฟาน-โบลต์ซมันน์:

การแผ่รังสีของ a.h.t. แปรผันตามกำลังสี่ของอุณหภูมิสัมบูรณ์

δ คือค่าคงที่สเตฟาน-โบลต์ซมันน์

δ=5.669*10-8 (W/m2*K4)

W=Pt=RTSt= δStT4

T-อุณหภูมิ

เมื่ออุณหภูมิ (T) เพิ่มขึ้น พลังงานรังสีจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว

เมื่อเวลา (t) เพิ่มขึ้นเป็น 800 พลังการแผ่รังสีจะเพิ่มขึ้น 81 เท่า

รังสีอินฟราเรดหรือรังสีอินฟราเรด คือ รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งกินพื้นที่สเปกตรัมระหว่างแสงสีแดง (ความยาวคลื่น 0.74 ไมครอน) กับการแผ่รังสีวิทยุคลื่นสั้น (1-2 มม.)

การค้นพบรังสีอินฟราเรดเกิดขึ้นในปี ค.ศ. 1800
นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ดับบลิว. เฮอร์เชลค้นพบว่าในสเปกตรัมที่ได้รับของดวงอาทิตย์ที่อยู่เลยขอบเขตแสงสีแดง (เช่น ในส่วนที่มองไม่เห็นของสเปกตรัม) อุณหภูมิของเทอร์โมมิเตอร์จะเพิ่มขึ้น เทอร์โมมิเตอร์ที่วางอยู่ด้านหลังส่วนสีแดงของสเปกตรัมแสงอาทิตย์แสดงอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น เมื่อเทียบกับเทอร์โมมิเตอร์ควบคุมที่อยู่ด้านข้าง

ขอบเขตอินฟราเรดของสเปกตรัมตามการจำแนกระหว่างประเทศแบ่งออกเป็น:
- ใกล้ IR-A (จาก 0.7 ถึง 1.4 µm)
- IR-B เฉลี่ย (1.4 - 3 µm)
- ไกล IR-S (มากกว่า 3 ไมครอน)

ของแข็งที่ให้ความร้อนทั้งหมดจะปล่อยสเปกตรัมอินฟราเรดอย่างต่อเนื่อง ซึ่งหมายความว่ารังสีประกอบด้วยคลื่นทุกความถี่โดยไม่มีข้อยกเว้น และการพูดถึงรังสีที่คลื่นใดคลื่นหนึ่งก็ถือเป็นการออกกำลังกายที่ไร้จุดหมาย ของแข็งที่ได้รับความร้อนจะปล่อยรังสีออกมาในช่วงความยาวคลื่นที่กว้างมาก

ที่อุณหภูมิต่ำ (ต่ำกว่า 400°C) การแผ่รังสีของวัตถุที่เป็นของแข็งที่ได้รับความร้อนจะอยู่เกือบทั้งหมดในบริเวณอินฟราเรด และวัตถุดังกล่าวจะดูมืด เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น สัดส่วนของรังสีในบริเวณที่มองเห็นจะเพิ่มขึ้น และร่างกายจะเริ่มปรากฏขึ้น:

แดงเข้ม............470-650°С

เชอร์รี่เรด............700°С

สีแดงอ่อน............800°С

ส้มเข้ม............900°C

ส้ม-เหลือง............1000°C

สีเหลืองอ่อน............1100°C

ฟางเหลือง..........1150°C

สีขาวที่มีความสว่างต่างกัน......1200-1400°C

ในกรณีนี้ทั้งพลังงานรังสีทั้งหมดและพลังงานของรังสีอินฟราเรดจะเพิ่มขึ้น ที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,000°C ร่างกายที่ได้รับความร้อนจะเริ่มปล่อยรังสีอัลตราไวโอเลต

กฎของการแผ่รังสีความร้อน

สถานที่พิเศษในทฤษฎีการแผ่รังสีความร้อนถูกครอบครองโดยวัตถุสีดำสัมบูรณ์ (ABB) นี่คือสิ่งที่ G. Kirchhoff เรียกว่าวัตถุที่มีความสามารถในการดูดซับเท่ากับความสามัคคีที่ทุกความถี่และทุกอุณหภูมิ ร่างกายที่แท้จริงจะสะท้อนพลังงานส่วนหนึ่งของรังสีที่ตกกระทบกับร่างกายเสมอ แม้แต่เขม่าก็ยังเข้าใกล้คุณสมบัติของวัตถุสีดำสนิทในช่วงออปติคัลเท่านั้น

วัตถุสีดำเป็นวัตถุอ้างอิงในทฤษฎีการแผ่รังสีความร้อน และถึงแม้จะไม่มีวัตถุสีดำสนิทในธรรมชาติ แต่ก็ค่อนข้างง่ายที่จะใช้แบบจำลองซึ่งความสามารถในการดูดซับที่ความถี่ทั้งหมดจะแตกต่างจากความสามัคคีเล็กน้อย ด้านล่างนี้คือกฎหมายที่ใช้กับหลุมดำ

กฎพื้นฐานของการแผ่รังสีความร้อนของพลังค์สร้างการพึ่งพาการเปล่งรังสีของร่างกาย R กับความยาวคลื่น λ และอุณหภูมิร่างกาย T

การพึ่งพาของ R ต่อความยาวคลื่นที่อุณหภูมิคงที่จะแสดงในรูป กำลังการแผ่รังสีมีค่าสูงสุดที่ค่าหนึ่ง λ สูงสุด

แม้ว่าสเปกตรัมจะเปลี่ยนไปตามอุณหภูมิ แต่ก็มีรูปแบบทั่วไปที่ไม่ขึ้นอยู่กับ T หากแสดงคลื่นเป็นหน่วยไร้มิติ λ /λ สูงสุด จากนั้นส่วนแบ่งของพลังงานที่ปล่อยออกมาในพื้นที่ต่างๆ จะไม่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ (ส่วนแบ่งเป็น % ของพลังงานทั้งหมดแสดงในรูป) มันมีประโยชน์ที่จะจำสิ่งนั้น พลังงานประมาณ 90% อยู่ในช่วงสเปกตรัมλ /λ สูงสุด = 0.5 ... 3.0 เช่น จากลิตรสูงสุด /2 ถึงสูงสุด 3 ลิตร

กฎการกระจัดของเวียนนา . ความยาวคลื่นสูงสุด , สอดคล้องกับความหนาแน่นสเปกตรัมสูงสุดของการแผ่รังสีของวัตถุสีดำซึ่งแปรผกผันกับอุณหภูมิ:ลิตรสูงสุด = 2.9/ตโดยที่ C เป็นค่าคงที่

กฎสเตฟาน-โบลต์ซมันน์. การแผ่รังสีของวัตถุสีดำเช่น กำลังรังสีทั้งหมดต่อหน่วย พื้นที่เป็นสัดส่วนกับยกกำลังสี่ของอุณหภูมิ: ร= σT 4โดยที่ σ คือค่าคงที่ของสเตฟาน-โบลต์ซมันน์

ในทฤษฎีการแผ่รังสีความร้อน มักใช้แบบจำลองในอุดมคติของวัตถุจริง - แนวคิดของ "วัตถุสีเทา" วัตถุจะเรียกว่า "สีเทา" หากค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงเท่ากันสำหรับทุกความถี่ และขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของวัสดุและสถานะของพื้นผิวเท่านั้น ในความเป็นจริง ร่างกายที่แท้จริงในลักษณะเฉพาะจะเข้าใกล้วัตถุสีเทาในช่วงความถี่การแผ่รังสีที่แคบเท่านั้น

กฎการแผ่รังสีความร้อนของเคอร์ชอฟฟ์อัตราส่วนของความหนาแน่นสเปกตรัมของความส่องสว่างที่กระฉับกระเฉงของร่างกายต่อค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงแบบเอกรงค์ไม่ได้ขึ้นอยู่กับวัสดุของร่างกาย (นั่นคือเหมือนกันสำหรับวัตถุทั้งหมด) และเท่ากับความหนาแน่นของสเปกตรัมของความส่องสว่างที่มีพลังของวัตถุอย่างแน่นอน ตัวสีดำ ค่านี้เป็นฟังก์ชันของอุณหภูมิและความถี่การแผ่รังสีเท่านั้น

ผลที่ตามมาของกฎของเคอร์ชอฟ

เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงของวัตถุใดๆ น้อยกว่าเอกภาพ ค่าการแผ่รังสีของวัตถุใดๆ สำหรับความถี่การแผ่รังสีที่กำหนดจึงน้อยกว่าค่าสัมประสิทธิ์การแผ่รังสีของวัตถุสีดำ กล่าวอีกนัยหนึ่ง วัตถุสีดำที่อุณหภูมิและความถี่ของการแผ่รังสีเป็นแหล่งรังสีที่รุนแรงที่สุด

หากวัตถุไม่ดูดซับรังสีในบริเวณใดของสเปกตรัม ก็จะไม่แผ่รังสีในบริเวณนั้นของสเปกตรัม

สำหรับอุณหภูมิหนึ่งๆ วัตถุสีเทาที่มีค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงสูงกว่าจะปล่อยก๊าซออกมาแรงกว่า

และ ความเข้มของรังสีจากพื้นผิวที่ร้อนหรือผ่านรูในเตาก็ได้ตามสูตร (ที่ L ≥F 0.5)

E =0.91F((T/1000) 4 -A)/L 2

โดยที่ E คือความเข้มของการฉายรังสี W/m2; F - พื้นที่ผิวที่แผ่รังสี m2; l คือระยะห่างจากศูนย์กลางของพื้นผิวที่แผ่รังสีถึงวัตถุที่ถูกฉายรังสี m; A = 85 - สำหรับผิวหนังมนุษย์และผ้าฝ้าย A = 100 - ค่าสัมประสิทธิ์คงที่สำหรับผ้า

การปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตามสสารเกิดขึ้นเนื่องจาก

กระบวนการภายในอะตอมและภายในโมเลกุล แหล่งที่มาของพลังงานและประเภทของเรืองแสงอาจแตกต่างกัน: หน้าจอทีวี, หลอดฟลูออเรสเซนต์, หลอดไส้, ไม้ที่เน่าเปื่อย, หิ่งห้อย ฯลฯ

จากความหลากหลายของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่มองเห็นหรือมองไม่เห็นด้วยตามนุษย์ เราสามารถแยกแยะรังสีที่มีอยู่ในร่างกายทั้งหมดได้ นี่คือรังสีจากวัตถุที่ให้ความร้อน หรือการแผ่รังสีความร้อน

การแผ่รังสีความร้อนเป็นคุณลักษณะของวัตถุทุกชนิดที่อุณหภูมิสัมบูรณ์ T>0 และแหล่งที่มาของมันคือพลังงานภายในของวัตถุที่แผ่รังสี หรือพลังงานของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนอันวุ่นวายของอะตอมและโมเลกุลของพวกมัน ความเข้มของรังสีและองค์ประกอบของสเปกตรัมเปลี่ยนแปลงไปขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของร่างกาย ดังนั้นการแผ่รังสีความร้อนจึงไม่ได้ถูกมองว่าเป็นแสงเรืองแสงเสมอไป

เรามาดูลักษณะพื้นฐานบางประการของการแผ่รังสีความร้อนกัน พลังงานรังสีเฉลี่ยในช่วงเวลาหนึ่งนานกว่าระยะเวลาของการสั่นของแสงอย่างมีนัยสำคัญ ฟลักซ์การแผ่รังสี F. ใน SI จะแสดงเป็น วัตต์(ญ).

