Кафедра ПДСС лабораторна робота №2
Мета роботи - ознайомлення з основами теорії теплового випромінювання, нормативними вимогами до теплового випромінювання та промисловими методами захисту від нього; придбання навичок користування приладами для вимірювання щільності теплових потоків і оцінка ефективності захисних екранів.
Загальні відомості
Джерела, характеристики і вплив теплового випромінювання на організм людини
Будь-яке тіло, що має відмінну від абсолютного нуля температуру, випромінює енергію у вигляді електромагнітних хвиль з довжиною хвилі від нуля до нескінченності. Залежно від агрегатного стану речовини його випромінювання може бути суцільним (тверді речовини, рідини) і дискретним (пари і гази). Тепловим випромінюванням називають випромінювання у видимому (довжина хвилі = 0,4 - 0,75 мкм) і ближньому інфрачервоному ( = 0,75 - 2,5 мкм) спектральному діапазоні.
Інфрачервоні промені роблять на організм людини в основному тепловий вплив. Під впливом теплового опромінення в організмі відбуваються біохімічні зрушення, зменшується киснева насиченість крові, знижується венозний тиск, сповільнюється кровотік і, як наслідок, настає порушення діяльності серцево-судинної і нервової систем.
Інфрачервоне (ІЧ) випромінювання здатне проникати в живу тканину організму на різну глибину в залежності від довжини хвилі випромінювання. Промені довгохвильового діапазону (з довжиною хвилі> 1,5 мкм) поглинаються поверхневими шарами шкіри на глибині 0,1 - 0,2 мм і їх фізіологічний вплив на організм проявляється, головним чином, в підвищенні температури шкіри і перегрів організму. Вони можуть викликати опік шкіри і очей. Найбільш частим і важким ураженням очей внаслідок впливу інфрачервоних променів є катаракта. Промені короткохвильового діапазону (0,76 - 1,5 мкм) мають здатність проникати в людський організм на кілька сантиметрів. Таке ІК випромінювання легко проникає через шкіру і черепну коробку в тканину мозку, викликаючи швидку стомлюваність, зниження уваги, посилене потовиділення, а при тривалому опроміненні - тепловий удар. При опроміненні короткохвильовими ІК променями спостерігається підвищення температури легких, нирок, м'язів і інших органів. У крові, лімфі, спинномозковій рідині з'являються специфічні біологічно активні речовини, спостерігаються порушення обмінних процесів, змінюється стан центральної нервової системи.
Крім безпосереднього впливу на людину промениста теплота нагріває навколишні конструкції. Ці вторинні джерела віддають теплоту навколишньому середовищу випромінюванням і конвекцією, в результаті чого температура повітря всередині приміщення підвищується.
Опромінення організму малими дозами променевої теплоти корисно, але значна інтенсивність теплового випромінювання і висока температура повітря можуть мати несприятливий вплив на людину. Теплове опромінення інтенсивністю до 350 Вт / м 2 при короткочасному впливі не викликає неприємного відчуття, при 1050 Вт / м 2 вже через 3 - 5 хв на поверхні шкіри з'являється неприємне печіння (температура шкіри підвищується на 8 - 10 ° С), а при 4000 Вт / м 2 через кілька секунд можливі опіки [1].
Загальна кількість теплоти, що падає на тіло людини, залежить від розміру опромінюваної поверхні, температури джерела випромінювання і відстані до нього. Для характеристики теплового випромінювання прийнята величина, названа інтенсивністю теплового опромінення.
Інтенсивність теплового опромінення (щільність потоку падаючого випромінювання) qпад. Вт / м 2 - це потужність променевого потоку, що припадає на одиницю опромінюваної поверхні.
Основні закони теплового випромінювання були відкриті в наступній хронологічній послідовності:
закон Кірхгофа - відношення щільності потоку випромінювання до поглинальної здатності всіх тіл однаково, так само щільності потоку випромінювання абсолютно чорного тіла (АЧТ) при тій же температурі і залежить від температури:
де q - щільність потоку випромінювання тіла, Вт / м 2;
A - поглинальна здатність тіла;
q0 - щільність потоку випромінювання АЧТ, Вт / м 2;
T- температура, К.
закон Стефана-Больцмана встановлює залежність повної (по всіх довжинах хвиль випромінювання) щільності потоку АЧТ від температури:
де q0 - щільність потоку випромінювання АЧТ, Вт / м 2;
- постійна Стефана-Больцмана, = 5,67 · 10 -8 Вт / (К 4 · м 2);
T- температура, К.
закон Вина встановлює розподіл енергії в спектрі АЧТ в залежності від температури: твір температури на довжину хвилі з максимальною енергією - величина постійна:
де max- довжина хвилі, відповідна max випромінювання, м;
b - постійна, b = 2,9 · 10 -3. (М · К);
T- температура, К.
закон Планка дає вираз для спектральної щільності потоку АЧТ (нагрітого до температури Т) від довжини хвилі випромінювання :
де q 0 - спектральна щільність потоку, Вт / м 3;
;
;
h = 6,6 · 10 -34 - постійна Планка, Дж / с;
з = 3 × 10 8 - швидкість світла у вакуумі, м / с;
k = 1,4 · 10 -23 - постійна Больцмана, Дж / К;
T- температура, К.