Вопрос 14. Тепловое излучение. Закон Кирхгофа.
Тепловое излучение — это электромагнитное излучение, которое возникает за счет энергии вращательного и колебательного движения атомов и молекул в составе вещества. Тепловое излучение характерно для всех тел, которые имеют температуру, превышающую температуру абсолютного нуля.
Основными количественными характеристиками теплового излучения являются:
— энергетическая светимость — это количество энергии электромагнитного излучения во всем диапазоне длин волн теплового излучения, которое излучается телом во всех направлениях с единицы площади поверхности за единицу времени: R = E/(S·t), [Дж/(м2с)] = [Вт/м2] Энергетическая светимость зависит от природы тела, температуры тела, состояния поверхности тела и длины волны излучения.
— спектральная плотность энергетической светимости — энергетическая светимость тела для данных длин волн (λ + dλ) при данной температуре (T + dT): R
— коэффициент поглощения — отношение поглощенной телом энергии к падающей энергии. Так, если на тело падает излучение потока dФпад, то одна его часть отражается от поверхности тела — dФотр , другая часть проходит в тело и частично превращается в теплоту dФпогл, а третья часть после нескольких внутренних отражений — проходит через тело наружу dФпр : α = dФпогл/dФпад.
Законы теплового излучения
1. Закон Кирхгофа. Тепловое излучение является равновесным — сколько энергии излучается телом, столь ее им и поглощается. Для трех тел, находящихся в замкнутой полости можно записать:
Указанное соотношение будет верным и тогда, когда одно из тел будет АЧ:
Т.к. для АЧТ αλT.
Это закон Кирхгофа: отношение спектральной плотности энергетической светимости тела к его монохроматическому коэффициенту поглощения (при определенной температуре и для определенной длины волны) не зависит от природы тела и равно для всех тел спектральной плотности энергетической светимости при тех же самых температуре и длине волны.
Следствия из закона Кирхгофа:
1. Спектральная энергетическая светимость АЧТ является универсальной функцией длины волны и температуры тела.
2. Спектральная энергетическая светимость АЧТ наибольшая.
3. Спектральная энергетическая светимость произвольного тела равна произведению его коэффициента поглощения на спектральную энергетическую светимость абсолютно черного тела.
4. Любое тело при данной температуре излучает волны той же длины волны, которое оно излучает при данной температуре.
Систематическое изучение спектров ряда элементов позволило Кирхгофу и Бунзену установить однозначную связь между спектрами поглощения и излучения газов и индивидуальностью соответствующих атомов. Так был предложен
Распределение спектральной плотности энергетической светимости для абсолютно черного тела, серого тела, произвольного тела. Последняя кривая имеет несколько максимумов и минимумов, что указывает на избирательность излучения и поглощения таких тел.
Вопрос15. Тепловое излучение. Закон Стефана-Больцмана.
В 1879 году австрийские ученые Йозеф Стефан (экспериментально для произвольного тела) и Людвиг Больцман (теоретически для АЧТ) установили, что общая энергетическая светимость во всем диапазоне длин волн пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры тела:
Чтобы понять, как действует этот закон, представьте себе атом, излучающий свет в недрах Солнца. Свет тут же поглощается другим атомом, излучается им повторно — и таким образом передается по цепочке от атома к атому, благодаря чему вся система находится в состоянии энергетического равновесия. В равновесном состоянии свет строго определенной частоты поглощается одним атомом в одном месте одновременно с испусканием света той же частоты другим атомом в другом месте. В результате интенсивность света каждой длины волны спектра остается неизменной.
Температура внутри Солнца падает по мере удаления от его центра. Поэтому, по мере движения по направлению к поверхности, спектр светового излучения оказывается соответствующим более высоким температурам, чем температура окружающий среды. В результате, при повторном излучении, согласно закону Стефана—Больцмана, оно будет происходить на более низких энергиях и частотах, но при этом, в силу закона сохранения энергии, будет излучаться большее число фотонов. Таким образом, к моменту достижения им поверхности спектральное распределение будет соответствовать температуре поверхности Солнца (около 5 800 К), а не температуре в центре Солнца (около 15 000 000 К). Энергия, поступившая к поверхности Солнца (или к поверхности любого горячего объекта), покидает его в виде излучения. Закон Стефана—Больцмана как раз и говорит нам, какова излученная энергия.
Вопрос 16. Распределение энергии в спектре абсолютно черного тела. Закон Вина.
Тело, способное поглощать полностью при любой температуре все падающее на него излучение любой частоты, называетсяабсолютно черным. Для него поглощательная способность А(ν,T) ≡ 1. Тело, для которого поглощательная способность не зависит от частоты излучения А(ν,T) = А(T) < 1, называетсясерым. К ним принадлежат практически все тела, встречающиеся в природе. Абсолютно черных тел в природе нет, однако такие тела как сажа, черный бархат, платиновая чернь и некоторые другие, в определенном интервале частот полностью поглощают падающее на них излучение и по своим свойствам близки к ним.
Моделью абсолютно черного тела является замкнутая полость с небольшим отверстием О. Луч света, попавший внутрь такой полости через отверстие, многократно отражается от непрозрачных стенок, каждый раз испытывая частичное поглощение, в результате чего интенсивность вышедшего из отверстия излучения оказывается практически равной нулю. Опыт показывает, что независимо от материала стенок такая полость обладает поглощательной способностью А(ν,T) близкой к единице, если размер отверстия меньше 0,1 диаметра полости.
Немецкий физик Вильгельм Вин в 1893 году сформулировал закон, который определяет положение максимума спектральной плотности энергетической светимости тела в спектре излучения АЧТ в зависимости от температуры. Согласно закону, длина волны λmax, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости АЧТ, обратно пропорционален его абсолютной температуре Т: λ
Таким образом, при увеличении температуры изменяется не только полная энергия излучения, но и сама форма кривой распределения спектральной плотности энергетической светимости. Максимум спектральной плотности при увеличении температуры смещается в сторону более коротких длин волн. Поэтому закон Вина называют законом смещения.