ฟลักซ์การแผ่รังสีที่ปล่อยออกมาจากพื้นผิว 1 m2 เรียกว่า ความส่องสว่างอันทรงพลังร จ- มีหน่วยเป็นวัตต์ต่อตารางเมตร (W/m2)

วัตถุที่ได้รับความร้อนจะปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นต่างๆ ให้เราเลือกช่วงความยาวคลื่นเล็กน้อยจาก แล สูงถึง แล + Δλ . ความส่องสว่างที่มีพลังซึ่งสอดคล้องกับช่วงเวลานี้เป็นสัดส่วนกับความกว้างของช่วงเวลา:

ที่ไหน - ความหนาแน่นสเปกตรัมของพลังงานความส่องสว่างของร่างกายเท่ากับอัตราส่วนของพลังงานความส่องสว่างของส่วนแคบของสเปกตรัมต่อความกว้างของส่วนนี้ W/m3

การพึ่งพาความหนาแน่นของสเปกตรัมของความส่องสว่างที่มีพลังต่อความยาวคลื่นเรียกว่า สเปกตรัมรังสีของร่างกาย

เมื่อรวมเข้าด้วยกัน (13) เราจะได้การแสดงออกถึงความส่องสว่างอันทรงพลังของร่างกาย:

ความสามารถของร่างกายในการดูดซับพลังงานรังสีนั้นมีลักษณะเฉพาะคือ ค่าสัมประสิทธิ์การดูดซึม, เท่ากับอัตราส่วนของฟลักซ์ของรังสีที่ดูดซับโดยวัตถุที่กำหนดต่อฟลักซ์ของรังสีที่ตกกระทบ:

α = Fpogl/Fpad (15)

เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น (15) จึงถูกเขียนสำหรับฟลักซ์ของรังสีเอกรงค์ จากนั้นอัตราส่วนนี้จะกำหนด ค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับสีเดียว:

αแล = Fpogl (แล) / Fpad (แล)

จาก (15) ตามด้วยค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับสามารถรับค่าได้ตั้งแต่ 0 ถึง 1 วัตถุสีดำดูดซับรังสีได้ดีเป็นพิเศษ: กระดาษสีดำ ผ้า กำมะหยี่ เขม่า แพลตตินัมสีดำ ฯลฯ ; ร่างกายที่มีพื้นผิวสีขาวและกระจกดูดซับได้ไม่ดี

ร่างกายที่มีค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงเท่ากับความสามัคคีของความยาวคลื่นทั้งหมด (ความถี่) เรียกว่า สีดำ.มันดูดซับรังสีทั้งหมดที่ตกกระทบที่อุณหภูมิใดก็ได้

ไม่มีวัตถุสีดำในธรรมชาติ แนวคิดนี้เป็นสิ่งที่เป็นนามธรรม โมเดลลำตัวสีดำเป็นรูเล็กๆ ในช่องทึบแสงแบบปิด ลำแสงที่เข้ามาในรูนี้ซึ่งสะท้อนจากผนังหลายครั้งจะถูกดูดซับจนเกือบหมด ในอนาคตจะเป็นรุ่นนี้ที่เราจะเอามาเป็นตัวเครื่องสีดำครับ (รูปที่ 26)

ร่างกายที่มีค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงน้อยกว่าความสามัคคีและไม่ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของแสงที่ตกกระทบเรียกว่า สีเทา.

ในธรรมชาติไม่มีวัตถุสีเทา แต่วัตถุบางส่วนในช่วงความยาวคลื่นบางช่วงจะปล่อยและดูดซับเป็นวัตถุสีเทา ตัวอย่างเช่น บางครั้งร่างกายมนุษย์ก็ถือเป็นสีเทา โดยมีค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงประมาณ 0.9 สำหรับบริเวณอินฟราเรดของสเปกตรัม

ความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่างการแผ่รังสีและการดูดกลืนแสงก่อตั้งโดย G. Kirchhoff ในปี 1859: ที่อุณหภูมิเดียวกัน อัตราส่วนของความหนาแน่นสเปกตรัมของความส่องสว่างที่มีพลังต่อค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงแบบเอกรงค์จะเท่ากันสำหรับวัตถุใด ๆ รวมถึงวัตถุสีดำ ( กฎของเคอร์ชอฟฟ์):

โดยที่ความหนาแน่นสเปกตรัมของพลังงานความส่องสว่างของวัตถุสีดำ (ดัชนีในวงเล็บหมายถึงวัตถุ 1 , 2 ฯลฯ)

กฎของ Kirchhoff สามารถเขียนได้ในรูปแบบนี้:

อัตราส่วนของความหนาแน่นสเปกตรัมของความส่องสว่างที่มีพลังของวัตถุใด ๆ ต่อค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงแบบเอกรงค์ที่สอดคล้องกันนั้นเท่ากับความหนาแน่นของสเปกตรัมของความส่องสว่างที่มีพลังของวัตถุสีดำที่อุณหภูมิเดียวกัน

จาก (17) เราพบนิพจน์อื่น:

เพราะสำหรับตัวไหนๆ (ไม่ใช่ตัวดำ)< 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 การแผ่รังสีความร้อน

จาก (18) เห็นได้ชัดว่าหากร่างกายไม่ดูดซับรังสีใดๆ (= 0) ก็จะไม่ปล่อยรังสีออกมา (= 0).

รังสีวัตถุดำมีสเปกตรัมต่อเนื่อง กราฟของสเปกตรัมการแผ่รังสีสำหรับอุณหภูมิที่แตกต่างกันจะแสดงในรูปที่ 27

สามารถสรุปข้อสรุปได้หลายประการจากเส้นโค้งการทดลองเหล่านี้

ความส่องสว่างของพลังงานมีความหนาแน่นสเปกตรัมสูงสุด ซึ่งจะเลื่อนไปทางคลื่นสั้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น

ขึ้นอยู่กับ (14) ความส่องสว่างอันทรงพลังของวัตถุสีดำ สามารถหาได้จากพื้นที่ที่ล้อมรอบด้วยเส้นโค้งและแกน x

จากรูป 27 แสดงให้เห็นว่าความส่องสว่างอันทรงพลังจะเพิ่มขึ้นเมื่อวัตถุสีดำร้อนขึ้น

เป็นเวลานานที่พวกเขาไม่สามารถพึ่งพาความหนาแน่นสเปกตรัมของพลังงานความส่องสว่างของวัตถุสีดำในทางทฤษฎีกับความยาวคลื่นและอุณหภูมิซึ่งจะสอดคล้องกับการทดลอง ในปี 1900 เอ็ม. พลังค์ทำสิ่งนี้

ในฟิสิกส์คลาสสิก การปล่อยและการดูดกลืนรังสีจากวัตถุถือเป็นกระบวนการคลื่นต่อเนื่อง พลังค์ได้ข้อสรุปว่าเป็นบทบัญญัติพื้นฐานเหล่านี้อย่างแน่นอนที่ไม่อนุญาตให้คนใดคนหนึ่งได้รับความสัมพันธ์ที่ถูกต้อง เขาแสดงสมมติฐานที่ตามมาว่าวัตถุสีดำจะปล่อยและดูดซับพลังงานไม่ต่อเนื่อง แต่อยู่ในส่วนที่แยกจากกันบางส่วน - ควอนตัม

สำหรับความส่องสว่างอันทรงพลังของวัตถุสีดำที่เราได้รับ:

ค่าคงที่ของ Boltzmann อยู่ที่ไหน

นี้ กฎหมายสเตฟาน-โบลต์ซมันน์:ความส่องสว่างอันทรงพลังของวัตถุสีดำนั้นเป็นสัดส่วนกับกำลังที่สี่ของอุณหภูมิทางอุณหพลศาสตร์

กฎการกระจัดของ Wien:

โดยที่ความยาวคลื่นซึ่งความหนาแน่นสเปกตรัมสูงสุดของความส่องสว่างของพลังงานของวัตถุสีดำเกิดขึ้นคือ b = 0.28978.10 -2 mK – ค่าคงที่ของ Wien กฎข้อนี้ยังใช้กับวัตถุที่เป็นสีเทาด้วย

การสำแดงกฎของเวียนนาเป็นที่รู้จักจากการสังเกตในชีวิตประจำวัน ที่อุณหภูมิห้อง การแผ่รังสีความร้อนของร่างกายส่วนใหญ่อยู่ในบริเวณอินฟราเรดและตามนุษย์ไม่รับรู้ และที่อุณหภูมิสูงมาก รังสีความร้อนจะเป็นสีขาวและมีโทนสีน้ำเงิน และความรู้สึกอุ่นของร่างกายจะเพิ่มขึ้น

กฎของสเตฟาน-โบลต์ซมันน์และเวียนนาอนุญาตให้กำหนดอุณหภูมิของวัตถุได้โดยการลงทะเบียนการแผ่รังสีของร่างกาย (ออปติคอลไพโรเมทรี)

แหล่งกำเนิดรังสีความร้อนที่ทรงพลังที่สุดคือดวงอาทิตย์

การแผ่รังสีที่อ่อนลงจากบรรยากาศจะมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบสเปกตรัม ในรูป รูปที่ 28 แสดงสเปกตรัมของรังสีดวงอาทิตย์ที่ขอบเขตชั้นบรรยากาศโลก (เส้นโค้งที่ 1) และบนพื้นผิวโลก (เส้นโค้งที่ 2) ที่ตำแหน่งสูงสุดของดวงอาทิตย์ เส้นโค้งที่ 1 อยู่ใกล้กับสเปกตรัมของวัตถุสีดำ ค่าสูงสุดสอดคล้องกับความยาวคลื่น 470 นาโนเมตร ซึ่งตามกฎของเวียนนาช่วยให้เราสามารถระบุอุณหภูมิของพื้นผิวดวงอาทิตย์ได้ - ประมาณ 6100 เคลวิน เส้นโค้งที่ 2 มีเส้นดูดกลืนแสงหลายเส้น ค่าสูงสุดจะอยู่ที่ประมาณ 555 นาโนเมตร วัดความเข้มของการแผ่รังสีแสงอาทิตย์โดยตรง แอกติโนมิเตอร์

