закон вина

Німецький фізик Вільгельм Він в 1893 році сформулював закон, який визначає положення максимуму спектральної щільності енергетичної світності тіла в спектрі випромінювання АЧТ в залежності від температури. Відповідно до закону, довжина хвилі. на яку припадає максимум спектральної щільності енергетичної світності АЧТ, обернено пропорційний його абсолютній температурі Т: де - постійна Вина.

Таким чином, при збільшенні температури змінюється не тільки повна енергія випромінювання, але і сама форма кривої розподілу спектральної щільності енергетичної світності. Максимум спектральної щільності при збільшенні температури зміщується в бік більш коротких довжин хвиль. Тому закон Вина називають законом зміщення.

Закон Вина застосовується в оптичній пірометрії - методу визначення температури по спектру випромінювання сильно нагрітих тіл, які віддалені від спостерігача. Саме цим методом вперше була визначена температура Сонця (для 470нм Т = 6160К).

Представлені закони не дозволяли теоретично знайти рівняння розподілу спектральної щільності енергетичної світності по довжинах хвиль. Праці Релея і Джинса, в яких вчені досліджували спектральний склад випромінювання АЧТ на основі законів класичної фізики, привели до принципових труднощів, названих ультрафіолетової катастрофою. В діапазоні УФ-хвиль енергетична світність АЧТ повинна була досягати нескінченності, хоча в дослідах вона зменшувалася до нуля. Ці результати суперечили закону збереження енергії.

4. Теорія Планка. Німецький вчений в 1900 році висунув гіпотезу про те, що тіла випромінюють не безупинно, а окремими порціями - квантами. Енергія кванта пропорційна частоті випромінювання:. де постійна Планка.

Керуючись уявленнями про квантовий випромінюванні АЧТ, він отримав рівняння для спектральної щільності енергетичної світності АЧТ: або.

Ця формула знаходиться у відповідності з досвідченими даними у всьому інтервалі довжин хвиль при всіх температурах.

Сонце - основне джерело теплового випромінювання в природі. Сонячне випромінювання займає широкий діапазон довжин хвиль: від 0,1нм до 10м і більше. 99% сонячної енергії припадає на діапазон від 280 до 6000нм. На одиницю площі Земної поверхні доводиться в горах від 800 до 1000. До земної поверхні доходить одна двохмільярдний частина тепла - 9,23 На діапазон теплового випромінювання від 6000 до 500000нм доводиться 0,4% енергії Сонця. В атмосфері Землі велика частина ІЧ-випромінювання поглинається молекулами води, кисню, азоту, діоксиду вуглецю. Радіодіапазон теж здебільшого поглинається атмосферою.

Кількість енергії, яку приносять сонячні промені за 1с на площу в 1 кв.м, розташовану за межами земної атмосфери на висоті 82 км перпендикулярну сонячним променям називається сонячної постійної. вона дорівнює

Спектральний розподіл нормальної щільності потоку сонячного випромінювання збігається з таким для АЧТ при температурі 6000 градусів. Тому Сонце щодо теплового випромінювання - АЧТ.

3. ВИПРОМІНЮВАННЯ РЕАЛЬНИХ ТЕЛ І ТІЛА ЛЮДИНИ.

Теплове випромінювання з поверхні тіла людини відіграє велику роль в тепловіддачі. Існують такі способи тепловіддачі: теплопровідність (кондукция), конвекція, випромінювання, випаровування. Залежно від умов, в яких виявиться людина, кожен з цих способів може мати домінуюче значення (так, наприклад, при дуже високих температурах середовища провідна роль належить випаровуванню, а в холодній воді - кондукції, причому температура води 15 градусів є смертельною середовищем для оголеного людини, і через 2-4 години настає непритомність і смерть внаслідок переохолодження мозку). Частка випромінювання в загальній тепловіддачі може становити від 75 до 25%. У нормальних умовах близько 50% при фізіологічному спокої.

Теплове випромінювання, яке відіграє роль в житті живих організмів ділиться на короткохвильову (від 0,3 до 3 мкм) і довгохвильову (від 5 до 100 мкм). Джерелом короткохвильового випромінювання служать Сонце і відкрите полум'я, а живі організми є виключно реципієнтами такого випромінювання. Довгохвильова радіація і випромінюється, і поглинається живими організмами.

Величина коефіцієнта поглинання залежить від співвідношення температур середовища і тіла, площі їх взаємодії, орієнтації цих площ, а для короткохвильового випромінювання - від кольору поверхні. Так у негрів відбувається відображення лише 18% короткохвильового випромінювання, тоді як у людей білої раси близько 40% (швидше за все, колір шкіри негрів в еволюції не мав відношення до теплообміну). Для довгохвильового випромінювання коефіцієнт поглинання наближений до 1.

Розрахунок теплообміну випромінюванням - дуже важке завдання. Для реальних тіл використовувати закон Стефана-Больцмана не можна, оскільки у них більш складна залежність енергетичної світності від температури. Виявляється, вона залежить від температури, природи тіла, форми тіла і стану його поверхні. Зі зміною температури змінюється коефіцієнт і показник ступеня температури. Поверхня тіла людини має складну конфігурацію, людина носить одяг, який змінює випромінювання, на процес впливає поза, в якій знаходиться людина.

Для сірого тіла потужність випромінювання у всьому діапазоні визначається за формулою: Вважаючи з певними наближеннями реальні тіла (шкіра людини, тканини одягу) близькими до сірих тіл, можна знайти формулу для обчислення потужності випромінювання реальними тілами при певній температурі: В умовах різних температур випромінює тіла і довкілля:

Існують особливості спектральної щільності енергетичної світності реальних тел: при 310К. що відповідає середній температурі тіла людини, максимум теплового випромінювання доводиться на 9700нм. Будь-яка зміна температури тіла призводить до зміни потужності теплового випромінювання з поверхні тіла (0,1 градус досить). Тому дослідження ділянок шкіри, через ЦНС пов'язаних з певними органами, сприяє виявленню захворювань, в результаті яких температура змінюється досить значно (термографія зон Захар'їна-Геда).

Цікавий метод безконтактного масажу біополем людини (Джуна Давіташвілі). Потужність теплового випромінювання долоні 0,1 Вт. а теплова чутливість шкіри 0,0001. Якщо діяти на вищезгадані зони, можна рефлекторно стимулювати роботу цих органів.