Закон Вина применяется в оптической пирометрии — метода определения температуры по спектру излучения сильно нагретых тел, которые отдалены от наблюдателя. Именно этим методом впервые была определена температура Солнца (для 470нм Т=6160К).
Представленные законы не позволяли теоретически найти уравнения распределения спектральной плотности энергетической светимости по длинам волн. Труды Релея и Джинса, в которых ученые исследовали спектральный состав излучения АЧТ на основе законов классической физики, привели к принципиальным трудностям, названных ультрафиолетовой катастрофой. В диапазоне УФ-волн энергетическая светимость АЧТ должна была достигать бесконечности, хотя в опытах она уменьшалась к нулю. Эти результаты противоречили закону сохранения энергии.
Вопрос 17.Квантовая гипотеза и формула Планка.
4. Теория Планка. Немецкий ученый в 1900 году выдвинул гипотезу о том, что тела излучают не непрерывно, а отдельными порциями — квантами. Энергия кванта пропорциональна частоте излучения: E = hν = h·c/λ , где h = 6,63*10-34 Дж·с постоянная Планка.
Руководствуясь представлениями о квантовом излучении АЧТ, он получил уравнение для спектральной плотности энергетической светимости АЧТ:
Эта формула находится в соответствии с опытными данными во всем интервале длин волн при всех температурах.
Количество энергии, которую приносят солнечные лучи за 1с на площадь в 1 кв.м, расположенную за пределами земной атмосферы на высоте 82 км перпендикулярную солнечным лучам называется солнечной постоянной. Она равна 1,4*103 Вт/м2.
Спектральное распределение нормальной плотности потока солнечного излучения совпадает с таким для АЧТ при температуре 6000 градусов. Поэтому Солнце относительно теплового излучения — АЧТ.
Читайте также:
Чернотельное излучение — это… Что такое Чернотельное излучение?
Излучение нагретого чёрного тела в видимом диапазоне
Абсолютно чёрное тело — физическая абстракция, применяемая в термодинамике, тело, поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах и ничего не отражающее. Несмотря на название, абсолютно чёрное тело само может испускать электромагнитное излучение любой частоты и визуально иметь цвет. Спектр излучения абсолютно чёрного тела определяется только его температурой.
Наиболее чёрные реальные вещества, например, сажа, поглощают до 99 % падающего излучения (т. е. имеют альбедо, равное 0,01) в видимом диапазоне длин волн, однако инфракрасное излучение поглощается ими значительно хуже. Среди тел Солнечной системы свойствами абсолютно чёрного тела в наибольшей степени обладает Солнце. Термин был введён Густавом Кирхгофом в 1862.
Практическая модель
Модель абсолютно черного тела
Абсолютно чёрных тел в природе не существует, поэтому в физике для экспериментов используется модель. Она представляет из себя замкнутую полость с небольшим отверстием. Свет, попадающий внутрь сквозь это отверстие, после многократных отражений будет полностью поглощён, и отверстие снаружи будет выглядеть совершенно чёрным. Но при нагревании этой полости у неё появится собственное видимое излучение.
Законы излучения абсолютно чёрного тела
Классический подход
Изучение законов излучения абсолютно чёрного тела явилось одной из предпосылок появления квантовой механики.
Первый закон излучения Вина
В 1893 году Вильгельм Вин, исходя из представлений классической термодинамики, вывел следующую формулу:
- где uν — плотность энергии излучения
- ν — частота излучения
- T — температура излучающего тела
- f — функция, зависящая только от частоты и температуры. Вид этой функции невозможно установить, исходя только из термодинамических соображений.
Первая формула Вина справедлива для всех частот. Любая более конкретная формула (например, закон Планка) должна удовлетворять первой формуле Вина.
Из первой формулы Вина можно вывести закон смещения Вина (закон максимума) и закон Стефана-Больцмана, но нельзя найти значения постоянных, входящих в эти законы.
Исторически именно первый закон Вина назывался законом смещения, но в настоящее время термином «закон смещения Вина» называют закон максимума.
Второй закон излучения Вина
В 1896 году Вин на основе дополнительных предположений вывел второй закон:
- где uν — плотность энергии излучения
- ν — частота излучения
- T — температура излучающего тела
- C1,C2 — константы.
Опыт показывает, что вторая формула Вина справедлива лишь в пределе высоких частот (малых длин волн). Она является частным конкретным случаем первого закона Вина.
Позже Макс Планк показал, что второй закон Вина следует из закона Планка для больших энергий квантов, а также нашёл постоянные C1 и C2. С учётом этого, второй закон Вина можно записать в виде:
Закон Релея — Джинса
Попытка описать излучение абсолютно чёрного тела исходя из классических принципов термодинамики и электродинамики приводит к закону Рэлея — Джинса:
Эта формула предполагает квадратичное возрастание спектральной плотности излучения в зависимости от его частоты. На практике такой закон означал бы невозможность термодинамического равновесия между веществом и излучением, поскольку согласно ему вся тепловая энергия должна была бы перейти в энергию излучения коротковолновой области спектра. Такое гипотетическое явление было названо ультрафиолетовой катастрофой.
Тем не менее закон излучения Рэлея — Джинса справедлив для длинноволновой области спектра и адекватно описывает характер излучения. Объяснить факт такого соответствия можно лишь при использовании квантово-механического подхода, согласно которому излучение происходит дискретно. Исходя из квантовых законов можно получить формулу Планка, которая будет совпадать с формулой Рэлея — Джинса при .
Этот факт является прекрасной иллюстрацией действия принципа соответствия, согласно которому новая физическая теория должна объяснять всё то, что была в состоянии объяснить старая.
Закон Планка
Зависимость мощности излучения чёрного тела от длины волны
Интенсивность излучения абсолютно чёрного тела в зависимости от температуры и частоты определяется законом Планка:
где I(ν)dν — мощность излучения на единицу площади излучающей поверхности в диапазоне частот от ν до ν + dν.
