Применение теплового излучения реферат

Обновлено: 02.07.2024

В тепловое излучение Это энергия, передаваемая телом благодаря его температуре и в инфракрасных длинах волн электромагнитного спектра. Все тела без исключения излучают инфракрасное излучение, независимо от того, насколько низка их температура.

Бывает, что, когда они находятся в ускоренном движении, электрически заряженные частицы колеблются и благодаря своей кинетической энергии непрерывно излучают электромагнитные волны.

Единственный способ, которым тело не испускает теплового излучения, - это полное покой его частиц. Таким образом, его температура будет равна 0 по шкале Кельвина, но снижение температуры объекта до такой точки - это то, что еще не достигнуто.

Свойства теплового излучения

Примечательным свойством, которое отличает этот механизм теплопередачи от других, является то, что для его создания не требуется материальная среда. Таким образом, энергия, излучаемая Солнцем, например, проходит 150 миллионов километров в космосе и непрерывно достигает Земли.

Существует математическая модель, чтобы узнать количество тепловой энергии, которую излучает объект в единицу времени:

Это уравнение известно под названием закона Стефана, и появляются следующие величины:

–Тепловая энергия в единицу временип, которая известна как мощность, а единицей измерения в Международной системе единиц является ватт или ватт (Вт).

-The Поверхностная область объекта, излучающего тепло К, в квадратных метрах.

-Постоянная, звонок Константа Стефана-Больцмана, обозначаемый σ и значение которого составляет 5,66963 x10 -8 Вт / м 2 K 4 ,

-The излучательная способность (также называетсяэмиссия) объекта а также, безразмерная величина (без единиц измерения), значение которой находится в диапазоне от 0 до 1. Это связано с природой материала: например, зеркало имеет низкий коэффициент излучения, а очень темное тело имеет высокий коэффициент излучения.

-И наконец температураТ в кельвинах.

Примеры теплового излучения

Согласно закону Стефана, скорость, с которой объект излучает энергию, пропорциональна площади, излучательной способности и четвертой степени температуры.

Поскольку скорость излучения тепловой энергии зависит от четвертой степени Т, ясно, что небольшие изменения температуры будут иметь огромное влияние на испускаемое излучение. Например, если температура увеличится вдвое, излучение увеличится в 16 раз.

Частный случай закона Стефана - идеальный радиатор, полностью непрозрачный объект, называемый черное тело, коэффициент излучения которого равен 1. В этом случае закон Стефана выглядит так:

Бывает, что закон Стефана - это математическая модель, которая примерно описывает излучение, испускаемое любым объектом, поскольку считает коэффициент излучения постоянной.Коэффициент излучения фактически зависит от длины волны излучаемого излучения, качества поверхности и других факторов.

При рассмотрении а также как константа и применяется закон Стефана, как указано в начале, то объект называется серое тело.

Значения коэффициента излучения для некоторых веществ, считающихся серым телом, следующие:

-Полированный алюминий 0,05

-Черный карбон 0,95

-Человеческая кожа любого цвета 0.97

-Медь от 0,015 до 0,025

-Сталь от 0,06 до 0,25

Тепловое излучение Солнца

Наглядным примером объекта, излучающего тепловое излучение, является Солнце. По оценкам, каждую секунду примерно 1370 Дж энергии в форме электромагнитного излучения достигает Земли от Солнца.

Это значение известно как солнечная постоянная И у каждой планеты есть по одному, что зависит от ее среднего расстояния от Солнца.

Это излучение проходит перпендикулярно через каждые m 2 атмосферных слоев и находится распределенным в разных длинах волн.

Почти все они поступают в виде видимого света, но большая часть приходит в виде инфракрасного излучения, которое мы воспринимаем как тепло, а некоторые также как ультрафиолетовые лучи. Это большое количество энергии, достаточное для удовлетворения потребностей планеты, чтобы уловить ее и использовать должным образом.

С точки зрения длины волны, это диапазоны, в которых находится солнечное излучение, достигающее Земли:

–Инфракрасный, которое мы воспринимаем как тепло: 100 - 0,7 мкм *

–Видимый свет, от 0,7 до 0,4 мкм

–Ультрафиолетовый, менее 0,4 мкм

* 1 мкм = 1 микрометр или одна миллионная метра.

Закон Вина

На изображении ниже показано распределение излучения по длине волны для различных температур. Распределение подчиняется закону смещения Вина, согласно которому длина волны максимального излучения λМаксимум обратно пропорциональна температуре T в кельвинах:

λМаксимум Т = 2 898. 10 −3 m⋅K

Как мы уже видели, Солнце имеет температуру поверхности приблизительно 5700 К и излучает в основном более короткие волны. Кривая, которая наиболее близко соответствует кривой Солнца, - это кривая 5000 К, синяя и, конечно же, имеет максимум в диапазоне видимого света. Но он также излучает значительную часть инфракрасного и ультрафиолетового излучения.

