Тепловое излучение и его характеристики
Тепловое излучение – это электромагнитное излучение тел, возникающее за счет изменения их внутренней энергии (энергии теплового движения атомов и молекул).
Тепловое излучение тела человека относится к инфракрасному диапазону электромагнитных волн.
Инфракрасные лучи занимают диапазон электромагнитных волн с длиной волны от 760 нм до 1-2 мм.
Источник теплового излучения: любое тело, температура которого превышает температуру абсолютного нуля.
Характеристики теплового излучения
Поток излучения (Ф) – количество энергии, которое излучается (поглощается) с выбранной площади (поверхности) по всем направлениям за единицу времени.
, .
2. Интегральная излучательная способность (R)– поток излучения с единицы площади поверхности.
, , .
3. Спектральная излучательная способность ( ) – интегральная излучательная способность, относимая к единице спектрального интервала
, ;
где интегральная излучательная способность;
– ширина интервала длин волн ( ).
4. Интегральная поглощательная способность (коэффициент поглощения) –отношение поглощенной телом энергии к падающей энергии.
,
безразмерная величина,
– поток излучения, который поглощается телом;
– поток излучения, что падает на тело.
Рис. 39
5. Спектральная поглощательная способность – коэффициент поглощения, относимый к единичному спектральному интервалу:
, безразмерная величина.
Абсолютно черное тело. Серые тела
Абсолютно черное тело – это тело, которое поглощает всю падающую энергию.
Коэффициент поглощения абсолютно черного тела и не зависит от длины волны.
Примеры абсолютно черного тела: сажа, черный бархат.
Серые тела – тела, у которых .
Пример: тело человека считают серым телом .
Черные и серые тела – это физическая абстракция.
Законы теплового излучения
1. Закон Кирхгофа (1859 г.): Отношение спектральной излучательной способности тел к их спектральной поглощательной способности не зависит от природы излучающего тела и равно спектральной излучательной способности абсолютно черного тела при данной температуре:
где – спектральная излучательная способность абсолютно черного тела.
Тепловое излучение является равновесным – сколько энергии излучается телом, столько ее им и поглощается.
Рис. 41. Кривые распределения энергии в спектрах теплового излучения
различных тел (1 – абсолютно черное тело, 2 – серое тело,
3 – произвольное тело)
2. Закон Стефана – Больцмана (1879, 1884):интегральная излучательная способность абсолютно черного тела ( ) прямо пропорциональна четвертой степени его термодинамической температуры (Т).
где –постоянная Стефана – Больцмана
3. Закон Вина (1893):длина волны, на которую приходится максимум спектральной излучательной способности данного тела, обратно пропорциональна температуре.
, где = – постоянная Вина.
Рис. 42. Спектры теплового излучения абсолютно черного тела при различных температурах
Тепловое излучение тела человека
Тело человека имеет постоянную температуру благодаря терморегуляции. Основной частью терморегуляции является теплообмен организма с окружающей средой.
Теплообмен происходит с помощью таких процессов:
а) теплопроводность (0 %), б) конвекция (20 %), в) излучение (50 %), г) испарение (30 %).
Диапазон теплового излучения тела человека
Температура поверхности кожи человека: .
По закону Вина .
Длина волны соответствует инфракрасному диапазону, потому не воспринимается глазом человека.
Излучательная способность тела человека
Тело человека считается серым телом, так как частично излучает энергию ( ) и поглощает излучение из окружающей среды ( ).
Энергия ( ), которую теряет человек за 1 секунду с 1 своего тела вследствие излучения составляет:
,
где температура окружающей среды: , температура тела человека: .
Контактные методы определения температуры
Термометры: ртутные, спиртовые.
Шкала Цельсия: t°C
Шкала Кельвина: T = 273 + t°C
Шкала Фаренгейта:
Термография – это метод определения температуры участка тела человека дистанционно путем оценки интенсивности теплового излучения.
Приборы: термограф или тепловизор (регистрирует распределение температур на выбранном участке человека).
Дата добавления: 2015-09-28; просмотров: 1127;