Эквивалентно,
- ,
где u(λ)dλ — мощность излучения на единицу площади излучающей поверхности в диапазоне длин волн от λ до λ + dλ.
Закон Стефана — Больцмана
Общая энергия теплового излучения определяется законом Стефана — Больцмана:
- ,
где j — мощность на единицу площади излучающей поверхности, а
- Вт/(м²·К4) — постоянная Стефана — Больцмана.
Таким образом, абсолютно чёрное тело при T = 100 K излучает 5,67 ватт с квадратного метра своей поверхности. При температуре 1000 К мощность излучения увеличивается до 56,7 киловатт с квадратного метра.
Закон смещения Вина
Длина волны, при которой энергия излучения абсолютно чёрного тела максимальна, определяется законом смещения Вина:
где T — температура в кельвинах, а λmax — длина волны с максимальной интенсивностью в метрах.
Так, если считать в первом приближении, что кожа человека близка по свойствам к абсолютно чёрному телу, то максимум спектра излучения при температуре 36°C (309 К) лежит на длине волны 9400 нм (в инфракрасной области спектра).
Видимый цвет абсолютно чёрных тел с разной температурой представлен на диаграмме.
Чернотельное излучение
Электромагнитное излучение, находящееся в термодинамическом равновесии с абсолютно чёрным телом при данной температуре (например, излучение внутри полости в абсолютно чёрном теле), называется чернотельным (или тепловым равновесным) излучением. Равновесное тепловое излучение однородно, изотропно и неполяризовано, перенос энергии в нём отсутствует, все его характеристики зависят только от температуры абсолютно чёрного тела-излучателя (и, поскольку чернотельное излучение находится в тепловом равновесии с данным телом, эта температура может быть приписана излучению). Объёмная плотность энергии чернотельного излучения равна , его давление равно . Очень близко по своим свойствам к чернотельному так называемое реликтовое излучение, или космический микроволновой фон — заполняющее Вселенную излучение с температурой около 3 К.
Цветность чернотельного излучения
| Температурный интервал в Кельвинах | Цвет |
|---|---|
| до 1000 | Красный |
| 1000—1500 | Оранжевый |
| 1500—2000 | Жёлтый |
| 2000—4000 | Бледно-жёлтый |
| 4000—5500 | Желтовато-белый |
| 5500—7000 | Чисто белый |
| 7000—9000 | Голубовато-белый |
| 9000—15000 | Бело-голубой |
| 15000—∞ | Голубой |
Примечание: Цвета даны в сравнении с рассеянным дневным светом (D65). Реально воспринимаемый цвет может быть искажён адаптацией глаза к условиям освещения.
См. также
Ссылки
Wikimedia Foundation. 2010.
Абсолютно чёрное тело — Традиция
Излучение нагретого чёрного тела в видимом диапазонеАбсолютно чёрное тело — физическая абстракция, применяемая в термодинамике и оптике. Идеализированное тело, поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах и ничего не отражающее. Несмотря на название, абсолютно чёрное тело само может испускать электромагнитное излучение любой частоты и визуально иметь определённый цвет. Спектр излучения абсолютно чёрного тела определяется только его температурой, и не является синонимом чёрного цвета.
Термин «абсолютно чёрное тело» был введён Густавом Кирхгофом в 1862.
Практическая модель[править]
Наиболее чёрные реальные вещества, например, сажа, поглощают до 99 % падающего излучения (т. е. имеют альбедо, равное 0,01) в видимом диапазоне длин волн, однако инфракрасное излучение поглощается ими значительно хуже.2} \)
Эта формула предполагает квадратичное возрастание спектральной плотности излучения в зависимости от его частоты. На практике такой закон означал бы невозможность термодинамического равновесия между веществом и излучением, поскольку согласно ему вся тепловая энергия должна была бы перейти в энергию излучения коротковолновой области спектра. Такое гипотетическое явление было названо ультрафиолетовой катастрофой.
Тем не менее закон излучения Рэлея — Джинса справедлив для длинноволновой области спектра и адекватно описывает характер излучения. Объяснить факт такого соответствия можно лишь при использовании квантово-механического подхода, согласно которому излучение происходит дискретно. Исходя из квантовых законов можно получить формулу Планка, которая будет совпадать с формулой Рэлея — Джинса при \( \nu \rightarrow 0\).
Этот факт является прекрасной иллюстрацией действия принципа соответствия, согласно которому новая физическая теория должна объяснять всё то, что была в состоянии объяснить старая.{-8} $$ Вт/(м²·К4) — постоянная Стефана — Больцмана.
Таким образом, абсолютно чёрное тело при T = 100 K излучает 5,67 ватт с квадратного метра своей поверхности. При температуре 1000 К мощность излучения увеличивается до 56,7 киловатт с квадратного метра.
Закон смещения Вина[править]
Длина волны, при которой энергия излучения абсолютно чёрного тела максимальна, определяется законом смещения Вина: $$\lambda_{\max}=\frac{0{,}0028999}{T}$$
где T — температура в кельвинах, а \(\lambda_{\max}\) — длина волны с максимальной интенсивностью в метрах.
Так, если считать в первом приближении, что кожа человека близка по свойствам к абсолютно чёрному телу, то максимум спектра излучения при температуре 36 °C (309 К) лежит на длине волны 9400 нм (в инфракрасной области спектра).
Видимый цвет абсолютно чёрных тел с разной температурой представлен на диаграмме.
Чернотельное излучение[править]
Электромагнитное излучение, находящееся в термодинамическом равновесии с абсолютно чёрным телом при данной температуре (например, излучение внутри полости в абсолютно чёрном теле), называется чернотельным (или тепловым равновесным) излучением.4\). Очень близко по своим свойствам к чернотельному так называемое реликтовое излучение, или космический микроволновой фон — заполняющее Вселенную излучение с температурой около 3 К.
Цветность чернотельного излучения[править]
Примечание: Цвета даны в сравнении с рассеянным дневным светом (D65). Реально воспринимаемый цвет может быть искажён адаптацией глаза к условиям освещения.