Применение теплового излучения

Солнечная энергия

Большое количество энергии, излучаемой Солнцем, может храниться в устройствах, называемых коллекционеры, а затем преобразовать ее и использовать как электрическую энергию.

Инфракрасные камеры

Это камеры, которые, как следует из названия, работают в инфракрасной области, а не в видимом свете, как обычные камеры. Они используют тот факт, что все тела испускают тепловое излучение в большей или меньшей степени в зависимости от их температуры.

Пирометрия

Если температуры очень высокие, измерять их ртутным термометром - не лучший вариант. Для этого пирометры, с помощью которого определяется температура объекта, зная его коэффициент излучения, благодаря излучению электромагнитного сигнала.

Астрономия

Звездный свет очень хорошо моделируется с помощью приближения черного тела, как и вся Вселенная. Со своей стороны, закон Вина часто используется в астрономии для определения температуры звезд в соответствии с длиной волны излучаемого ими света.

Военная промышленность

Ракеты направляются на цель с помощью инфракрасных сигналов, которые стремятся обнаружить самые горячие участки в самолетах, такие как, например, двигатели.

Нагретые тела излучают электромагнитные волны. Это излучение осуществляется за счет преобразования энергии теплового движения частиц тела в энергию излучения.

Электромагнитное излучение тела, находящегося в состоянии термодинамического равновесия, называют тепловым (температурным) излучением. Иногда под тепловым излучением понимают не только равновесное, но также и неравновесное излучение тел, обусловленное их нагреванием.

Такое равновесное излучение осуществляется, например, если излучающее тело находится внутри замкнутой полости с непрозрачными стенками, температура которых равна температуре тела.

В теплоизолированной системе тел, находящихся при одной и той же температуре, теплообмен между телами путем испускания и поглощения теплового излучения не может привести к нарушению термодинамического равновесия системы, так как это противоречило бы, второму началу термодинамики.

Поэтому для теплового излучения тел должно выполняться правило Прево: если два тела при одной и той же температуре поглощают разные количества энергии, то и их тепловое излучение при этой температуре должно быть различным.

Лучеиспускательной (излучательной) способностью или спектральной плотностью энергетической светимости тела называют величину Еn,т, численно равную поверхностной плотности мощности теплового излучения тела и интервале частот единичной ширины:

где dW - энергии теплового излучения с единицы площади поверхности тела за единицу времени в интервале частот от v до v + dr.

Лучеиспускательная способность Еn,т, является спектральной характеристикой теплового излучения тела. Она зависит от частоты v, абсолютной температуры Т тела, а также от его материала, формы и состояния поверхности. В системе СИ Еn,т, измеряется в дж/м2.

Поглощательной способностью или монохроматическим коэффициентом поглощения тела называют величину Аn,т, показывающую, какая доля энергии dWпад, доставляемой за единицу времени на единицу площади поверхности тела падающими на нее электромагнитными волнами с частотами от v до v+dv, поглощается телом:

Аn,т - величина безразмерная. Она зависит, помимо частоты излучения и температуры тела, от его материала, формы и состояния поверхности.

Тело называется абсолютно черным, если оно при любой температуре полностью поглощает все падающие на него электромагнитные полны: Аn,т черн = 1.

Реальные тела не являются абсолютно черными, однако некоторые из них по оптическим свойствам близки к абсолютно черному телу (сажа, платиновая чернь, черный бархат в области видимого света имеют Аn,т, мало отличающиеся от единицы)

Тело называют серым ,если его поглощательная способность одинакова для всех частот n и зависит только от температуры, материала и состояния поверхности тела


Между лучеиспускательной Еn,т и поглощательной Аn,т способностями любого непрозрачного тела существует соотношение (закон Киргофа в дифференциальной форме):

Для произвольной частоты и температуры отношение лучеиспускательной способности тела к его поглощательной способности одинаково для всех тел и равно лучеиспускательной способности en,т абсолютно черного тела, являющейся функцией только частоты и температуры (функция Кирхгофа Еn,т = Аn,тen,т = 0).

Интегральная излучательная способность (энергетическая светимость) тела:

представляет собой поверхностную плотность мощности теплового излучения тела, т.е. энергию излучения всех возможных частот, испускаемого с единицы поверхности тела за единицу времени.

Интегральная излучательная способность eТ абсолютно черного тела:

2. Законы излучения абсолютно черного тела

Законы излучения абсолютно черного тела устанавливают зависимость eТ и en,Т от частоты и температуры.

Закон Cmeфана — Болъцмапа:

Величина σ- универсальная постоянная Стефана -Больцмана, равная 5,67 -10-8 вт/м2*град4.

Распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела, т. е. зависимость en,Т, от частоты при различных температурах, имеет вид, изображенный на рисунке:



где с - скорость света в вакууме, af(v/T) - универсальная функция отношения частоты излучения абсолютно черного тела к его температуре.

Частота излучения nмакс, соответствующая максимальному значению лучеиспускательной способности en,Т абсолютно черного тела, согласно закону Вина равна

где b1 - постоянная величина, зависящая от вида функции f(n/T).

Закон смещения Buнa: частота, соответствующая максимальному значению лучеиспускательной способности en,Т абсолютно черного тела, прямо пропорциональна его абсолютной температуре.

С энергетической точки зрения черное излучение эквивалентно излучению системы бесконечно большого числа не взаимодействующих гармонических осцилляторов, называемых радиационными осцилляторами. Если ε(ν) – средняя энергия радиационного осциллятора с собственной частотой ν, то

ν= и

Согласно классическому закону о равномерном распределении энергии по степеням свободы ε(ν) = kT, где k постоянная Больцмана, и


Это соотношение называют формулой Релея-Джинса. В области больших частот она приводит к резкому расхождению с опытом, носящему название «ультра-Фиолетовой катастрофы: en,Т монотонно возрастает с ростом частоты, не имея максимума, а интегральная лучеиспускательная способность абсолютно черного тела обращается в бесконечность.

Причина вышеуказанных трудностей, возникших при отыскании вида функции Кирхгофа en,Т, связана с одним из основных положений классической физики, согласно которому энергия любой системы может изменяться непрерывно, т. е. может принимать любые сколь угодно близкие значения.

По квантовой теории Планка энергия радиационного осциллятора с собственной частотой v может принимать лишь определенные дискретные (квантованные) значения, отличающиеся на целое число элементарных порций — квантов энергии:


h = б,625-10-34 дж*сек — постоянная Планка (квант действия). В соответствии с этим излучение и поглощение энергии частицами излучающего тела (атомами, молекулами или ионами), обменивающимися энергией с радиационными осцилляторами, должно происходить, не непрерывно, а дискретно - отдельными порциями (квантами).

3. Понятие об оптической пирометрии

Оптической пирометрией называется совокупность методов измерения высоких температур, основанных на использовании зависимости между температурой и лучеиспускательной способностью (интегральной и спектральной) для исследуемого тела. Применяемые для этой цели приборы называют пирометрами излучения.

В радиационных пирометрах регистрируется интегральное излучение исследуемого нагретого тела, а в оптических пирометрах — его излучение в одном или двух узких участках спектра.

Применение пирометров излучения для измерения температуры твердых, жидких или газообразных тел возможно, лишь если с достаточной степенью точности можно считать, что эти тела находятся в состоянии термодинамического равновесия (или в состояниях, достаточно близких к равновесному).

Радиационной температурой Тр данного тела называют температуру такого черного тела, суммарное излучение которого совпадает с излучением исследуемого тела. Истинная температура тела:

Общая характеристика инфракрасного излучения как вида распространения тепла, открытого в 1800 году английским астрономом У. Гершелем. Применение теплового излучения и его влияние на организм человека. Определение вреда и пользы инфракрасных лучей.

Рубрика Экология и охрана природы
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 14.05.2016
Размер файла 21,3 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова

Реферат

по предмету: Медико-биологические основы безопасности

на тему: Инфракрасные излучения, их применение и влияние на человека

Протасова Ольга Васильевна

г. Архангельск 2015

1. История открытия и общая характеристика инфракрасного излучения

2. Применение инфракрасного излучения

3. Влияние инфракрасного излучения на организм человека

Когда началась техногенная эра, человечество все больше и больше начало сталкиваться с различными видами излучений. И, соответственно, все больше людей начало узнавать о различных видах излучений: радиоактивное, ультрафиолетовое, инфракрасное, рентгеновское, магнитное и электромагнитное излучение в целом. Стали общедоступные сведения об использовании излучений в промышленности. К сожалению, решающими факторами в образовании репутации различных излучений сыграло их влияние на здоровье. Причем, как правило, информационный бум возникал только после очередной технологической катастрофы (Чернобыль). В связи с этим у многих людей сложилось устойчивое мнение о вреде всякого рода излучений. Конечно, во многих случаях эти люди правы, радиоактивное излучение, например, действительно опасно для нашего организма, и его следует всячески избегать. Но, это утверждение не может быть справедливо для всех видов излучений.

Инфракрасное излучение или тепловое излучение -- это вид распространения тепла. Это то же самое тепло, которое мы чувствуем от горячей печки, солнца или от батареи центрального отопления. Оно не имеет ничего общего ни с ультрафиолетовым излучением, ни с рентгеновским.