หลักการทำงานของมันขึ้นอยู่กับการใช้ความร้อนกับพื้นผิวที่ดำคล้ำของวัตถุซึ่งเกิดจากการแผ่รังสีแสงอาทิตย์

การฉายรังสีจากแสงอาทิตย์แบบโดสถูกนำมาใช้เป็นยารักษาแสงแดด (เฮลิโอเทอราพี)และยังเป็นวิธีทำให้ร่างกายแข็งกระด้างอีกด้วย เพื่อวัตถุประสงค์ทางการแพทย์จะใช้แหล่งกำเนิดรังสีความร้อนเทียม: หลอดไส้ ( โซลลักซ์)และตัวปล่อยอินฟราเรด ( อินฟราเรด) โดยติดตั้งอยู่ในแผ่นสะท้อนแสงแบบพิเศษบนขาตั้งกล้อง ตัวส่งสัญญาณอินฟราเรดได้รับการออกแบบคล้ายกับเครื่องทำความร้อนไฟฟ้าในครัวเรือนที่มีตัวสะท้อนแสงแบบกลม เกลียวองค์ประกอบความร้อนถูกให้ความร้อนด้วยกระแสจนถึงอุณหภูมิประมาณ 400-500 °C การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ครอบครองบริเวณสเปกตรัมระหว่างขีดจำกัดสีแดงของแสงที่มองเห็นได้ (γ=0.76 μm) และการแผ่รังสีคลื่นวิทยุคลื่นสั้น [γ=(1-2) mm] เรียกว่า อินฟราเรด (IR)โดยทั่วไปแล้วขอบเขตอินฟราเรดของสเปกตรัมจะแบ่งออกเป็นใกล้เคียง (0.74 ถึง 2.5 ไมครอน) กลาง (2.5 - 50 ไมครอน) และไกล (50-2000 ไมครอน)

สเปกตรัมของรังสีอินฟราเรดตลอดจนสเปกตรัมของรังสีที่มองเห็นและรังสีอัลตราไวโอเลตสามารถประกอบด้วยเส้นแต่ละเส้น แถบหรือต่อเนื่องก็ได้ ขึ้นอยู่กับลักษณะของแหล่งกำเนิดอินฟราเรด

การแผ่รังสี (รูปที่ 29)

อะตอมหรือไอออนที่ถูกกระตุ้นปล่อยออกมา ปกครองสเปกตรัมอินฟราเรด โมเลกุลที่ตื่นเต้นปล่อยออกมา ลายสเปกตรัมอินฟราเรดเนื่องจากการสั่นและการหมุน สเปกตรัมแบบสั่นสะเทือนและแบบหมุนแบบสั่นส่วนใหญ่จะอยู่ตรงกลางและแบบหมุนล้วนๆ - ในบริเวณอินฟราเรดไกล

ของแข็งและของเหลวที่ได้รับความร้อนจะปล่อยสเปกตรัมอินฟราเรดอย่างต่อเนื่อง หากเราแทนที่ขีดจำกัดของการแผ่รังสี IR ในกฎการกระจัดของ Wien เราจะได้อุณหภูมิ 3800-1.5 K ตามลำดับ ซึ่งหมายความว่าวัตถุที่เป็นของเหลวและของแข็งทั้งหมดภายใต้สภาวะปกติ (ที่อุณหภูมิปกติ) ในทางปฏิบัติไม่ได้เป็นเพียงแหล่งกำเนิดรังสีอินฟราเรดเท่านั้น แต่และมีการปล่อยรังสีสูงสุดในย่าน IR ของสเปกตรัม การเบี่ยงเบนของวัตถุจริงจากวัตถุสีเทาไม่ได้เปลี่ยนสาระสำคัญของข้อสรุป

ของแข็งที่ได้รับความร้อนจะปล่อยรังสีออกมาในช่วงความยาวคลื่นที่กว้างมาก ที่อุณหภูมิต่ำ (ต่ำกว่า 800 เคลวิน) การแผ่รังสีของวัตถุที่เป็นของแข็งที่ได้รับความร้อนจะอยู่เกือบทั้งหมดในบริเวณอินฟราเรด และวัตถุดังกล่าวจะดูมืด เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น สัดส่วนของรังสีในบริเวณที่มองเห็นจะเพิ่มขึ้น และร่างกายจะปรากฏเป็นสีแดงเข้มก่อน จากนั้นจึงเป็นสีแดง เหลือง และสุดท้ายที่อุณหภูมิสูง (มากกว่า 5,000 เคลวิน) สีขาว ในเวลาเดียวกันทั้งพลังงานรังสีทั้งหมดและพลังงานของรังสีอินฟราเรดก็เพิ่มขึ้น

คุณสมบัติของรังสีอินฟราเรด:

คุณสมบัติทางแสง– สารหลายชนิดที่มีความโปร่งใสในบริเวณที่มองเห็นได้จะมีความทึบแสงในบางพื้นที่ของรังสีอินฟราเรดและในทางกลับกัน ตัวอย่างเช่น:ชั้นน้ำสูงหลายเซนติเมตรจะทึบแสง แต่กระดาษสีดำจะโปร่งใสในบริเวณอินฟราเรดไกล

ที่อุณหภูมิต่ำ ความส่องสว่างอันทรงพลังของวัตถุจะต่ำ ดังนั้นจึงไม่สามารถใช้ได้ทุกตัว แหล่งที่มารังสีอินฟราเรด ในเรื่องนี้ นอกจากแหล่งความร้อนของรังสีอินฟราเรดแล้ว ยังใช้หลอดปรอทแรงดันสูงและเลเซอร์อีกด้วย ซึ่งแตกต่างจากแหล่งอื่น ๆ ที่ไม่ได้ให้สเปกตรัมต่อเนื่อง แหล่งกำเนิดรังสีอินฟราเรดที่ทรงพลังคือดวงอาทิตย์ ประมาณ 50% ของรังสีนั้นอยู่ในขอบเขตอินฟราเรดของสเปกตรัม

วิธีการ การตรวจจับและการวัด IR ขึ้นอยู่กับการแปลงพลังงาน IR เป็นพลังงานรูปแบบอื่นๆ ที่สามารถวัดได้โดยวิธีการทั่วไป ส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นสองกลุ่ม: ความร้อนและไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ ตัวอย่างของตัวรับความร้อนคือเทอร์โมคัปเปิ้ลซึ่งความร้อนนั้นเกิดจากกระแสไฟฟ้า เครื่องรับโฟโตอิเล็กทริคประกอบด้วยโฟโตเซลล์และโฟโตรีซิสเตอร์

นอกจากนี้ยังสามารถตรวจจับและบันทึกรังสีอินฟราเรดโดยใช้แผ่นถ่ายภาพและฟิล์มถ่ายภาพที่มีการเคลือบพิเศษ

การใช้รังสีอินฟราเรดเพื่อการรักษาขึ้นอยู่กับผลทางความร้อน ผลกระทบที่ยิ่งใหญ่ที่สุดเกิดขึ้นได้จากการแผ่รังสีอินฟราเรดคลื่นสั้นใกล้กับแสงที่ตามองเห็น มีการใช้หลอดไฟพิเศษในการบำบัด

รังสีอินฟราเรดแทรกซึมเข้าสู่ร่างกายได้ลึกประมาณ 20 มม. ดังนั้นชั้นผิวจึงได้รับความร้อนในระดับที่มากขึ้น ผลการรักษานั้นเกิดขึ้นอย่างแม่นยำเนื่องจากการไล่ระดับอุณหภูมิซึ่งกระตุ้นการทำงานของระบบควบคุมอุณหภูมิ การเพิ่มปริมาณเลือดไปยังบริเวณที่ได้รับการฉายรังสีจะนำไปสู่ผลการรักษาที่ดี

ข้อดีและข้อเสียของรังสีอินฟราเรด:

รังสีอินฟราเรดถูกนำมาใช้ในการรักษาโรคมาตั้งแต่สมัยโบราณ เมื่อแพทย์ใช้การเผาถ่านหิน เตาไฟ เหล็กที่ให้ความร้อน ทราย เกลือ ดินเหนียว ฯลฯ แก้อาการบวมเป็นน้ำเหลือง แผลฟกช้ำ ฟกช้ำ ฯลฯ ฮิปโปเครติสบรรยายถึงวิธีการใช้รักษาบาดแผล แผลพุพอง ความเสียหายจากความเย็น เป็นต้น

ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ารังสีอินฟราเรดมีทั้งยาแก้ปวด (เนื่องจากภาวะโลหิตจางที่เกิดจากรังสีอินฟราเรด) ฤทธิ์ต้านอาการกระตุกเกร็ง ต้านการอักเสบ กระตุ้น และรบกวนสมาธิ ปรับปรุงการไหลเวียนโลหิต การผ่าตัดด้วยรังสีอินฟราเรดจะทนได้ง่ายกว่าและการสร้างเซลล์ใหม่จะเกิดขึ้นเร็วขึ้น

การฉายรังสีอินฟราเรดใช้เพื่อป้องกันการเกิดพังผืดและโรคปอดบวมในเนื้อเยื่อปอด (เพื่อเพิ่มการงอกใหม่ในอวัยวะที่ได้รับผลกระทบ)

การรักษาด้วยเลเซอร์แม่เหล็กดำเนินการในสเปกตรัมอินฟราเรดเพื่อรักษาพยาธิสภาพของตับ (ตัวอย่างเช่นเพื่อแก้ไขพิษของยาเคมีบำบัดในการรักษาวัณโรค)