Материал поверхности | Коэффициент излучения |
Глинозем, обработка пламенем | 0.8 |
Алюминиевый лист | 0.09 |
Алюминиевая Фольга | 0.04 |
Алюминий сильно окисленный | 0.2 — 0.31 |
Алюминий полированный | 0.039 — 0.057 |
Алюминий грубой обработки | 0.07 |
Сурьма полированная | 0.28 — 0.31 |
Асфальт | 0.93 |
Базальт | 0.72 |
Бериллий | 0.18 |
Висмут | 0.34 |
Полость черного тела | 1.00 |
Черная оптическая диафрагма | 0.95 |
Черная краска силиконовая | 0.93 |
Черная краска эпоксидная | 0.89 |
Черная краска эмаль | 0.80 |
Медная необработанная пластина | 0.22 |
Латунь полированная | 0.03 |
Латунь окисленная при 600oC | 0.6 |
Красный кирпич | 0.9 |
Кирпич, огнеупорная глина | 0.75 |
Кадмий | 0.02 |
Углерод, не окисленный | 0.81 |
Углеродистая нить | 0.77 |
Поверхность, обработанная прессованием углеродом | 0.98 |
Чугун после плавки | 0.44 |
Чугун, после плавки и тепловой обработки | 0.60 — 0.70 |
Хром полированный | 0.08 — 0.36 |
Бетон | 0.85 |
Бетонные плитки | 0.63 |
Хлопковая ткань | 0.77 |
Слой металла, нанесенный на медь гальваническим способом | 0.03 |
Медь нагретая и покрытая толстым окисным слоем | 0.78 |
Полируемая Медь | 0.023 — 0.052 |
Медно-никелевый сплав полированный | 0.059 |
Стекло | 0.92 |
Стекло, пирекс | 0.85 — 0.95 |
Чистое золото высокой полировки | 0.018 — 0.035 |
Гранит | 0.45 |
Гипс | 0.85 |
Лед | 0.97 |
Инконель окисленный | 0.71 |
Железо полированное | 0.14 — 0.38 |
Железо, пластина покрытая красной ржавчиной | 0.61 |
Железо, темно-серая поверхность | 0.31 |
Железо, грубый слиток | 0.87 — 0.95 |
Ламповая сажа | 0.96 |
Свинец чистый неокисленный | 0.057 — 0.075 |
Свинец окисленный | 0.43 |
Окись Магния | 0.20 — 0.55 |
Магний полированный | 0.07 — 0.13 |
Мрамор белый | 0.95 |
Ртуть жидкая | 0.1 |
Мягкая сталь | 0.20 — 0.32 |
Молибден полированный | 0.05 — 0.18 |
Никель, полированный | 0.072 |
Никель, окисленный | 0.59 — 0.86 |
Провод нихромовый | 0.65 — 0.79 |
Бумага офисная | 0.55 |
Гипс | 0.98 |
Платина, полируемая пластина | 0.054 — 0.104 |
Фарфор глазурованный | 0.92 |
Пластмассы | 0.91 |
Каучук, твердая глянцевая пластина | 0.94 |
Каучук, мягкий | 0.86 |
Песок | 0.76 |
Опилки | 0.75 |
Кремниевый Карбид | 0.83 — 0.96 |
Серебро полированное | 0.02 — 0.03 |
Сталь нержавеющая | 0.85 |
Сталь нержавеющая полированная | 0.075 |
Сталь нержавеющая 301 | 0.54 — 0.63 |
Олово неокисленное | 0.04 |
Титан полированный | 0.19 |
Вольфрам полированный | 0.04 |
Вольфрамовая нить | 0.032 — 0.35 |
Вода | 0.95 — 0.963 |
Дуб | 0.91 |
Абсолютно чёрное тело — Википедия
Излучение нагретого металла в видимом диапазонеАбсолютно чёрное тело — физическое тело, которое при любой температуре поглощает всё падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах[1].
Таким образом, у абсолютно чёрного тела поглощательная способность (отношение поглощённой энергии к энергии падающего излучения) равна 1 для излучения всех частот, направлений распространения и поляризаций[2][3].
Несмотря на название, абсолютно чёрное тело само может испускать электромагнитное излучение любой частоты и визуально иметь цвет. Спектр излучения абсолютно чёрного тела определяется только его температурой.
Важность абсолютно чёрного тела в вопросе о спектре теплового излучения любых (серых и цветных) тел вообще, кроме того, что оно представляет собой наиболее простой нетривиальный случай, состоит ещё и в том, что вопрос о спектре равновесного теплового излучения тел любого цвета и коэффициента отражения сводится методами классической термодинамики к вопросу об излучении абсолютно чёрного тела (и исторически это было уже сделано к концу XIX века, когда проблема излучения абсолютно чёрного тела вышла на первый план).
Близким к единице коэффициентом поглощения обладают сажа и платиновая чернь[3]. Сажа поглощает до 99 % падающего излучения (то есть имеет альбедо, равное 0,01) в видимом диапазоне длин волн, однако инфракрасное излучение поглощается ею значительно хуже. Наиболее чёрное из всех известных веществ — изобретённая в 2014 году субстанция Vantablack, состоящая из параллельно ориентированных углеродных нанотрубок, — поглощает 99,965 % падающего на него излучения в диапазонах видимого света, микроволн и радиоволн.
Среди тел Солнечной системы свойствами абсолютно чёрного тела в наибольшей степени обладает Солнце. Максимум энергии излучения Солнца приходится примерно на длину волны 450 нм, что соответствует температуре наружных слоёв Солнца около 6000 К (если рассматривать Солнце как абсолютно чёрное тело)[4].
Термин «абсолютно чёрное тело» был введён Густавом Кирхгофом в 1862 году.