В данной работе более подробно рассмотрим предполагаемый вред и пользу инфракрасного излучения.

1. История открытия и общая характеристика инфракрасного излучения

Инфракрасное излучение или инфракрасные лучи, это электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны 0,74 мкм) и коротковолновым радиоизлучением (1-2 мм). Инфракрасную область спектра согласно международной классификации разделяют на ближнюю (от 0.7 до 1.4 мкм), среднюю (1.4 - 3 мкм) и далёкую (свыше 3 мкм).

Через 30 лет факт существования невидимых лучей, расположенных за красной частью видимого солнечного спектра, был неоспоримо доказан. Французский физик Беккерель назвал это излучение инфракрасным.

Было доказано, что инфракрасное излучение подчиняется законам оптики и, следовательно, имеет ту же природу, что и видимый свет. В 1923 г. советский физик А.А. Глаголева-Аркадьева получила радиоволны с длиной волны приблизительно равной 80 мкм, т.е. соответствующие инфракрасному диапазону длин волн. Таким образом, экспериментально было доказано, что существует непрерывный переход от видимого излучения к инфракрасному излучению и радиоволновому и, следовательно, все они имеют электромагнитную природу.

Раньше лабораторными источниками инфракрасного излучения служили исключительно раскаленные тела либо электрические разряды в газах. Сейчас на основе твердотельных и молекулярных газовых лазеров созданы современные источники инфракрасного излучения с регулируемой или фиксированной частотой. Для регистрации излучения в ближней инфракрасной области используются специальные фотопластинки. Более широким диапазоном чувствительности обладают фотоэлектрические детекторы и фоторезисторы. Излучение в дальней ИК-области регистрируется болометрами, детекторами, чувствительными к нагреву инфракрасным излучением. инфракрасный излучение человек

Впервые биологическое действие этого вида излучения было изучено на примере культур клеток, растений, животных. Обнаружено, что под влиянием ИК-лучей подавляется развитие микрофлоры, улучшаются обменные процессы вследствие активизации кровотока. Доказано, что это излучение улучшает циркуляцию крови и оказывает болеутоляющее и противовоспалительное действие. Отмечено, что под влиянием инфракрасного излучения пациенты после хирургического вмешательства легче переносят послеоперационные боли, а их раны быстрее заживают. Установлено, что ИК-излучение способствует повышению неспецифического иммунитета, что позволяет уменьшить действие ядохимикатов и гамма-излучения, а также ускоряет процесс выздоровления при гриппе.

На сегодняшний день инфракрасный свет используется в различных сферах деятельности человека: в промышленных, научных и медицинских нуждах.

2. Применение инфракрасного излучения

Инфракрасное излучение находит широкое применение в научных исследованиях, при решении большого числа практических задач, в военном деле, медицине и пр. Исследование спектров испускания и поглощения в инфракрасной области используется при изучении структуры электронной оболочки атомов, для определения структуры молекул, а также для качественного и количественного анализа смесей веществ сложного молекулярного состава, например моторного топлива.

Благодаря различию коэффициентов рассеяния, отражения и пропускания тел в видимом и инфракрасном излучении фотография, полученная в инфракрасном излучении, обладает рядом особенностей по сравнению с обычной фотографией. Например, на инфракрасных снимках часто видны детали, невидимые на обычной фотографии.

В промышленности инфракрасное излучение применяется для сушки и нагрева материалов и изделий при их облучении, а также для обнаружения скрытых дефектов изделий.

Военные применения включают в себя такие цели как наблюдение, ночное наблюдение, наведение и слежение. На основе фотокатодов, чувствительных к инфракрасному излучению, созданы специальные приборы - электроннооптические преобразователи, в которых невидимое глазом инфракрасное изображение объекта на фотокатоде преобразуется в видимое. На этом принципе построены различные приборы ночного видения (бинокли, прицелы и др.), позволяющие при облучении наблюдаемых объектов инфракрасным излучением от специальных источников вести наблюдение или прицеливание в полной темноте. Создание высокочувствительных приёмников Инфракрасного излучения позволило построить специальные приборы - теплопеленгаторы для обнаружения и пеленгации объектов, температура которых выше температуры окружающего фона (нагретые трубы кораблей, двигатели самолётов, выхлопные трубы танков и др.), по их собственному тепловому Инфракрасному излучению. На принципе использования теплового излучения цели созданы также системы самонаведения на цель снарядов и ракет. Специальная оптическая система и приёмник инфракрасного излучения, расположенные в головной части ракеты, принимают инфракрасное излучение от цели, температура которой выше температуры окружающей среды (например, собственное инфракрасное излучение самолётов, кораблей, заводов, тепловых электростанций), а автоматическое следящее устройство, связанное с рулями, направляет ракету точно в цель. Инфракрасные локаторы и дальномеры позволяют обнаруживать в темноте любые объекты и измерять расстояния до них.