2. - ในวันที่แสงแดดสดใส บนน้ำ บนภูเขาสูง บนหิมะ อาจมีรังสีอินฟราเรดมากเกินไป และถึงแม้ว่าผลที่ตามมาของรังสียูวีจะดูน่ากลัวยิ่งขึ้น แต่ IR ที่มากเกินไปสำหรับดวงตาก็เป็นสิ่งที่ไม่พึงประสงค์เช่นกัน พลังงานจากรังสีเหล่านี้ถูกดูดซับโดยกระจกตาและเลนส์และเปลี่ยนเป็นความร้อน ความร้อนที่มากเกินไปซึ่งมองไม่เห็นโดยสิ้นเชิงนี้อาจนำไปสู่ความเสียหายที่ไม่อาจรักษาให้หายได้ ต่างจากรังสียูวีตรงที่รังสีอินฟราเรดส่องผ่านเลนส์แก้วได้อย่างสมบูรณ์แบบ ในแว่นตาพิเศษสำหรับนักบิน นักปีนเขา และนักเล่นสกี ต้องคำนึงถึงปัจจัยของรังสีอินฟราเรดที่เพิ่มขึ้นด้วย การแผ่รังสีที่มีความยาวคลื่น 1-1.9 ไมครอนจะทำให้เลนส์ร้อนและอารมณ์ขันเป็นพิเศษ ทำให้เกิดความผิดปกติต่างๆ ที่สำคัญคือ กลัวแสง(กลัวแสง) คือภาวะภูมิไวเกินของดวงตาเมื่อแสงปกติทำให้เกิดความรู้สึกเจ็บปวด โรคกลัวแสงมักไม่ได้ขึ้นอยู่กับขอบเขตของความเสียหาย หากเกิดความเสียหายเล็กน้อยต่อดวงตา ผู้ป่วยอาจรู้สึกได้รับผลกระทบอย่างรุนแรง

การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ครอบครองบริเวณสเปกตรัมระหว่างขอบสีม่วงของแสงที่ตามองเห็น (แลมบ์ดา = 400 นาโนเมตร) และส่วนคลื่นยาวของการแผ่รังสีเอกซ์ (แลมบ์ = 10 นาโนเมตร) เรียกว่า อัลตราไวโอเลต (UV)

ในบริเวณความยาวคลื่นต่ำกว่า 200 นาโนเมตร รังสี UV จะถูกดูดซับอย่างรุนแรงจากร่างกายทั้งหมด รวมถึงชั้นอากาศบางๆ ดังนั้นจึงไม่ใช่เรื่องที่น่าสนใจสำหรับการแพทย์เป็นพิเศษ สเปกตรัม UV ที่เหลือแบ่งตามอัตภาพออกเป็นสามภูมิภาค (ดูมาตรา 24.9): A (400-315 nm-), B (315-280 nm-erythemal) และ C (280-200 nm-ฆ่าเชื้อแบคทีเรีย)

ของแข็งที่ได้รับความร้อนที่อุณหภูมิสูงจะปล่อยรังสี UV ในปริมาณที่เห็นได้ชัดเจน อย่างไรก็ตาม ความหนาแน่นสเปกตรัมสูงสุดของความส่องสว่างที่มีพลังตามกฎการกระจัดของ Wien แม้ว่าความยาวคลื่นที่ยาวที่สุดของช่วง UV (0.4 μm) จะเกิดขึ้นที่ 7000 K ในทางปฏิบัติ นี่หมายความว่าภายใต้สภาวะปกติ การแผ่รังสีความร้อนของร่างกายไม่สามารถ ทำหน้าที่เป็นแหล่งรังสี UV อันทรงพลังที่มีประสิทธิภาพ แหล่งกำเนิดรังสี UV ความร้อนที่ทรงพลังที่สุดคือดวงอาทิตย์ 9% การแผ่รังสีที่ขอบเขตชั้นบรรยากาศของโลกจะอยู่ในช่วงรังสียูวี

ในสภาพห้องปฏิบัติการ การปล่อยประจุไฟฟ้าในก๊าซและไอระเหยของโลหะจะถูกใช้เป็นแหล่งรังสี UV การแผ่รังสีดังกล่าวไม่มีความร้อนอีกต่อไปและมีสเปกตรัมแบบเส้น

การวัดรังสียูวีส่วนใหญ่ดำเนินการโดยตัวรับโฟโตอิเล็กทริค ตัวชี้วัดคือสารเรืองแสงและแผ่นถ่ายภาพ

รังสียูวีจำเป็นสำหรับการทำงานของกล้องจุลทรรศน์อัลตราไวโอเลต กล้องจุลทรรศน์ฟลูออเรสเซนต์ และสำหรับการวิเคราะห์ฟลูออเรสเซนต์ การใช้รังสียูวีเป็นหลักในทางการแพทย์มีความเกี่ยวข้องกับผลกระทบทางชีวภาพจำเพาะซึ่งเกิดจากกระบวนการโฟโตเคมีคอล

รังสีอัลตราไวโอเลตมีพลังงานสูงสุด ดังนั้นเมื่อถูกดูดซับจะเกิดการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมและโมเลกุล พลังงานที่ดูดซับจากรังสีอัลตราไวโอเลตสามารถเคลื่อนย้ายและนำไปใช้เพื่อทำลายพันธะที่อ่อนแอในโมเลกุลโปรตีนได้

รังสีอัลตราไวโอเลตคลื่นสั้นทำให้เกิดการเสื่อมสภาพของโปรตีนโพลีเมอร์ ซึ่งจะตกตะกอน ทำให้สูญเสียกิจกรรมทางชีวภาพ

มีการสังเกตผลพิเศษของรังสีอัลตราไวโอเลตต่อโมเลกุล DNA: การทำสำเนา DNA และการแบ่งเซลล์ถูกรบกวน การทำลายโครงสร้างโปรตีนออกซิเดชั่นเกิดขึ้นซึ่งนำไปสู่การตายของเซลล์ เซลล์ที่ได้รับรังสีจะสูญเสียความสามารถในการแบ่งตัวก่อน จากนั้นหลังจากแบ่งสองหรือสามครั้งก็จะตาย

ผลในการสร้างวิตามินของรังสีอัลตราไวโอเลตก็มีความสำคัญเช่นกัน โปรวิตามินที่พบในผิวหนังจะถูกแปลงเป็นวิตามินดีภายใต้อิทธิพลของรังสีอัลตราไวโอเลตคลื่นกลาง .

รังสีอัลตราไวโอเลตทะลุผ่านเพียง 0.1 มม. แต่ส่งพลังงานได้มากกว่าเมื่อเทียบกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอื่นๆ ในสเปกตรัมที่มองเห็นและอินฟราเรด

ผลิตภัณฑ์สลายโปรตีนทำให้เกิดการขยายตัวของหลอดเลือด, ผิวหนังบวม, การย้ายถิ่นของเม็ดเลือดขาวที่มีการระคายเคืองต่อตัวรับผิวหนัง, อวัยวะภายในที่มีการพัฒนาปฏิกิริยาตอบสนองของระบบประสาท ผลิตภัณฑ์จากการทำลายโปรตีนจะถูกส่งผ่านกระแสเลือดซึ่งส่งผลต่อร่างกาย

ในด้านความงาม การฉายรังสีอัลตราไวโอเลตถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในห้องอาบแดดเพื่อให้ได้สีแทนที่สวยงามและสม่ำเสมอ ในห้องอาบแดดต่างจากสภาพธรรมชาติ มีการใช้ฟิลเตอร์ที่ดูดซับรังสีคลื่นสั้นและคลื่นกลาง การฉายรังสีในห้องอาบแดดเริ่มต้นด้วยเวลาขั้นต่ำหนึ่งนาที จากนั้นจึงค่อย ๆ ระยะเวลาของไข้แดดเพิ่มขึ้น การให้รังสีอัลตราไวโอเลตเกินขนาดทำให้เกิดการแก่ก่อนวัย ความยืดหยุ่นของผิวหนังลดลง และการพัฒนาของโรคผิวหนังและมะเร็ง

ครีมดูแลผิวสมัยใหม่ทั้งหมดมีส่วนผสมเชิงซ้อนที่ให้การปกป้องรังสีอัลตราไวโอเลต

การขาดรังสีอัลตราไวโอเลตนำไปสู่การขาดวิตามิน ภูมิคุ้มกันลดลง การทำงานของระบบประสาทอ่อนแอ และมีอาการทางจิตไม่มั่นคง

รังสีอัลตราไวโอเลตมีผลอย่างมีนัยสำคัญต่อการเผาผลาญฟอสฟอรัส - แคลเซียมกระตุ้นการสร้างวิตามินดีและปรับปรุงกระบวนการเผาผลาญทั้งหมด

รังสีอัลตราไวโอเลตยังมีประโยชน์และจำเป็นสำหรับมนุษย์หากเพียงเพราะวิตามินดีถูกสร้างขึ้นในร่างกายในระหว่างการฉายรังสีในช่วง 280-320 นาโนเมตร อย่างไรก็ตาม นี่เป็นความรู้ทั่วไป บ่อยครั้งที่คุณจะพบการอ้างอิงถึงความจริงที่ว่าแสงอัลตราไวโอเลตในปริมาณที่เหมาะสมช่วยให้ร่างกายระงับหวัด โรคติดเชื้อและภูมิแพ้ ช่วยเพิ่มกระบวนการเผาผลาญและปรับปรุงการสร้างเม็ดเลือด นอกจากนี้ยังเพิ่มความต้านทานต่อสารอันตรายหลายชนิด รวมถึงตะกั่ว ปรอท แคดเมียม เบนซิน คาร์บอนเตตราคลอไรด์ และคาร์บอนไดซัลไฟด์

อย่างไรก็ตาม แสงอัลตราไวโอเลตไม่ได้เป็นประโยชน์สำหรับทุกคน มีข้อห้ามในรูปแบบที่ใช้งานของวัณโรค, หลอดเลือดรุนแรง, ความดันโลหิตสูงระยะที่ II และ III, โรคไตและโรคอื่น ๆ หากมีข้อสงสัยควรปรึกษาแพทย์ของคุณ หากต้องการได้รับรังสีอัลตราไวโอเลตในปริมาณที่สามารถป้องกันได้ คุณต้องใช้เวลาอยู่ในอากาศบริสุทธิ์ให้เพียงพอ โดยไม่ต้องกังวลเป็นพิเศษว่าแสงแดดจะกระทบผิวของคุณหรือไม่

อย่างไรก็ตาม เพื่อให้ได้ผิวสีแทนที่ดี ไม่จำเป็นต้องปีนเข้าไปในความร้อนภายใต้แสงแดดโดยตรงเลย ขัดต่อ. อาบแดดในที่ร่ม - คุณเห็นไหมว่ามีบางอย่างในนี้... ก็เพียงพอแล้วหากไม่ได้ปิดกั้นส่วนสำคัญของทรงกลมท้องฟ้าจากคุณเช่นบ้านหรือป่าทึบ สภาพในอุดมคติคือร่มเงาของต้นไม้โดดเดี่ยวในวันที่อากาศแจ่มใส หรือเงาร่มขนาดใหญ่(หรือกันสาดเล็กๆ) บนชายหาดที่มีแสงแดดสดใส ตาลเพื่อสุขภาพของคุณ!