Практическая модель
Модель абсолютно чёрного телаАбсолютно чёрных тел в природе не существует (чёрная дыра поглощает всё падающее излучение, но её температуру невозможно контролировать), поэтому в физике для экспериментов используется модель. Она представляет собой непрозрачную замкнутую полость с небольшим отверстием, стенки которой имеют одинаковую температуру. Свет, попадающий внутрь сквозь это отверстие, после многократных отражений будет полностью поглощён, и отверстие снаружи будет выглядеть совершенно чёрным[3]. Но при нагревании этой полости у неё появится собственное видимое излучение. Поскольку излучение, испущенное внутренними стенками полости, прежде, чем выйдет (ведь отверстие очень мало), в подавляющей доле случаев претерпит огромное количество новых поглощений и излучений, то можно с уверенностью сказать, что излучение внутри полости находится в термодинамическом равновесии со стенками. (На самом деле, отверстие для этой модели вообще не важно, оно нужно только чтобы подчеркнуть принципиальную наблюдаемость излучения, находящегося внутри; отверстие можно, например, совсем закрыть, и быстро приоткрыть только тогда, когда равновесие уже установилось и проводится измерение).
Законы излучения абсолютно чёрного тела
Классический подход
Изначально к решению проблемы были применены чисто классические методы, которые дали ряд важных и верных результатов, однако полностью решить проблему не позволили, приведя в конечном итоге не только к резкому расхождению с экспериментом, но и ко внутреннему противоречию — так называемой ультрафиолетовой катастрофе.{3}f\left({\frac {\nu }{T}}\right),}
где uν — плотность энергии излучения,
- ν — частота излучения,
- T — температура излучающего тела,
- f — функция, зависящая только от отношения частоты к температуре. Вид этой функции невозможно установить, исходя только из термодинамических соображений.
Первая формула Вина справедлива для всех частот. Любая более конкретная формула (например, закон Планка) должна удовлетворять первой формуле Вина.
Из первой формулы Вина можно вывести закон смещения Вина (закон максимума) и закон Стефана — Больцмана, но нельзя найти значения постоянных, входящих в эти законы.
Исторически именно первый закон Вина назывался законом смещения, но в настоящее время термином «закон смещения Вина» называют закон максимума.
Второй закон излучения Вина
В 1896 году Вин на основе дополнительных предположений вывел второй закон:
- uν=C1ν3e−C2ν
Защита от радиации | Радиационная защита
Радиация — это часть нашей жизни. Фоновое излучение Фоновое излучение Излучение, которое всегда присутствует в окружающей среде. Большая часть фонового излучения возникает естественным путем, а небольшая его часть исходит от антропогенных элементов. В основном это природные минералы, которые постоянно окружают нас. К счастью, существует очень мало ситуаций, когда средний человек подвергается воздействию неконтролируемых источников излучения выше фонового.Тем не менее, разумно быть готовым и знать, что делать в случае возникновения такой ситуации.
Один из лучших способов подготовиться — это понять принципы радиационной защиты: время, расстояние и экранирование. Во время радиологической аварийной ситуации (выброс большого количества радиоактивных материалов в окружающую среду) мы можем использовать эти принципы, чтобы защитить себя и свои семьи.
На этой странице:
Время, расстояние и защита
Время, расстояние и экранирование минимизируют ваше воздействие радиации почти так же, как они защищают вас от чрезмерного воздействия солнца:
Начало страницы
Радиационные аварии
В случае крупномасштабного радиологического выброса, такого как авария на атомной электростанции или террористический акт, следующие рекомендации были проверены и доказали, что обеспечивают максимальную защиту.
В случае радиационной аварийной ситуации вы можете принять меры, чтобы защитить себя, своих близких и домашних животных: Get Inside , Stay Inside и Оставайтесь с нами . Следуйте советам спасателей и официальных лиц.
Попасть внутрь
В случае радиационной аварийной ситуации вас могут попросить войти в здание и на время укрыться.
Остаться внутри
Пребывание в помещении снижает воздействие радиации.
- Закройте окна и двери.
- Примите душ или протрите незащищенные части тела влажной тканью.
- Пейте воду в бутылках и ешьте пищу в закрытых емкостях.
Оставайтесь с нами
Сотрудники по чрезвычайным ситуациям обучены тому, как реагировать на чрезвычайные ситуации, и будут предлагать конкретные действия, которые помогут обезопасить людей.
- Получайте самую свежую информацию с радио, телевидения, Интернета, мобильных устройств и т. Д.
- Должностные лица по чрезвычайным ситуациям предоставят информацию о том, куда обратиться для проверки на заражение.
Куда обращаться в случае радиационной аварии
Просмотрите видеоролик Центра по контролю и профилактике заболеваний «Куда обращаться в радиационной аварийной ситуации» ниже или посетите веб-сайт CDC Radiation Emergencies для получения дополнительной информации.
Начало страницы
Ресурсы
Узнайте больше о защите от радиации:
Если вы идентифицируете радиоактивный источник или вступаете в контакт с ним, найдите и свяжитесь с вашим государственным офисом радиационного контроля.Выход
Начало страницы
Влияние ядерной и ионизирующей радиации на здоровье
Введение
В этом уроке мы рассмотрим, как ядерная радиация может навредить нам. Мы узнаем о лучевой болезни и риске рака, а также о том, как можно измерить количество радиации, которому вы подверглись.
График, показывающий различные эффекты ядерной радиации для здоровья.Вы получаете большие дозы, только если что-то пойдет не так
Вы получите большие дозы радиации только в результате аварии или ядерного взрыва.Огромные дозы убивают так много клеток, что вы быстро умираете. Если радиация сама по себе не убивает вас, она все равно очень сильно болеет. Вы можете легче заразиться инфекциями, и они могут вас убить.
Анимация, изображающая разлив ядерной бомбы, что является одним из немногих способов получить большую дозу радиации.Дозы для всего тела и местные
Большая доза наиболее опасна, если она распространяется по всему телу, потому что она повреждает очень много клеток. Такая же доза, сконцентрированная на небольшом участке, может вызвать местные ожоги, но не убьет вас.Вы даже не заметите небольшую дозу, но она увеличит риск заболеть раком в дальнейшей жизни.