Не для военного применения включают тепловую эффективность анализа, мониторинга окружающей среды, промышленной инспекции объектов, дистанционное зондирование температуры, короткодействующую беспроводную связь, спектроскопию и прогноз погоды.

Оптические квантовые генераторы, излучающие в инфракрасной области, используются также для наземной и космической связи. Инфракрасная астрономия использует датчик оборудованный телескопами для того, чтобы проникнуть в пыльные области пространства, такие как молекулярные облака, и обнаруживать объекты, такие как планеты.

В медицине с 1996 года ряд научных организаций Голландии, США, Японии проводят исследования о влиянии длинноволнового инфракрасного излучения на организм человека, и приводит интересные результаты:

· подавление роста раковых клеток,

· уничтожение некоторых видов вируса гепатита,

· нейтрализация вредного воздействия электромагнитных полей,

· повышение количества вырабатываемого инсулина у больных диабетом,

· нейтрализация последствий радиоактивного облучения,

· обращение цирроза печени,

· излечение или значительное улучшение состояния при псориазе.

Таким образом, инфракрасные волны, в отличие от ультрафиолетовых и рентгеновских, оказывают положительное влияние на организм человека.

3. Влияние инфракрасного излучения на организм человека

Инфракрасное излучение или тепловое излучение - это вид распространения тепла и это можно сравнить с теплом от горячей печи, солнца или батареи центрального отопления. Более того, сейчас инфракрасное излучение нашло очень широкое распространение в медицине (инфракрасные бани, стоматология, хирургия…). Инфракрасное излучение играет важную роль в теплообмене. Эффект теплового воздействия на организм зависит: от плотности потока, длительности облучения, зоны воздействия, длины волны, которая определяет глубину проникновения излучения в тело человека. Чем выше температура тела, тем больше частота инфракрасных лучей. Когда человек сидит перед тепловым рефлектором, он нагревается и его тело излучает тепло, если бы человек, нагреваясь, не излучал, то он бы перегрелся и получил тепловой удар. Мы постоянно подвергаемся действию инфракрасных лучей, это любые нагревательные приборы в повседневной жизни и в этом случае наш организм сам контролирует ситуацию.

Второй вид позитивного дальнего инфракрасного излучения на организм человека состоит в прямом лечении общих недомоганий и болезней. Мы сталкиваемся с общими недомоганиями практически каждый день в нашей жизни. В этих случаях продукция, использующая инфракрасное излучение в его длинноволновой части, способна оказыватьпрямое терапевтическое воздействие.

В настоящее время имеются многочисленные результаты применения продукции, использующей длинноволновое инфракрасное излучение, в различных лечебных учреждениях Японии, США, Китае, Канаде, Европы, странах СНГ.

Современные исследования в области биотехнологий показали, что именно дальнее инфракрасное излучение имеет исключительное значение в развитии всех форм жизни на Земле. По этой причине его называют также биогенетическими лучами или лучами жизни. Наше тело само излучает длинные инфракрасные волны, но оно само нуждается также и в постоянной подпитке длинноволновым теплом. Если это излучение начинает уменьшаться или нет постоянной подпитки им тела человека, то организм подвергается атакам различных заболеваний, человек быстро стареет на фоне общего ухудшения самочувствия. Так как постоянное поглощение инфракрасных лучей способствует приливу сил и здоровью нашего тела, человек интуитивно ищет его источники. Тогда на помощь человеку приходят созданные им же для повседневного использования на работе и дома устройства, использующие специальные излучатели длинноволнового инфракрасного излучения.

Дальнее инфракрасное излучение нормализует процесс обмена и устраняет причину болезни, а не только ее симптомы. Работы по изучению применения проникающего дальнего инфракрасного излучения продолжаются во всем Мире.

В заключение хочется сказать следующее: практически все живые организмы находятся под воздействием солнца и, следовательно, инфракрасных лучей. Более того, именно без этих лучей наша планета не прогревалась бы до привычных для нас температур, не прогревался бы воздух, на Земле царил бы вечный холод. Инфракрасное излучение -- естественный, природный вид передачи тепла.

1. Газовые горелки инфракрасного излучения. А.И. Богомолов, Д.Я. Вигдорчик, М.А. Маевский./ М. -- Изд. Литературы по строительству, 1967 г. -- 257 с.

2. Галдин В.Д. Сжигание газа. Газогорелочные устройства: Учебное пособие. -- Омск: Изд-во СибАДИ, 2008. -- 136 с.

3. Токарев П.С. Газовые горелки инфракрасного излучения и их применение в промышленности. //

6. Хотунцев Ю.Л. Экология и экологическая безопасность: Учеб. пособие. - М.: ACADEMA, 2002. - 480с.