ร่างกายมนุษย์มีอุณหภูมิที่แน่นอนเนื่องจาก

การควบคุมอุณหภูมิซึ่งเป็นส่วนสำคัญคือการแลกเปลี่ยนความร้อนของร่างกายกับสิ่งแวดล้อม ให้เราพิจารณาคุณลักษณะบางประการของการแลกเปลี่ยนความร้อนดังกล่าว โดยสมมติว่าอุณหภูมิโดยรอบต่ำกว่าอุณหภูมิร่างกายมนุษย์

การแลกเปลี่ยนความร้อนเกิดขึ้นจากการนำความร้อน การพาความร้อน การระเหย และการแผ่รังสี (การดูดซึม)

เป็นเรื่องยากหรือเป็นไปไม่ได้เลยที่จะระบุการกระจายของปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างกระบวนการที่ระบุไว้อย่างแม่นยำ เนื่องจากขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ: สถานะของร่างกาย (อุณหภูมิ สถานะทางอารมณ์ การเคลื่อนไหว ฯลฯ ) สถานะของ สภาพแวดล้อม (อุณหภูมิ ความชื้น การเคลื่อนไหวของอากาศ ฯลฯ ฯลฯ) เสื้อผ้า (วัสดุ รูปร่าง สี ความหนา)

อย่างไรก็ตาม สามารถประมาณการโดยประมาณและโดยเฉลี่ยสำหรับผู้ที่ไม่ค่อยออกกำลังกายและอาศัยอยู่ในสภาพอากาศอบอุ่นได้

เนื่องจากค่าการนำความร้อนของอากาศต่ำ การถ่ายเทความร้อนประเภทนี้จึงไม่มีนัยสำคัญมาก การพาความร้อนมีความสำคัญมากกว่า ไม่เพียงแต่เป็นเรื่องธรรมดาตามธรรมชาติ แต่ยังถูกบังคับด้วยซึ่งอากาศจะพัดผ่านร่างกายที่ร้อน เสื้อผ้ามีบทบาทสำคัญในการลดการพาความร้อน ในสภาพอากาศอบอุ่น 15-20% ของการถ่ายเทความร้อนของมนุษย์เกิดขึ้นโดยการพาความร้อน

การระเหยเกิดขึ้นจากผิวหนังและปอด และประมาณ 30% ของการสูญเสียความร้อนเกิดขึ้น

การสูญเสียความร้อนที่ใหญ่ที่สุด (ประมาณ 50%) มาจากรังสีที่ออกสู่สิ่งแวดล้อมภายนอกจากส่วนเปิดของร่างกายและเสื้อผ้า ส่วนหลักของรังสีนี้เป็นของช่วงอินฟราเรดที่มีความยาวคลื่นตั้งแต่ 4 ถึง 50 ไมครอน

ความหนาแน่นสเปกตรัมสูงสุดของความส่องสว่างที่กระฉับกระเฉงของร่างกาย

ตามกฎของ Wien บุคคลจะตกที่ความยาวคลื่นประมาณ 9.5 ไมครอน ที่อุณหภูมิผิว 32 องศาเซลเซียส

เนื่องจากอุณหภูมิพื้นผิวขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่สูงของความส่องสว่างที่กระฉับกระเฉง (กำลังที่สี่ของอุณหภูมิทางเทอร์โมไดนามิกส์) แม้ว่าอุณหภูมิพื้นผิวจะเพิ่มขึ้นเล็กน้อยก็อาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในกำลังที่ปล่อยออกมาซึ่งเครื่องมือจะบันทึกได้อย่างน่าเชื่อถือ

ในคนที่มีสุขภาพดี การกระจายของอุณหภูมิตามจุดต่างๆ บนพื้นผิวของร่างกายค่อนข้างมีลักษณะเฉพาะ อย่างไรก็ตาม กระบวนการอักเสบและเนื้องอกสามารถเปลี่ยนอุณหภูมิในท้องถิ่นได้

อุณหภูมิของหลอดเลือดดำขึ้นอยู่กับสถานะของการไหลเวียนโลหิต เช่นเดียวกับความเย็นหรือความร้อนของแขนขา ดังนั้นการบันทึกรังสีจากส่วนต่าง ๆ ของพื้นผิวร่างกายมนุษย์และการกำหนดอุณหภูมิจึงเป็นวิธีการวินิจฉัย วิธีการนี้เรียกว่า เทอร์โมกราฟฟี, ถูกนำมาใช้ในทางคลินิกมากขึ้น

การถ่ายภาพความร้อนนั้นไม่เป็นอันตรายอย่างยิ่งและในอนาคตอาจกลายเป็นวิธีการตรวจเชิงป้องกันจำนวนมากของประชากรของเรา

การหาความแตกต่างของอุณหภูมิพื้นผิวของร่างกายระหว่างการถ่ายภาพความร้อนนั้นดำเนินการเป็นหลัก สองวิธี- ในกรณีหนึ่ง มีการใช้จอแสดงผลคริสตัลเหลว ซึ่งคุณสมบัติทางแสงซึ่งมีความไวมากต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเล็กน้อย ด้วยการวางตัวบ่งชี้เหล่านี้ไว้บนร่างกายของผู้ป่วย คุณสามารถมองเห็นความแตกต่างของอุณหภูมิในท้องถิ่นได้โดยการเปลี่ยนสี อีกวิธีหนึ่งที่ใช้กันทั่วไปมากกว่าคือทางเทคนิคโดยขึ้นอยู่กับการใช้งาน ตัวสร้างภาพความร้อน. กล้องถ่ายภาพความร้อนเป็นระบบทางเทคนิคที่คล้ายคลึงกับทีวี ซึ่งสามารถรับรู้รังสีอินฟราเรดที่มาจากร่างกาย โดยแปลงรังสีนี้ให้อยู่ในช่วงแสง และสร้างภาพของร่างกายบนหน้าจอขึ้นมาใหม่ ส่วนของร่างกายที่มีอุณหภูมิต่างกันจะแสดงบนหน้าจอด้วยสีที่ต่างกัน

แล้วรังสีความร้อนคืออะไร?

การแผ่รังสีความร้อนคือรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเนื่องจากพลังงานของการเคลื่อนที่แบบหมุนและแบบสั่นสะเทือนของอะตอมและโมเลกุลภายในสาร การแผ่รังสีความร้อนเป็นลักษณะของวัตถุทั้งหมดที่มีอุณหภูมิสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์

การแผ่รังสีความร้อนของร่างกายมนุษย์อยู่ในช่วงอินฟราเรดของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า รังสีดังกล่าวถูกค้นพบครั้งแรกโดยนักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษ วิลเลียม เฮอร์เชล ในปี พ.ศ. 2408 นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ เจ. แม็กซ์เวลล์ พิสูจน์ว่ารังสีอินฟราเรดมีลักษณะเป็นแม่เหล็กไฟฟ้าและประกอบด้วยคลื่นที่มีความยาว 760 นาโนเมตรมากถึง 1-2 มม- ส่วนใหญ่แล้วช่วงรังสีอินฟราเรดทั้งหมดจะแบ่งออกเป็นพื้นที่: ใกล้ (750 นาโนเมตร-2.500นาโนเมตร) เฉลี่ย (2.500 นาโนเมตร - 50.000นาโนเมตร) และระยะไกล (50,000 นาโนเมตร-2.000.000นาโนเมตร).

ลองพิจารณากรณีที่วัตถุ A อยู่ในช่อง B ซึ่งถูกจำกัดด้วยเปลือก C แบบสะท้อนแสงในอุดมคติ (ไม่สามารถทะลุผ่านรังสีได้) (รูปที่ 1) จากการสะท้อนหลายครั้งจากพื้นผิวด้านในของเปลือก รังสีจะถูกกักเก็บไว้ในช่องกระจกและถูกดูดซับบางส่วนโดยวัตถุ A ภายใต้สภาวะดังกล่าว ช่องของระบบ B - วัตถุ A จะไม่สูญเสียพลังงาน แต่จะมีเพียง เป็นการแลกเปลี่ยนพลังงานอย่างต่อเนื่องระหว่างวัตถุ A กับรังสีที่เติมเต็มช่อง B

รูปที่ 1- การสะท้อนคลื่นความร้อนหลายครั้งจากผนังกระจกของช่อง B

หากการกระจายพลังงานยังคงไม่เปลี่ยนแปลงในแต่ละความยาวคลื่น สถานะของระบบดังกล่าวจะสมดุล และการแผ่รังสีก็จะสมดุลเช่นกัน การแผ่รังสีสมดุลประเภทเดียวคือความร้อน หากความสมดุลระหว่างการแผ่รังสีและร่างกายเปลี่ยนไปด้วยเหตุผลบางประการ กระบวนการทางอุณหพลศาสตร์จะเริ่มเกิดขึ้นซึ่งจะทำให้ระบบกลับสู่สภาวะสมดุล หากร่างกาย A เริ่มปล่อยออกมามากกว่าที่ดูดซับ ร่างกายจะเริ่มสูญเสียพลังงานภายใน และอุณหภูมิของร่างกาย (ซึ่งเป็นหน่วยวัดพลังงานภายใน) จะเริ่มลดลง ซึ่งจะลดปริมาณพลังงานที่ปล่อยออกมา อุณหภูมิของร่างกายจะลดลงจนกว่าปริมาณพลังงานที่ปล่อยออกมาเท่ากับปริมาณพลังงานที่ร่างกายดูดซึม สภาวะสมดุลจึงจะเกิดขึ้น

การแผ่รังสีความร้อนที่สมดุลมีคุณสมบัติดังต่อไปนี้: เป็นเนื้อเดียวกัน (ความหนาแน่นของฟลักซ์พลังงานเดียวกันที่ทุกจุดของโพรง), ไอโซโทรปิก (ทิศทางที่เป็นไปได้ของการแพร่กระจายมีความน่าจะเป็นเท่ากัน), ไม่มีขั้ว (ทิศทางและค่าของเวกเตอร์ความแรงของสนามไฟฟ้าและแม่เหล็ก ทุกจุดของโพรงเปลี่ยนแปลงอย่างโกลาหล)

ลักษณะเชิงปริมาณหลักของการแผ่รังสีความร้อนคือ:

- ความส่องสว่างอันทรงพลัง คือ ปริมาณพลังงานของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงความยาวคลื่นทั้งหมดของรังสีความร้อนที่วัตถุปล่อยออกมาในทุกทิศทางจากพื้นที่ผิวหน่วยต่อหน่วยเวลา: R = E/(S t), [J/(m 2 s)] = [W /m 2 ] พลังงานความส่องสว่างขึ้นอยู่กับธรรมชาติของร่างกาย อุณหภูมิของร่างกาย สภาพพื้นผิวของร่างกาย และความยาวคลื่นของการแผ่รังสี

- ความหนาแน่นของความส่องสว่างสเปกตรัม - ความส่องสว่างที่กระฉับกระเฉงของร่างกายสำหรับความยาวคลื่นที่กำหนด (แลมบ์ + dแล) ที่อุณหภูมิที่กำหนด (T + dT): R แลมบ์,T = f(แลมบ์ดา, T)

ความส่องสว่างอย่างมีพลังของวัตถุภายในช่วงความยาวคลื่นที่กำหนดคำนวณโดยการรวม R แลมบ์ดา T = f(แลมบ์ดา T) สำหรับ T = const:

- ค่าสัมประสิทธิ์การดูดซึม - อัตราส่วนของพลังงานที่ร่างกายดูดซึมต่อพลังงานที่ตกกระทบ ดังนั้นหากการแผ่รังสีจากฟลักซ์ dФ inc ตกบนร่างกายส่วนหนึ่งของมันจะถูกสะท้อนออกจากพื้นผิวของร่างกาย - dФ neg ส่วนอื่น ๆ จะผ่านเข้าไปในร่างกายและบางส่วนเปลี่ยนเป็นความร้อน dФ abs และส่วนที่สาม หลังจากการสะท้อนภายในหลายครั้ง ให้ผ่านร่างกายออกไปด้านนอก dФ inc : α = dФ abs./dФ ลง

ค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสง α ขึ้นอยู่กับลักษณะของตัวดูดซับ ความยาวคลื่นของรังสีที่ถูกดูดกลืน อุณหภูมิและสถานะของพื้นผิวของร่างกาย

- ค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงแบบเอกรงค์- ค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงของการแผ่รังสีความร้อนของความยาวคลื่นที่กำหนดที่อุณหภูมิที่กำหนด: α แลม,T = ฉ(แลม,T)

ในบรรดาวัตถุต่างๆ มีวัตถุที่สามารถดูดซับรังสีความร้อนทุกความยาวคลื่นที่ตกกระทบได้ วัตถุที่ดูดซับได้ดีเช่นนี้เรียกว่า ตัวดำสนิท- สำหรับพวกเขา α =1

นอกจากนี้ยังมีตัวสีเทาซึ่งα<1, но одинаковый для всех длин волн инфракрасного диапазона.

รุ่น Blackbody เป็นช่องเปิดเล็กๆ มีเปลือกกันความร้อน เส้นผ่านศูนย์กลางรูไม่เกิน 0.1 ของเส้นผ่านศูนย์กลางของช่อง ที่อุณหภูมิคงที่ พลังงานบางส่วนจะถูกปล่อยออกมาจากหลุม ซึ่งสอดคล้องกับความส่องสว่างอันทรงพลังของวัตถุสีดำสนิท แต่หลุมดำนั้นเป็นอุดมคติ แต่กฎของการแผ่รังสีความร้อนของวัตถุสีดำช่วยให้เข้าใกล้รูปแบบจริงมากขึ้น

2. กฎของการแผ่รังสีความร้อน

1. กฎของเคอร์ชอฟฟ์ การแผ่รังสีความร้อนนั้นสมดุล - ปริมาณพลังงานที่ร่างกายปล่อยออกมาคือปริมาณที่ร่างกายดูดซับไว้ สำหรับศพ 3 ศพที่อยู่ในช่องปิด เราสามารถเขียนได้:

ความสัมพันธ์ที่ระบุจะเป็นจริงเมื่อหนึ่งในเนื้อหาเป็น AC:

เพราะ สำหรับตัวสีดำ α λT .
นี่คือกฎของเคอร์ชอฟ: อัตราส่วนของความหนาแน่นสเปกตรัมของความส่องสว่างที่กระฉับกระเฉงของวัตถุต่อค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงแบบเอกรงค์ของมัน (ที่อุณหภูมิหนึ่งและสำหรับความยาวคลื่นหนึ่ง) ไม่ได้ขึ้นอยู่กับธรรมชาติของวัตถุและจะเท่ากันสำหรับวัตถุทั้งหมดที่จะ ความหนาแน่นสเปกตรัมของความส่องสว่างที่มีพลังที่อุณหภูมิและความยาวคลื่นเท่ากัน

ข้อพิสูจน์จากกฎของ Kirchhoff:
1. ความส่องสว่างอันทรงพลังของวัตถุสีดำเป็นฟังก์ชันสากลของความยาวคลื่นและอุณหภูมิของร่างกาย
2. ความส่องสว่างของพลังงานสเปกตรัมของวัตถุสีดำนั้นยิ่งใหญ่ที่สุด
3. ความส่องสว่างของพลังงานสเปกตรัมของวัตถุโดยพลการนั้นเท่ากับผลคูณของสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงและความส่องสว่างของพลังงานสเปกตรัมของวัตถุสีดำสนิท
4. วัตถุใดๆ ที่อุณหภูมิที่กำหนดจะปล่อยคลื่นที่มีความยาวคลื่นเท่ากันกับที่ปล่อยออกมาที่อุณหภูมิที่กำหนด

การศึกษาสเปกตรัมขององค์ประกอบจำนวนหนึ่งอย่างเป็นระบบทำให้ Kirchhoff และ Bunsen สามารถสร้างความเชื่อมโยงที่ชัดเจนระหว่างสเปกตรัมการดูดกลืนแสงและการปล่อยก๊าซและความเป็นเอกเทศของอะตอมที่เกี่ยวข้อง จึงได้มีการเสนอ การวิเคราะห์สเปกตรัมซึ่งคุณสามารถระบุสารที่มีความเข้มข้น 0.1 นาโนเมตรได้

การกระจายความหนาแน่นสเปกตรัมของพลังงานความส่องสว่างสำหรับวัตถุสีดำสนิท วัตถุสีเทา หรือวัตถุตามอำเภอใจ เส้นโค้งสุดท้ายมีหลายค่าสูงสุดและค่าต่ำสุด ซึ่งบ่งชี้ถึงการเลือกของการปล่อยและการดูดกลืนของวัตถุดังกล่าว

2. กฎหมายสเตฟาน-โบลต์ซมันน์
ในปี พ.ศ. 2422 นักวิทยาศาสตร์ชาวออสเตรีย โจเซฟ สเตฟาน (ทดลองสำหรับวัตถุโดยพลการ) และลุดวิก โบลต์ซมันน์ (ตามทฤษฎีสำหรับวัตถุสีดำ) ได้กำหนดไว้ว่าความส่องสว่างที่มีพลังทั้งหมดตลอดช่วงความยาวคลื่นทั้งหมดนั้นเป็นสัดส่วนกับกำลังที่สี่ของอุณหภูมิสัมบูรณ์ของร่างกาย:

3. กฎของไวน์
นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Wilhelm Wien ในปี พ.ศ. 2436 ได้กำหนดกฎหมายที่กำหนดตำแหน่งของความหนาแน่นสเปกตรัมสูงสุดของความส่องสว่างที่มีพลังของร่างกายในสเปกตรัมการแผ่รังสีของวัตถุสีดำขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ตามกฎหมาย ความยาวคลื่น แลมสูงสุด ซึ่งอธิบายความหนาแน่นสเปกตรัมสูงสุดของความส่องสว่างของพลังงานของวัตถุสีดำนั้นแปรผกผันกับอุณหภูมิสัมบูรณ์ของมัน T: แลมสูงสุด = в/t โดยที่ в = 2.9*10 -3 m·K คือค่าคงตัวของเวียนนา

ดังนั้นด้วยอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ไม่เพียงแต่พลังงานรังสีทั้งหมดจะเปลี่ยนไป แต่ยังรวมถึงรูปร่างของเส้นโค้งการกระจายของความหนาแน่นสเปกตรัมของความส่องสว่างของพลังงานด้วย เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความหนาแน่นสเปกตรัมสูงสุดจะเปลี่ยนไปสู่ความยาวคลื่นที่สั้นลง ดังนั้นกฎของเวียนนาจึงเรียกว่ากฎแห่งการกระจัด

ใช้กฎหมายของไวน์ ในเชิงแสงไพโรเมทรี- วิธีการหาอุณหภูมิจากสเปกตรัมการแผ่รังสีของวัตถุที่มีความร้อนสูงซึ่งอยู่ห่างจากผู้สังเกต วิธีนี้เป็นวิธีกำหนดอุณหภูมิของดวงอาทิตย์ก่อน (สำหรับ 470 nm T = 6160 K)

กฎหมายที่นำเสนอไม่อนุญาตให้เราค้นหาสมการในทางทฤษฎีสำหรับการกระจายความหนาแน่นของสเปกตรัมของความส่องสว่างที่มีพลังตลอดความยาวคลื่น ผลงานของ Rayleigh และ Jeans ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ศึกษาองค์ประกอบสเปกตรัมของรังสีวัตถุสีดำตามกฎของฟิสิกส์คลาสสิกนำไปสู่ปัญหาพื้นฐานที่เรียกว่าภัยพิบัติอัลตราไวโอเลต ในช่วงของคลื่น UV ความส่องสว่างอันทรงพลังของวัตถุสีดำควรจะถึงระยะอนันต์ แม้ว่าในการทดลองจะลดลงเหลือศูนย์ก็ตาม ผลลัพธ์เหล่านี้ขัดแย้งกับกฎการอนุรักษ์พลังงาน

4. ทฤษฎีของพลังค์ นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันในปี 1900 ตั้งสมมติฐานว่าร่างกายไม่ได้ปล่อยออกมาอย่างต่อเนื่อง แต่แยกออกจากกัน - ควอนตัม พลังงานควอนตัมเป็นสัดส่วนกับความถี่ของการแผ่รังสี: E = hν = h·c/λ โดยที่ h = 6.63*10 -34 J·s ค่าคงที่ของพลังค์

ด้วยแนวคิดเกี่ยวกับการแผ่รังสีควอนตัมของวัตถุสีดำ เขาได้สมการสำหรับความหนาแน่นสเปกตรัมของพลังงานความสว่างของวัตถุสีดำ:

สูตรนี้เป็นไปตามข้อมูลการทดลองในช่วงความยาวคลื่นทั้งหมดที่อุณหภูมิทั้งหมด

ดวงอาทิตย์เป็นแหล่งรังสีความร้อนหลักในธรรมชาติ การแผ่รังสีดวงอาทิตย์ใช้ช่วงความยาวคลื่นที่หลากหลาย: ตั้งแต่ 0.1 นาโนเมตรถึง 10 เมตรหรือมากกว่า พลังงานแสงอาทิตย์ 99% เกิดขึ้นในช่วง 280 ถึง 6,000 นาโนเมตร- ต่อหน่วยพื้นที่ของพื้นผิวโลก ในภูเขามีค่าตั้งแต่ 800 ถึง 1,000 W/m2 ความร้อนหนึ่งในสองพันล้านส่วนที่มาถึงพื้นผิวโลก - 9.23 J/cm2 สำหรับช่วงการแผ่รังสีความร้อนตั้งแต่ 6,000 ถึง 500,000 นาโนเมตรคิดเป็น 0.4% ของพลังงานของดวงอาทิตย์ ในชั้นบรรยากาศของโลก รังสีอินฟราเรดส่วนใหญ่ถูกดูดซับโดยโมเลกุลของน้ำ ออกซิเจน ไนโตรเจน และคาร์บอนไดออกไซด์ ช่วงวิทยุยังถูกดูดซับโดยบรรยากาศเป็นส่วนใหญ่อีกด้วย

ปริมาณพลังงานที่รังสีดวงอาทิตย์นำมาต่อ 1 วินาทีสู่พื้นที่ 1 ตร.ม. ซึ่งอยู่นอกชั้นบรรยากาศโลกที่ระดับความสูง 82 กม. ตั้งฉากกับรังสีดวงอาทิตย์เรียกว่าค่าคงที่แสงอาทิตย์ มีค่าเท่ากับ 1.4 * 10 3 วัตต์/ม.2

การกระจายสเปกตรัมของความหนาแน่นฟลักซ์ปกติของรังสีดวงอาทิตย์เกิดขึ้นพร้อมกับการกระจายสเปกตรัมของวัตถุสีดำที่อุณหภูมิ 6,000 องศา ดังนั้นดวงอาทิตย์ที่สัมพันธ์กับการแผ่รังสีความร้อนจึงเป็นวัตถุสีดำ

3. การแผ่รังสีจากร่างกายจริงและร่างกายมนุษย์

การแผ่รังสีความร้อนจากพื้นผิวของร่างกายมนุษย์มีบทบาทสำคัญในการถ่ายเทความร้อน มีวิธีการถ่ายโอนความร้อนดังกล่าว: การนำความร้อน (การนำ), การพาความร้อน, การแผ่รังสี, การระเหย ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขที่บุคคลพบว่าตัวเองแต่ละวิธีการเหล่านี้สามารถมีบทบาทที่โดดเด่น (เช่นที่อุณหภูมิสิ่งแวดล้อมสูงมากบทบาทนำคือการระเหยและในน้ำเย็น - การนำและอุณหภูมิของน้ำ 15 องศาเป็นสภาพแวดล้อมที่อันตรายถึงชีวิตสำหรับคนเปลือยกายและหลังจากผ่านไป 2-4 ชั่วโมงจะเป็นลมและเสียชีวิตเนื่องจากอุณหภูมิของสมองลดลง) ส่วนแบ่งของการแผ่รังสีในการถ่ายเทความร้อนทั้งหมดอาจอยู่ในช่วง 75 ถึง 25% ภายใต้สภาวะปกติประมาณ 50% ขณะพักทางสรีรวิทยา

การแผ่รังสีความร้อนซึ่งมีบทบาทในชีวิตของสิ่งมีชีวิต แบ่งออกเป็นช่วงความยาวคลื่นสั้น (ตั้งแต่ 0.3 ถึง 3 ไมโครเมตร)และความยาวคลื่นยาว (ตั้งแต่ 5 ถึง 100 ไมโครเมตร- แหล่งกำเนิดรังสีคลื่นสั้นคือดวงอาทิตย์และเปลวไฟ และสิ่งมีชีวิตจะได้รับรังสีดังกล่าวแต่เพียงผู้เดียว รังสีคลื่นยาวถูกปล่อยและดูดซับโดยสิ่งมีชีวิต

ค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของอุณหภูมิของตัวกลางและร่างกาย พื้นที่ปฏิสัมพันธ์ การวางแนวของพื้นที่เหล่านี้ และสำหรับการแผ่รังสีคลื่นสั้น - บนสีของพื้นผิว ดังนั้นคนผิวดำจะสะท้อนรังสีคลื่นสั้นเพียง 18% ในขณะที่คนเชื้อชาติขาวจะสะท้อนได้ประมาณ 40% (เป็นไปได้มากว่าสีผิวของคนผิวดำในวิวัฒนาการไม่เกี่ยวข้องกับการถ่ายเทความร้อน) สำหรับรังสีคลื่นยาว ค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงจะใกล้เคียงกับ 1

การคำนวณการถ่ายเทความร้อนด้วยการแผ่รังสีเป็นงานที่ยากมาก กฎสเตฟาน-โบลต์ซมันน์ไม่สามารถใช้กับวัตถุจริงได้ เนื่องจากพวกมันต้องอาศัยความส่องสว่างอันทรงพลังกับอุณหภูมิที่ซับซ้อนกว่า ปรากฎว่ามันขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ธรรมชาติของร่างกาย รูปร่างของร่างกาย และสภาพของพื้นผิว เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง ค่าสัมประสิทธิ์ σ และเลขชี้กำลังอุณหภูมิจะเปลี่ยนไป พื้นผิวของร่างกายมนุษย์มีโครงร่างที่ซับซ้อน บุคคลสวมเสื้อผ้าที่เปลี่ยนรังสี และกระบวนการจะได้รับผลกระทบจากท่าทางที่บุคคลนั้นอยู่

สำหรับวัตถุสีเทา กำลังการแผ่รังสีในช่วงทั้งหมดจะถูกกำหนดโดยสูตร: P = α d.t σ·T 4 ·S ด้วยการประมาณค่าวัตถุจริง (ผิวหนังมนุษย์ ผ้าเสื้อผ้า) ให้ใกล้เคียงกับวัตถุสีเทา เราสามารถหาสูตรในการคำนวณพลังงานรังสีของวัตถุจริงที่อุณหภูมิที่กำหนดได้: P = α· σ·T 4 ·S ภายใต้สภาวะที่แตกต่างกัน อุณหภูมิของร่างกายที่แผ่รังสีและสิ่งแวดล้อม: P = α·σ·(T 1 4 - T 2 4)·S
มีคุณสมบัติของความหนาแน่นสเปกตรัมของพลังงานความส่องสว่างของวัตถุจริง: ที่ 310 ถึงซึ่งสอดคล้องกับอุณหภูมิเฉลี่ยของร่างกายมนุษย์ โดยรังสีความร้อนสูงสุดจะเกิดขึ้นที่ 9700 นาโนเมตร- การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของร่างกายทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในพลังการแผ่รังสีความร้อนจากพื้นผิวของร่างกาย (0.1 องศาก็เพียงพอแล้ว) ดังนั้นการศึกษาบริเวณผิวหนังที่เชื่อมต่อผ่านระบบประสาทส่วนกลางไปยังอวัยวะบางส่วนจึงช่วยในการระบุโรคซึ่งเป็นผลมาจากอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงไปค่อนข้างมาก ( การถ่ายภาพความร้อนของโซน Zakharyin-Ged).

วิธีการนวดแบบไม่สัมผัสที่น่าสนใจด้วยสนามพลังชีวภาพของมนุษย์ (Juna Davitashvili) กำลังการแผ่รังสีความร้อนของปาล์ม 0.1 วและความไวต่อความร้อนของผิวหนังคือ 0.0001 W/cm 2 หากคุณปฏิบัติตามโซนที่กล่าวมาข้างต้นคุณสามารถกระตุ้นการทำงานของอวัยวะเหล่านี้ได้อย่างสะท้อนกลับ

4. ผลกระทบทางชีวภาพและการรักษาของความร้อนและความเย็น

ร่างกายมนุษย์ปล่อยและดูดซับรังสีความร้อนอย่างต่อเนื่อง กระบวนการนี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของร่างกายมนุษย์และสิ่งแวดล้อม รังสีอินฟราเรดสูงสุดของร่างกายมนุษย์อยู่ที่ 9300 นาโนเมตร

ด้วยการฉายรังสี IR ปริมาณน้อยและปานกลาง กระบวนการเมแทบอลิซึมจะได้รับการปรับปรุง และปฏิกิริยาของเอนไซม์ กระบวนการสร้างใหม่และการซ่อมแซมจะถูกเร่ง

อันเป็นผลมาจากการกระทำของรังสีอินฟราเรดและรังสีที่มองเห็นสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ (bradykinin, kalidin, ฮิสตามีน, acetylcholine ซึ่งส่วนใหญ่เป็นสาร vasomotor ซึ่งมีบทบาทในการนำไปใช้และควบคุมการไหลเวียนของเลือดในท้องถิ่น) จะเกิดขึ้นในเนื้อเยื่อ

อันเป็นผลมาจากการกระทำของรังสีอินฟราเรดตัวรับความร้อนในผิวหนังจะถูกเปิดใช้งานข้อมูลที่ถูกส่งไปยังไฮโปทาลามัสซึ่งเป็นผลมาจากการที่หลอดเลือดของผิวหนังขยายตัวปริมาตรของเลือดที่ไหลเวียนในนั้นเพิ่มขึ้นและเหงื่อออก เพิ่มขึ้น

ความลึกของการทะลุผ่านของรังสีอินฟราเรดขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น ความชื้นของผิวหนัง การเติมเลือด ระดับของการสร้างเม็ดสี เป็นต้น

เกิดผื่นแดงขึ้นบนผิวหนังของมนุษย์ภายใต้อิทธิพลของรังสีอินฟราเรด

ใช้ในการฝึกปฏิบัติทางคลินิกเพื่อให้มีอิทธิพลต่อการไหลเวียนโลหิตในท้องถิ่นและทั่วไป เพิ่มเหงื่อออก ผ่อนคลายกล้ามเนื้อ ลดความเจ็บปวด เร่งการสลายของเม็ดเลือด แทรกซึม ฯลฯ

ภายใต้สภาวะของภาวะอุณหภูมิร่างกายสูงเกินไป ฤทธิ์ต้านเนื้องอกของการรักษาด้วยรังสี—การบำบัดด้วยรังสีความร้อน—จะเพิ่มขึ้น

ข้อบ่งชี้หลักสำหรับการใช้การรักษาด้วย IR: กระบวนการอักเสบเฉียบพลันที่ไม่เป็นหนอง, การเผาไหม้และอาการบวมเป็นน้ำเหลือง, กระบวนการอักเสบเรื้อรัง, แผล, การหดตัว, การยึดเกาะ, การบาดเจ็บของข้อต่อ, เอ็นและกล้ามเนื้อ, กล้ามเนื้ออักเสบ, ปวดกล้ามเนื้อ, ปวดประสาท ข้อห้ามหลัก: เนื้องอก, การอักเสบเป็นหนอง, เลือดออก, ระบบไหลเวียนโลหิตล้มเหลว

ความเย็นใช้เพื่อห้ามเลือด บรรเทาอาการปวด และรักษาโรคผิวหนังบางชนิด การแข็งตัวทำให้อายุยืนยาว

ภายใต้อิทธิพลของความเย็น อัตราการเต้นของหัวใจและความดันโลหิตลดลง และยับยั้งปฏิกิริยาสะท้อนกลับ

ในปริมาณที่กำหนด ความเย็นจะช่วยกระตุ้นการรักษาแผลไหม้ แผลเป็นหนอง แผลในกระเพาะอาหาร การพังทลายของผิวหนัง และเยื่อบุตาอักเสบ

ไครโอไบโอวิทยา- ศึกษากระบวนการที่เกิดขึ้นในเซลล์ เนื้อเยื่อ อวัยวะ และร่างกายภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิต่ำที่ไม่ใช่ทางสรีรวิทยา

ใช้ในการแพทย์ การบำบัดด้วยความเย็นจัดและ ภาวะอุณหภูมิเกิน- การบำบัดด้วยความเย็นรวมถึงวิธีการต่างๆ โดยอิงตามขนาดการให้ความเย็นของเนื้อเยื่อและอวัยวะ การรักษาด้วยความเย็น (ส่วนหนึ่งของการรักษาด้วยความเย็น) ใช้การแช่แข็งเนื้อเยื่อเฉพาะที่เพื่อวัตถุประสงค์ในการกำจัด (ส่วนหนึ่งของต่อมทอนซิล ถ้าทั้งหมด - การผ่าตัดด้วยความเย็นจัด) เนื้องอกสามารถลบออกได้ เช่น ผิวหนัง ปากมดลูก ฯลฯ) การสกัดด้วยความเย็นขึ้นอยู่กับการยึดเกาะด้วยความเย็น (การยึดเกาะของ ร่างกายเปียกไปจนถึงมีดผ่าตัดแช่แข็ง ) - การแยกส่วนหนึ่งออกจากอวัยวะ

ด้วยภาวะอุณหภูมิร่างกายสูงเกินไป จึงสามารถรักษาการทำงานของอวัยวะต่างๆ ในร่างกายได้ระยะหนึ่ง อุณหภูมิต่ำโดยใช้ยาระงับความรู้สึกใช้เพื่อรักษาการทำงานของอวัยวะในกรณีที่ไม่มีเลือดไปเลี้ยงเนื่องจากการเผาผลาญของเนื้อเยื่อช้าลง เนื้อเยื่อต้านทานต่อภาวะขาดออกซิเจน ใช้ยาชาเย็น

ผลของความร้อนดำเนินการโดยใช้หลอดไส้ (หลอด Minin, Solux, อ่างความร้อนแบบใช้แสง, หลอดรังสีอินฟราเรด) โดยใช้ตัวกลางทางกายภาพที่มีความจุความร้อนสูง มีการนำความร้อนต่ำ และมีความสามารถกักเก็บความร้อนได้ดี: โคลน พาราฟิน โอโซเคอไรต์ แนฟทาลีน ฯลฯ

5. พื้นฐานทางกายภาพของการถ่ายภาพความร้อน

การถ่ายภาพความร้อนหรือการถ่ายภาพความร้อนเป็นวิธีการวินิจฉัยเชิงหน้าที่โดยอาศัยการบันทึกรังสีอินฟราเรดจากร่างกายมนุษย์

เทอร์โมกราฟฟีมี 2 ประเภท:

- ติดต่อถ่ายภาพความร้อนคอเลสเตอรอล: วิธีการนี้ใช้คุณสมบัติทางแสงของผลึกเหลวที่มีคอเลสเตอรอล (ส่วนผสมหลายองค์ประกอบของเอสเทอร์และอนุพันธ์ของคอเลสเตอรอลอื่นๆ) สารดังกล่าวเลือกสะท้อนความยาวคลื่นที่แตกต่างกันซึ่งทำให้สามารถรับภาพสนามความร้อนของพื้นผิวร่างกายมนุษย์บนแผ่นฟิล์มของสารเหล่านี้ได้ กระแสแสงสีขาวพุ่งตรงไปที่ฟิล์ม ความยาวคลื่นที่แตกต่างกันจะสะท้อนแตกต่างจากฟิล์ม ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของพื้นผิวที่ใส่โคเลสเตอรอล

ภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิ โคเลสเตอรอลสามารถเปลี่ยนสีจากสีแดงเป็นสีม่วง เป็นผลให้เกิดภาพสีของสนามความร้อนของร่างกายมนุษย์ซึ่งง่ายต่อการถอดรหัสโดยทราบความสัมพันธ์ของอุณหภูมิและสี มีโคเลสเตอรอลที่ให้คุณบันทึกความแตกต่างของอุณหภูมิ 0.1 องศา ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะกำหนดขอบเขตของกระบวนการอักเสบจุดโฟกัสของการแทรกซึมของการอักเสบในระยะต่างๆของการพัฒนา

ในด้านเนื้องอกวิทยา การถ่ายภาพด้วยความร้อนทำให้สามารถระบุโหนดระยะลุกลามที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.5-2 ได้ มมในต่อมน้ำนม ผิวหนัง ต่อมไทรอยด์ ในด้านศัลยกรรมกระดูกและบาดแผล ประเมินปริมาณเลือดที่ส่งไปยังแต่ละส่วนของแขนขา เช่น ก่อนการตัดแขนขา คาดการณ์ความลึกของแผลไหม้ เป็นต้น ในหทัยวิทยาและ angiology ระบุความผิดปกติในการทำงานปกติของระบบหัวใจและหลอดเลือด, ความผิดปกติของการไหลเวียนโลหิตเนื่องจากโรคการสั่นสะเทือน, การอักเสบและการอุดตันของหลอดเลือด; เส้นเลือดขอด ฯลฯ ; ในการผ่าตัดประสาท, กำหนดตำแหน่งของจุดโฟกัสของความเสียหายจากการนำเส้นประสาท, ยืนยันตำแหน่งของอัมพาตของระบบประสาทที่เกิดจากโรคลมชัก; ในสูติศาสตร์และนรีเวชวิทยาตรวจสอบการตั้งครรภ์การแปลสถานที่ของเด็ก วินิจฉัยกระบวนการอักเสบที่หลากหลาย

- เทเลเทอร์โมกราฟี - ขึ้นอยู่กับการแปลงรังสีอินฟราเรดจากร่างกายมนุษย์เป็นสัญญาณไฟฟ้าที่ถูกบันทึกไว้บนหน้าจอของกล้องถ่ายภาพความร้อนหรืออุปกรณ์บันทึกอื่น ๆ วิธีการนี้เป็นแบบไม่สัมผัส

ระบบกระจกรับรู้การแผ่รังสี IR หลังจากนั้นรังสี IR จะถูกส่งไปยังตัวรับคลื่น IR ซึ่งส่วนหลักคือเครื่องตรวจจับ (โฟโตรีซิสเตอร์, โบโลมิเตอร์โลหะหรือเซมิคอนดักเตอร์, เทอร์โมอิลิเมนต์, ตัวบ่งชี้โฟโตเคมี, ตัวแปลงแสงอิเล็กตรอน, เพียโซอิเล็กทริก เครื่องตรวจจับ ฯลฯ)

สัญญาณไฟฟ้าจากเครื่องรับจะถูกส่งไปยังเครื่องขยายเสียง จากนั้นไปยังอุปกรณ์ควบคุม ซึ่งทำหน้าที่ในการเคลื่อนย้ายกระจก (สแกนวัตถุ) ให้ความร้อนแก่แหล่งกำเนิดแสงจุด TIS (สัดส่วนกับการแผ่รังสีความร้อน) และเคลื่อนย้ายฟิล์มภาพถ่าย แต่ละครั้งที่ฉายภาพยนตร์ด้วย TIS ตามอุณหภูมิร่างกาย ณ สถานที่ศึกษา

หลังจากที่อุปกรณ์ควบคุมสามารถส่งสัญญาณไปยังระบบคอมพิวเตอร์ที่มีจอแสดงผลได้ ซึ่งช่วยให้คุณสามารถจัดเก็บเทอร์โมแกรมและประมวลผลโดยใช้โปรแกรมการวิเคราะห์ ความสามารถเพิ่มเติมได้มาจากกล้องถ่ายภาพความร้อนแบบสี (สีที่มีอุณหภูมิใกล้เคียงกันจะแสดงเป็นสีที่ตัดกัน) และสามารถวาดไอโซเทอร์มได้

เมื่อเร็วๆ นี้ หลายบริษัทตระหนักดีว่าการ "เข้าถึง" ผู้มีโอกาสเป็นลูกค้าบางครั้งก็ค่อนข้างยาก ช่องข้อมูลของพวกเขาเต็มไปด้วยข้อความโฆษณาหลากหลายประเภทจนพวกเขาหยุดรับรู้
การขายโทรศัพท์ที่ใช้งานอยู่กำลังกลายเป็นหนึ่งในวิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการเพิ่มยอดขายในระยะเวลาอันสั้น การโทรโดยไม่ได้นัดหมายมีวัตถุประสงค์เพื่อดึงดูดลูกค้าที่ไม่เคยสมัครผลิตภัณฑ์หรือบริการมาก่อน แต่สำหรับปัจจัยหลายประการคือผู้มีโอกาสเป็นลูกค้า เมื่อกดหมายเลขโทรศัพท์แล้วผู้จัดการฝ่ายขายที่ใช้งานอยู่จะต้องเข้าใจวัตถุประสงค์ของการโทรเย็นอย่างชัดเจน ท้ายที่สุดแล้ว การสนทนาทางโทรศัพท์ต้องใช้ทักษะพิเศษและความอดทนจากผู้จัดการฝ่ายขาย รวมถึงความรู้เกี่ยวกับเทคนิคและวิธีการเจรจาต่อรอง