Анимация, объясняющая разницу между дозой облучения всего тела и локальной дозой облучения.Радиация повреждает клетки, делящиеся
Радиация больше всего повреждает быстро делящиеся клетки. Вот почему он убивает раковые клетки, а также вызывает выпадение волос.
Анимация, представляющая деление раковых клеток.Какой вид ядерного излучения наиболее опасен?
Альфа-излучение наиболее опасно внутри организма, потому что оно вызывает сильную ионизацию в небольшом объеме.Помните, что вы не можете дышать радиацией, но вы можете вдыхать вещество, излучающее радиацию. Если вы вдыхаете альфа-излучатель, альфа-излучение может повредить ваши легкие.
Гамма-излучение вне тела наиболее опасно, потому что его трудно защитить, даже если оно вызывает небольшую ионизацию при попадании в вас.
Как радиация повреждает наши клетки
Радиация вредит нам, потому что передает свою энергию нашим клеткам, повреждая их. Сами частицы не «ядовиты».Альфа- и бета-частицы отдают свою энергию и затем остаются в нашем теле, как безвредная субатомная пыль.
Анимация, показывающая, как альфа-частицы передают свою энергию клеткам, прежде чем остановиться.Гамма-излучение исчезает, когда мы его поглощаем. Это энергия остается, и это может заставить электроны в наших клетках быстро двигаться.
Количество задействованной энергии очень мало. Чайная ложка кипятка вызовет неприятный ожог.
Анимация чайной ложки кипящей воды для представления энергетического содержания потенциально смертельной дозы радиации.Но того же количества энергии, доставленной гамма-излучением, достаточно, чтобы убить вас. Ядерное излучение настолько опасно, потому что оно может повредить наиболее чувствительные части клеток глубоко в вашем теле.
От чего зависит энергия дозы облучения?
Повреждение , которое наносит излучение, зависит от типа излучения, но количество поглощенной энергии не зависит.
Моделирование, в котором вы можете изменить энергию, интенсивность и тип излучения и увидеть влияние на дозу энергии.Вы поглощаете больше энергии, если подвергаетесь длительному воздействию или если источник больше, поэтому он излучает больше излучения в секунду. Вы также будете поглощать больше энергии, чем выше энергия каждой частицы.
Бета-частица намного быстрее альфа-частицы той же энергии
Масса альфа-частицы примерно в 7000 раз больше массы бета-частицы. Это означает, что он должен двигаться намного медленнее, чтобы иметь ту же кинетическую энергию, что и бета-частица той же энергии.
Гамма-луч — это вид невидимого света высокой энергии, поэтому он распространяется со скоростью света.Чем выше энергия гамма-излучения, тем короче его длина волны и выше его частота, но его скорость не меняется.
Но именно энергии частиц важны при вычислении вашей дозы энергии, а не их скорости движения.
Энергия альфа- и бета-частиц
Альфа-частицы из одного источника имеют одинаковую энергию. Другими словами, все они движутся с одинаковой скоростью. Некоторые источники производят альфы с большей энергией, чем другие.
Бета-частицы из заданного источника имеют непрерывный спектр энергий. Другими словами, скорость является случайной, от очень низкой до максимальной, которая зависит от источника. Различные источники бета-излучения имеют разные пиковые энергии.
Это была настоящая загадка для ученых начала двадцатого века, но была решена благодаря блестящей творческой мысли одного из основоположников квантовой теории Вольфганга Паули.
Повреждение ДНК альфа, бета и гамма
Если вы подвергаетесь воздействию одной и той же дозы гамма- или бета-излучения, они причиняют примерно такой же вред.Но такое количество энергии, доставляемой альфа-частицами, может быть в 20 раз более опасным.
Здесь используется моделирование, чтобы увидеть относительный биологический ущерб, причиненный различными типами излучения.Радиация наиболее вредна, если она повреждает ДНК в наших клетках. Излучение может напрямую повредить ДНК или произвести очень реактивные молекулы, называемые свободными радикалами, которые могут нанести еще больший ущерб.
Анимация, показывающая различные способы, которыми альфа (или бета) частица может напрямую повредить ДНК.Анимация, показывающая, как альфа (или бета) частица может повредить ДНК, образуя свободные радикалы.Повреждение ДНК вызывает долгосрочные и краткосрочные проблемы
молекул ДНК содержат структуру для создания белков. Белки — это действующие лица, которые ДЕЛАЮТ все, что нам нужно, чтобы выжить. Ферменты, гормоны и антитела — все это примеры белков. Если ДНК повреждена, мы не сможем производить нужные нам белки и быстро заболеем.
Различные части вашей ДНК сообщают клеткам, когда делиться, когда не делиться или совершить самоубийство, если ДНК слишком сильно повреждена.Если сами эти части ДНК повреждаются, деление клеток может выйти из-под контроля и образуется раковая опухоль, как правило, много лет спустя.
ДНКпостоянно повреждается естественным образом, но мы разработали способы устранения повреждений. Если одна и та же клетка сильно повреждена, ДНК не может быть восстановлена правильно. Вот почему альфа-излучение намного опаснее, чем такое же количество бета- или гамма-излучения.
Насколько близко друг к другу происходят ионизации, это ключ к ущербу, нанесенному ДНК
Альфа и бета разрывают одинаковое количество атомов на биты, если они оба имеют одинаковое количество энергии, которую они могут потерять.Но ионизации от бета (и гамма) будут довольно сильно рассредоточены, тогда как ионизации от альфа будут близко друг к другу.
Это означает, что альфа может сильно повредить ДНК одной клетки, тогда как гамма и бета повреждают ДНК многих клеток немного. Когда мы говорим, что альфа-излучение «сильно ионизирует», мы имеем в виду, что ионизации близки друг к другу, а не то, что их больше.
Гамма-излучение имеет тенденцию косвенно вызывать ионизацию.
Зиверт как единица поглощенной дозы
Итак, доза излучения, которую мы получаем, зависит от количества поглощаемой энергии и типа излучения.