7. Воронков Н.А. Экология. Общая, социальная, прикладная: Учеб. пособие. - М.: Агар, 1999.-424с.

Подобные документы

Влияние ультрафиолетового излучения на трофические, регуляторные и обменные процессы у растений и живых организмов. Причины возникновения озоновых дыр и их влияние на здоровье человека. Глобальное распределение интенсивности ультрафиолетового излучения.

контрольная работа [617,1 K], добавлен 28.01.2011

Потенциальная угроза радиационного загрязнения окружающей среды. Физические и биохимические механизмы влияния радиации на природу. Радиоактивные вещества и ионизирующее излучение. Пути попадания радионуклидов в организм человека, генетические последствия.

реферат [16,8 K], добавлен 28.02.2009

Электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света и коротковолновым радиоизлучением. Природные и техногенные источники инфракрасного излучения. Загрязнение атмосферы инфракрасным излучением.

реферат [10,1 K], добавлен 25.10.2006

Основные понятия и единицы измерения. Влияние радиации на организмы. Источники радиационного излучения. Естественные источники. Источники, созданные человеком (техногенные).

курсовая работа [28,7 K], добавлен 24.10.2002

Радиация и радиоактивность, их сущность и влияние на организм человека. Особенности ионизирующего излучения при действии на живой организм. Радиационно-опасные объекты, их характеристика и угроза, исходящая от них. Радиационная безопасность населения.

контрольная работа [37,2 K], добавлен 16.06.2009

Действие экологических факторов на здоровье человека. Реакция организма на изменения экологических факторов. Биологическое загрязнение и болезни человека. Влияние вибрации, электрического поля и электромагнитного излучения. Ландшафт как фактор здоровья.

курсовая работа [3,0 M], добавлен 05.07.2014

Загрязнение земли, воды и атмосферы. Решение экологических проблем на транспорте. Способы переработки мусора. Антропогенные экологические проблемы. Отрицательное влияние электромагнитных полей, излучения, городского шума и радиации на организм человека.

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.

Тепловое излучение тела человека относится к инфракрасному диапазону электромагнитных волн. Впервые такое излучение было открыто английским астрономом Вильямом Гершелем. В 1865 английский физик Дж. Максвелл доказал, что ИК - излучение имеет электромагнитную природу и представляет собой волны длиной от 760нм до 1-2мм. Чаще всего весь диапазон ИК - излучения делят на области: ближнюю (750нм-2.500нм), среднюю (2.500нм – 50.000нм) и дальнюю (50.000нм-2.000.000нм).

Рассмотрим случай, когда тело А расположено в полости Б, которая ограничена идеальной отражающей (непроницаемой для излучения) оболочкой С (рис.1). В результате многократного отражения от внутренней поверхности оболочки излучение будет сохраняться в пределах зеркальной полости и частично поглощаться телом А. При таких условиях система полость Б – тело А не будет терять энергию, а будет лишь происходить непрерывный обмен энергией между телом А и излучением, которое заполняет полость Б.


Рис.1. Многократное отражение тепловых волн от зеркальных стенок полости Б

Если распределение энергии остается неизменным для каждой длины волны, то состояние такой системы будет равновесным, а излучение также будет равновесным. Единственным видом равновесного излучения является тепловое. Если по какой-то причине равновесие между излучением и телом сместится, то начинают протекать такие термодинамические процессы, которые вернут систему в состояние равновесия. Если тело А начинает излучать больше, чем поглощает, то тело начинает терять внутреннюю энергию и температура тела (как мера внутренней энергии) начнет падать, что уменьшит количество излучаемой энергии. Температура тела будет падать до тех пор, пока количество излучаемой энергии не станет равным количеству энергии, поглощаемой телом. Таким образом, наступит равновесное состояние.

Равновесное тепловое излучение имеет такие свойства: однородное (одинаковая плотность потока энергии во всех точках полости), изотропное (возможные направления распространения равновероятны), неполяризованное (направления и значения векторов напряженностей электрического и магнитного полей во всех точках полости изменяются хаотически).

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): Rλ, T = f(λ, T).

Энергетическая светимость тела в пределах каких-то длин волн вычисляется интегрированием Rλ, T = f(λ, T) для T = const:



- 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.


Коэффициент поглощения α зависит от природы поглощающего тела, длины волны поглощаемого излучения, температуры и состояния поверхности тела.

- монохроматический коэффициент поглощения - коэффициент поглощения теплового излучения данной длины волны при заданной температуре: αλ, T = f(λ, T)

Среди тел есть такие тела, которые могут поглощать все тепловое излучение любых длин волн, которое падает на них. Такие идеально поглощающие тела называются абсолютно черными телами. Для них α =1.

Применение тепловизионного метода показало обнадеживающие результаты.

Достоверность определения рака молочной железы составила, особенно на

ранней стадии, около 60-70 % .Выявление групп риска при больших

массовых обследованиях оправдывало экономичность тепловидения. В

дальнейшем тепловидение стало шире применяться в медицине. С развитием

тепловизионной техники стало возможным применять тепловизоры в

нейрохирургии,терапии ,сосудистой хирургии ,рефлексодиагностике и

рефлексотерапии. Интерес к медицинскому тепловидению растет во всех

развитых странах, таких как Германия, Норвегия, Швеция, Дания, Франция,

Италия, США, Канада, Япония, Китай, Южная Корея, Испания, Россия.

Лидерами по производству тепловизионной техники являются США, Япония,

В человеческом организме вследствие экзотермических биохимических

процессов в клетках и тканях, а также за счет высвобождения энергии,

связанной с синтезом ДНК и РНК, вырабатывается большое количество

тепла-50-100 ккал/грамм. Это тепло распределяется внутри организма с

помощью циркулирующей крови и лимфы. Кровообращение выравнивает

температурные градиенты. Кровь благодаря высокой теплопроводности, не

изменяющейся от характера движения, способна осуществлять интенсивный

теплообмен между центральными и периферическими областями организма.

Наиболее теплой является смешанная венозная кровь. Она мало охлаждается

в легких и, распространяясь по большому кругу кровообращения,

поддерживает оптимальную температуру тканей, органов и систем.

Температура крови, проходящей по кожным сосудам, снижается на 2-3°. При

патологии система кровообращения нарушается. Изменения возникают уже

потому, что повышенный метаболизм, например, в очаге воспаления

увеличивает перфузию крови и, следовательно, теплопроводность, что

отражается на термограмме появлением очага гипертермии. Температура

Правда, у новорожденных, как показала И.А.Архангельская,

термотопография кожи отсутствует. Самую низкую температуру (23-30°)

имеют дистальные отделы конечностей, кончик носа, ушные раковины.

Самая высокая температура подмышечной области, в промежности, области

шеи, эпигастрия, губ, щек. Остальные участки имеют температуру 31-33,5°С.

Суточные колебания температуры кожи в среднем составляют 0,3-0,1°С и

зависят от физической и психической нагрузок, а также других факторов.

При прочих равных условиях минимальные изменения температуры кожи

наблюдаются в области шеи и лба, максимальные—в дистальных отделах

конечностей, что объясняется влиянием высших отделов нервной системы. У

женщин часто кожная температура ниже, чем у мужчин. С возрастом эта

температура снижается и уменьшается ее изменчивость под воздействием

температуры окружающей среды. При всяком изменении постоянства

соотношения температуры внутренних областей тела включаются

терморегуляторные процессы, которые устанавливают новый уровень

У здорового человека распределение температур симметрично

относительно средней линии тела. Нарушение этой симметрии и служит

основным критерием тепловизионной диагностики заболеваний.

Количественным выражением термоасимметрии служит величина перепада

Перечислим основные причины возникновения температурной

1)Врожденная сосудистая патология, включая сосудистые опухоли.

2)Вегетативные расстройства, приводящие к нарушению регуляции

3)Нарушения кровообращения в связи с травмой, тромбозом, эмболией,

4)Венозный застой, ретроградный ток крови при недостаточности клапанов

5)Воспалительные процессы, опухоли, вызывающие местное усиление

6)Изменения теплопроводности тканей в связи с отеком, увеличением или

Существует так называемая физиологическая термоасимметрия,

которая отличается от патологической меньшей величиной перепада

температуры для каждой отдельной части тела. Для груди, живота и спины

Терморегуляторные реакции в человеческом организме управляются

Кроме центральных, существуют и местные механизмы терморегуляции.

Кожа благодаря густой сети капилляров, находящихся под контролем

вегетативной нервной системы и способных значительно расширить или

полностью закрыть просвет сосудов, менять свой калибр в широких

пределах,-прекрасный теплообменный орган и регулятор температуры тела.

основанный на регистрации инфракрасного излучения человеческого тела,

пропорционального его температуре. Распределение и интенсивность

теплового излучения в норме определяются особенностью физиологических

процессов, происходящих в организме, в частности как в поверхностных, так

и в глубоких и органах. Различные патологические состояния

характеризуются термоасимметрией и наличием температурного градиента

между зоной повышенного или пониженного излучения и симметричным

участком тела, что отражается на термографической картине. Этот факт

имеет немаловажное диагностическое и прогностическое значение, о чем

свидетельствуют многочисленные клинические исследования.

Медицинское тепловидение (термография) – единственный диагностический

метод, позволяющий дать оценку тепловым процессам в организме человека.