Мы измеряем дозу облучения с помощью единицы, называемой «зиверт» (Зв). Он назван в честь шведского физика середины 20 века Рольфа Максимилиана Зиверта.
Рисунок Ральфа Максимилиана Зиверта как введение в единицу биологической эквивалентной дозы (или иногда просто «дозу»).Фоновое излучение дает нам дозу в несколько тысячных зиверта каждый год. Тысячная зиверта называется миллизивертом (мЗв).
Насколько гамма-излучение увеличивает риск рака?
Давайте подумаем, насколько возрастет риск рака для группы из 400 человек, когда они будут подвергаться воздействию различных доз гамма-излучения.
Мероприятие, где вы можете изменить дозу гамма-излучения и посмотреть, что происходит с пожизненным риском рака.Ожидается, что в течение жизни около 170 из них заболеют каким-либо видом рака. Эти виды рака могут быть вызваны множеством разных причин: неправильным питанием, курением, вирусом, генетической особенностью или просто случайностью.
Рак убивает только некоторых людей. Так что мы не будем думать о реальных случаях смерти от рака.
Доза в 20 миллизивертов — это максимальная доза, которую люди, работающие с радиацией, могут получать каждый год.Примерно один дополнительный человек заболеет раком, когда все 400 человек получат эту дозу.
Рак, вызванный радиацией, выглядит так же, как рак, вызванный другими причинами, поэтому вы не можете сказать, кем был этот лишний человек.
100 мЗв — это доза гамма-излучения, полученная любым человеком, живущим на расстоянии около 2 км от атомной бомбы, сброшенной на Нагасаки. Около 4 дополнительных человек из 400 заболеют раком при такой дозе.
По мере увеличения дозы выше 100 миллизивертов доля тех, кто заболевает раком в более позднем возрасте, увеличивается.
Лучевая болезнь
Рак — это долговременное воздействие. Выше 200 миллизивертов начинаются краткосрочные эффекты.
Сначала количество красных кровяных телец начинает падать из-за повреждения костного мозга. Вы не заметите маленькой капли, но большая заставит вас чувствовать усталость, головокружение и одышку.
Анимация, показывающая уменьшение количества эритроцитов после большой дозы радиации.Если вы пойдете в больницу, вам могут сделать компьютерную томографию (компьютерную аксиальную томографию).Он использует высокую дозу рентгеновского излучения — примерно в 10 раз большую дозу гамма-излучения, которую вы получили бы от фона за год. Это около 0,01 зиверта (10 миллизивертов).
При значении более 0,5 зиверта (500 миллизивертов) некоторые люди начинают чувствовать себя плохо. Иммунная система также страдает, поэтому повышается риск заражения.
Мероприятие, где вы можете изменить дозу облучения и увидеть, какие последствия для здоровья вы увидите.При уровне выше 1 зиверта небольшая часть людей может умереть, если не получить медицинскую помощь.
Каждый, кто подвергся воздействию 2,5 зивертов, почувствует себя плохо и почти треть умрет без лечения.
Радиация выше 3 зивертов вызывает внутреннее кровотечение, которое помогает убить тех, кто уже ослаблен болезнями и инфекциями.
По 6 зивертов почти все либо мертвы, либо серьезно больны внутренним кровотечением.
При дозе более 7 зивертов все умрут в течение двух недель, и это время сокращается по мере дальнейшего увеличения дозы.
Лучевая болезнь неизбежна, рак — случайный случай
Лучевая болезнь возникает быстро, часто в течение нескольких часов после облучения.Рак возникает через много месяцев, лет или десятилетий.
Есть еще одно важное отличие. Последствия лучевой болезни очевидны. Выше 3 зивертов всем плохо. Чем выше доза, тем хуже вы себя чувствуете.
Активность Используется здесь для обозначения минимальной дозы радиации, при которой вы быстро заметите последствия для здоровья.Рак не уверен: это случайность. Вы можете подвергнуться воздействию очень высокой дозы и не заболеть раком. Чем выше доза, тем ВЕРОЯТНО, что вы заболели раком.Но более высокая доза не приведет к «худшему» раку.
Есть еще несколько спорных способов, которыми радиация может причинить вам вред.
Защита от ядерного излучения: расстояние, экранирование, время
Мы видели, как радиация может навредить нам. А теперь давайте кратко рассмотрим, как мы можем защитить себя от радиации.
Если вы не находитесь вблизи серьезной ядерной аварии или ядерного взрыва, вы никогда не заболеете лучевой болезнью. В крайне маловероятном случае, если вы находитесь рядом с одним из этих событий, вы можете предпринять некоторые меры, чтобы снизить свой риск.
Анимация ядерного взрыва как часть краткого обзора того, что вы можете сделать, чтобы защитить себя от ядерных осадков.Первое, что нужно запомнить, это то, что радиация не распространяется далеко, а радиоактивная пыль — путешествует. Так что держитесь дома подальше от пыли.
Во-вторых, даже гамма-лучи в некоторой степени задерживаются кирпичом и землей. Так что оставайся в подвале, если он у тебя есть.
В-третьих, самые радиоактивные вещества существуют в течение кратчайшего времени.Подождите несколько дней, прежде чем покинуть дом, чтобы они перестали быть радиоактивными.
Радиоактивный йод и рак щитовидной железы
В результате ядерной аварии или взрыва может образоваться много радиоактивного йода, который может отравить пищу и попасть в организм. Йод накапливается в щитовидной железе, что может вызвать рак щитовидной железы.
Анимация, показывающая, как йод может защитить вас от рака щитовидной железы.Вы можете «наполнить» свою щитовидную железу нерадиоактивным йодом, приняв таблетки йодида калия.Это предотвратит поглощение радиоактивным йодом щитовидной железой, потому что она уже поглотила столько, сколько может.
Радиационная защита для малых доз
Эти меры предосторожности относятся только к тяжелым авариям. Большая часть радиационной защиты предназначена для людей, которые работают с ней каждый день. или, например, врачи и пациенты должны быть защищены от излучения, используемого в медицине.
Принципы аналогичны: держитесь на расстоянии, используйте экранирование и ограничивайте время воздействия.
За каждым, кто может подвергнуться радиационному воздействию в рамках своей работы, внимательно следят, чтобы убедиться, что он не получает слишком много.
Вернуться к сводке по радиоактивности и объяснениям по атомной физике
Вредное воздействие радиочастотного излучения уже доказано
Еще до того, как 5G было предложено, десятки петиций и апелляций [7] от международных ученых, в том числе Фрайбургский призыв, подписанный более чем 3000 врачей, призывали остановить распространение беспроводных технологий и ввести мораторий на новые базовые станции. [8]
5G — Система обнаружения целей — Допрос на поле боя — Фазированная решетка — Маскировка — Радарная система — Важно понимать, что делает 5G и что они говорят.Технология 5G может варить вам глаза, как яйца — Система управления контролем. Вы все должны понимать, что это военное оружие.
Научные исследования
Россия-Регламент Wi-Fi 182641315-RNCNIRP 19-06-12
В 2015 году 215 ученых из 41 страны сообщили о своей тревоге Организации Объединенных Наций (ООН) и Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ). [9] Они заявили, что «многочисленные недавние научные публикации показали, что ЭМП [электромагнитные поля] воздействуют на живые организмы на уровнях, значительно ниже большинства международных и национальных рекомендаций».Тысячи и тысячи рассмотренных выше научных исследований демонстрируют вред для здоровья человека от радиочастотного излучения. Эффекты включают:
Эффекты у детей включают аутизм, [28] синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ) [29] [30] и астму. [31]
Ущерб выходит далеко за пределы человеческого рода, поскольку существует множество доказательств причинения вреда разнообразным растениям и дикой природе [32] [33] и лабораторным животным, в том числе:
Также были зарегистрированы отрицательные микробиологические эффекты [48] .
Международная организация ВОЗ Агентство по изучению рака (IARC) в 2011 году пришло к выводу, что радиочастотное излучение частот 30 кГц — 300 ГГц, возможно, канцерогены для человека (Группа 2B). [49] Однако недавние данные, включая последние исследования использования сотовых телефонов и рисков рака мозга, показывают, что радиочастотное излучение является канцерогенным для человека [50] и теперь должно быть классифицировано как «канцероген группы 1» наряду с с табачным дымом и асбестом.
Большинство современных беспроводных сигналов имеют импульсную модуляцию.Вред наносят как высокочастотная несущая волна, так и низкочастотные пульсации. [51]
Развертывание спутников 5G должно быть запрещено
Земля, ионосфера и нижние слои атмосферы образуют глобальную электрическую цепь [52] , в которой мы живем. Хорошо известно, что биологические ритмы — человека, [53] [54] птиц, [55] хомяков, [56] и [57] [58] пауков — контролируется естественной электромагнитной средой Земли и что благополучие всех организмов зависит от стабильности этого окружающей среды, включая электрические свойства атмосферы. [59] [60] [61] [62] Cherry, в новаторской статье [63] объяснил важность резонансов Шумана [64] и почему ионосферные нарушения могут влиять на кровяное давление и мелатонин и вызывают «рак, репродуктивные, сердечные и неврологические заболевания и смерть».
Эти элементы нашей электромагнитной среды уже были изменены излучением линий электропередач. Гармоническое излучение линии электропередачи [65] достигает ионосферы и магнитосферы Земли, где оно усиливается за счет взаимодействия волны с частицами. [66] [67] В 1985 году доктор Роберт О. Беккер предупредил, что гармоническое излучение линии электропередачи уже изменили структуру магнитосферы, и что продолжающееся расширение этого эффекта «угрожает жизнеспособности всего живого. на земле». [68] Размещение десятков тысяч спутников непосредственно в обоих ионосфера и магнитосфера, излучающие модулированные сигналы на миллионах ватт и миллионы частот, вероятно, изменит нашу электромагнитная среда за пределами нашей способности адаптироваться. [69]
Неофициальный мониторинг уже предоставил доказательства серьезного воздействия на людей и животных примерно 100 спутников, которые с 1998 года обеспечивали телефонную связь 2G и 3G с низкой орбиты. Такое воздействие нельзя понять только с учетом низких уровней радиации на земле . Необходимо учитывать знания из других соответствующих научных дисциплин, в том числе из области физики атмосферы и акупунктуры. [70] [71] [72] [73] Добавление 20000 спутников 5G еще больше загрязнит глобальную электрическую цепь [74] [75] и может изменить резонансы Шумана, [76] , с которыми вся жизнь на Земля эволюционировала.Эффекты будут универсальными и могут быть очень разрушительными.
Излучение сотового телефона вызывает утечку гемоглобина из красных кровяных телец5G качественно и количественно отличается от 4G
Идея о том, что мы будем терпеть в десятки и сотни раз больше излучения миллиметрового диапазона, основана на ошибочном моделировании человеческого тела как оболочки, заполненной однородной жидкостью. [77] [78] Предположение о том, что миллиметровые волны не проникают за пределы кожи, полностью игнорирует нервы, [79] кровеносные сосуды [80] [81] и другие электропроводящие структуры, которые могут проводить токи, индуцированные излучением глубоко в тело. [82] [83] [84] Другая, потенциально более серьезная ошибка заключается в том, что фазированные решетки не работают. обычные антенны. Когда обычное электромагнитное поле попадает в тело, оно заставляет заряды двигаться и течь токи. Но когда чрезвычайно в организм попадают короткие электромагнитные импульсы, происходит еще кое-что: движущиеся заряды сами становятся маленькими антеннами, которые переизлучают электромагнитное поле и отправить его глубже в тело. Эти переизлученные волны называются предвестниками Бриллюэна. [85] Они становятся значительными, когда мощность или фаза волн меняются достаточно быстро. [86] 5G, вероятно, будет удовлетворять обоим критериям.
.