От эффективности этой оценки зависит достоверность диагностики многих

Пространственная информация о распределении температуры по

поверхности тела человека при различных видах патологии представляет

самостоятельный интерес, так как прямо или косвенно связана с нарушением

теплопродукции, теплообмена и терморегуляции. Температурные изменения

отражают нарушения кровообращения и метаболизма и поэтому

тепловидение как высокоинформативный метод играет самостоятельную

роль среди других инструментальных методов диагностики этих нарушений.

Тепловое состояние тканей, их температура характеризуется интенсивностью

инфракрасного излучения. Человек как биологический объект, имеющий

температуру от 31°С до 42°С, является источником преимущественно

инфракрасного излучения. Максимальная спектральная плотность этого

регистрировать инфракрасное излучение с поверхности тела человека. Кроме

того, в них реализована функция измерения абсолютных значений

температуры в каждой точке патологического очага. Эти обстоятельства

имеют важное прогностическое значение и дают возможность проведения

исследований на новом высокотехнологичном уровне с расширением сфер

применения. К наиболее перспективным областям можно отнести

углубленные и детальные исследования различных патологий,

тепловизионную диагностику в ходе различных оперативных вмешательств.

Таким образом, с помощью тепловизоров возможно с необходимой степенью

достоверности регистрировать тепловые поля и оценивать полученную

информацию, давая ей качественную и количественную характеристики. Так,

при регистрации инфракрасного излучения визуализируются расположение,

размер, форма и характер границ, структура патологического очага. Это

качественный анализ тепловизионной информации. При измерении

абсолютных температур оценивается степень выраженности патологического

процесса, его активность, дифференцируется характер нарушений

(функциональные, органические). Это количественный анализ

Диагностические возможности медицинского тепловидения основаны на

оценке особенностей распределения на поверхности тела зон инфракрасного

излучения. Этот метод предоставляет информацию об анатомо-

топографических и функциональных изменениях в зоне патологии.

Медицинское тепловидение позволяет тонко улавливать даже начальные

стадии воспалительных, сосудистых и опухолевых процессов. В зависимости

от повышения или понижения местной температуры на фоне стандартных

(физиологически нормальных) очертаний органа усиливается или ослабевает


Термография позволяет выявить и прояснить на ранней, доклинической

стадии патологические и функциональные нарушения внутренних органов.

 Внутренние болезни - диабетическая ангиопатия, атеросклероз,

эндартериит сосудов конечностей, болезнь Рейно, гепатиты, нарушения

вегетативной регуляции, миокардит, бронхит и др. Урология –

воспалительные заболевания почек, мочевого пузыря, и др.

Травматология - ортопедия-Остеохондроз, сколиоз позвоночника,

нейропатия периферических нервов, воспалительные заболевания

крупных суставов различной этиологии, остеомиелит и др.

 Онкология - различные виды опухолей, пластическая хирургия,

прижевление пересаженной кожи. Акушерство и гинекология -

доброкачественные и злокачественные опухоли, кисты молочной

железы, мастит, ранняя диагностика беременности и др.

Оториноларингология - параличи и парезы лицевых нервов,

аллергический ринит, воспаления придаточных пазух носа и др.

 Фармакология - получение объективных данных о воздействии

противовоспалительных и сосудорасширяющих лекарств и др.

Измерение температуры является самым первым симптомом, указывающим

нам на болезнь. Температурные реакции, в силу своей универсальности,

возникают при всех типах заболеваний: бактериальных, вирусных,


Тепловизионный метод обладает высокой информативостью и

неспецифичностью получаемой информации, так как при различной

патологии формируются сходные сосудистые и метаболические реакции.

Однако, адекватный выбор методики тепловизионного исследования в

каждом конкретном случае позволяет получить специфическую информацию

Данные методики позволяют повысить информативность тепловидения в

оценке различной патологии, в том числе на этапе субклинических

проявлений. При их применении возможно объективизировать клинические

синдромы заболевания, определить нозологию патологии, контролировать

эффективность различных видов лечения, прогнозировать период

Локально-проекционная методика , по которой регистрируются

особенности инфракрасного излучения кожных покровов в проеции

пораженного органа или сегмента. Измененная интенсивность излучения

свидетельствует об очаге патологии, в котором произошли изменения

кровоснабжения, уровня метаболизма и образовались стойко существующие

кожные зоны с измененной чувствительностью, трофикой, сосудистыми и

секреторными реакциями. Достоверность регистрации основана на

нарушении механизма терморегуляции в результате патологического

Дистантно-проекционная методика , по которой регистрируются

особенности инфракрасного излучения вне проекции пораженного органа

или патологического очага. Достоверность регистрации основана на том, что

Читайте также: