Тепловое излучение — в помощь студенту

  • 9
  • Лабораторная работа7
  • ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКРАНОВ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
  • Цель работы
  • Определение интенсивности теплового облучения на рабочем месте и оценка эффективности защитных экранов.
  • Содержание работы
  • 1. Измерить интенсивность теплового облучения на разных расстояниях от источника излучения:
  • а) при отсутствии защитных экранов;
  • б) при наличии защитного теплопоглощающего экрана — цепной завесы;
  • в) при наличии защитного теплоотводящего экрана — водяной завесы.
  1. Измерить температуру источника излучения.

  2. Рассчитать интенсивность теплового облучения в точках измерения при отсутствии защитных экранов и при наличии водяной завесы.

4. Рассчитать длину волны с максимальной энергией теплового излучения.

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!

Оценим за полчаса!

5. Рассчитать коэффициенты эффективности защитных экранов.

  1. Тепловое излучение и защита от него
  2. Процессы теплопередачи имеют широкое распространение в тепловой и атомной энергетике, ракетно-космической технике, металлургии, химической технологии, светотехнике, гелиотехнике и др.
  3. Перенос теплоты от нагретых тел в окружающем пространстве осуществляется по законам теплопроводности, конвективного теплообмена и теплообмена излучением.

В отличие теплопроводности и конвекции, где плотность теплового потока зависит от температуры в первой степени, перенос энергии излучением определяется четвертой степенью абсолютной температуры. Вследствие этого при высоких температурах основным видом переноса теплоты является излучение.

При температурах 500°С около 60-90% всей теплоты, выделяемой производственным оборудованием и материалами, распространяется в окружающем пространстве путем излучения. При этом энергия излученияпроходит воздушную среду практически без потерь, снова превращаясь в тепловую энергию облучаемых тел.

  • Основополагающие законы теплового излучения были установлены физиками в конце 19 века и носят их имена.
  • Закон Стефана-Больцмана выражает зависимость плотности теплового излучения абсолютно черного тела от абсолютной температуры в четвертой степени
  • С =  Т4 = Со (Т/100) 4, (1)
  • где , Со — постоянная и коэффициент излучения абсолютно черного тела (Со = 108  = 5,67 [ Вт/м2К4]). На практике приходится иметь дело с серыми телами, для них закон СтефанаБольцмана имеет вид:
  • Еi = i = С (Т/100 )4 , (2)
  • где i=Ei/ — степень черноты i-го тела (0 < < 1),
  • С — коэффициент излучения серого тела [Вт/м2К4].
  • 3акон Планка устанавливает связь спектральной плотности теплового излучения абсолютно черного тела Io [Вт/м2], с длиной волны излучения [м] и абсолютной температурой тела:
  • Io = C1 -5/ [ ехр ( С2 /Т ) — 1] . (3)
  • В этом выражении: C1=3,7410-18 [Вт/м2] и С2=1,4410 [мК] — постоянные излучения.

Графически закон Планка представлен на рис.1.

Тепловое излучение - в помощь студенту

  1. В.Вин в 1893 году установил, что произведение абсолютной температуры тела на длину вечны максимальной энергии теплового излучения есть величина постоянная:
  2. ТMAX= 2,898 [мК]. (4)
  3. Это выражение получило название закона смещения Вина: с ростом температуры максимум спектральной плот-ности потока излучения смещается в коротковолновую область.

Расчет теплообмена излучением между двумя телами является сложной задачей. В общем случае поток энергии между телами определяется температурами тел, их формами, размерами и состоянием поверхностей, взаимным расположением в пространстве и расстоянием между ними. Аналитически эту зависимость можно представить в виде:

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!
Читайте также:  Разновидности пользовательского интерфейса - в помощь студенту

Оценим за полчаса!
  • Q1,2 = пр С S1[(T1 /100) 4 — (Т2 /100) 4 ] 1,2 , ( 5 )
  • где пр =[ l/1+ (S1/S2) (1/2 -1)] — приведенная степень черноты двух тел;
  • S1, S2 — площади поверхностей теплоизлучающего и теплопринимающего тел [м2];

1,2 = Q2/Q1 — коэффициент облученности, показывающий какая доля энергии излучения первого тела (Q1) попадает на второе тело (Q2). Коэффициент облученности можно рассчитать по законам геометрической оптики или взять из справочной литературы.

При длительном пребывании человека в зоне лучистого потока теплоты происходит нарушение теплового баланса в его организме, что может вызвать заболевание, называемое тепловой гипотермией (перегревом).

В нормальных условиях в организме человека поддерживаются стабильные и постоянные условия для функционирования биологических клеток. Это явление называется гомеостазом. Одним из механизмов гомеостаза является система поддержания постоянства внутренней температуры тела человека.

Если гомеостатическая система поддержания постоянства температуры организма не справляется с рассеянием избыточного поступающего тепла наступает гипотермия. При этом нарушаются и другие защитные гомеостатические функции организма.

Поэтому это заболевание характеризуется не только повышением температуры тела, но и обильным потоотделением, значительным учащением пульса и дыхания, резкой слабостью, головокружением, изменением зрительных ощущений, шумом в ушах и, зачастую, потерей сознания.

Гомеостатические системы поддержания стабильности жизнедеятельности организма связаны между собой и помогают друг другу преодолевать отрицательные внешние воздействия иногда заменяя вышедшие из строя.

Поэтому даже при уровнях теплового излучения, не вызывающих гипотермию наблюдается ослабление внимания, замедление реакций, ухудшение координации движений, что в свою очередь приводит к снижению производительности труда.

Тепловой эффект воздействия облучения зависит от многих факторов. Интенсивность облучения менее 700 Вт/м не вызывает у человека неприятного ощущения, если действует несколько минут; свыше 3500 Вт/м — уже через 2 с вызывает жжение, а через 5 с возможен тепловой удар. Производственные источники по характеру спектрального излученияусловно можно разделить на четыре группы:

  1. 1) с температурой излучающей поверхности до 500 °С (паропроводы, сушильные установки, низкотемпературные аппараты, наружная поверхность различных печей и др.); их спектр содержит длинные инфракрасные лучи (длина волны 3,7 — 9, 3 мкм);
  2. 2) с температурой поверхности от 500 до 1300 °С (открытое пламя, открытые проемы нагревательных печей и топок, нагретый металл  слитки, заготовки, расплавленные чугун и бронза и др.); их спектр содержит преимущественно инфракрасные лучи (1,9-3,7 мкм), но появляются и видимые лучи;
  3. 3) с температурой 1300-1800 °С (открытые проемы плавильных печей, расплавленная сталь и др.); их спектр содержит как инфракрасные лучи вплоть до коротких (1,2-1,9 мкм ), так и видимые большой яркости;

4) с температурой выше 1800 °С (пламя электродуговых печей, сварочных аппаратов и др.) их спектр излучения содержит наряду с инфракрасными (0,8-1,2 мкм) и видимыми (0,4-0,8 мкм ) также и ультрафиолетовые лучи.

Существуют следующие способы защиты от вредного воздействия теплового излучения: тепловая изоляция нагретых поверхностей, экранирование источников теплового излучения, применение воздушного душирования, удаление от источника теплового излучения (дистанционное управление), сокращение времени пребывания в зоне воздействия теплового излучения, использование средств индивидуальной защиты (защитные очки, маски, одежда).

Наиболее распространенным и эффективным способом защиты от теплового излучения является экранирование — создание определенного термического сопротивления на пути теплового потока в виде экранов различных конструкций (жестких глухих, сетчатых, полупрозрачных водяных, воздушно-водяных и др.). Различают теплоотражающие, теплопоглощающие и теплоотводящие экраны.

В свою очередь, по степени прозрачности они делятся на три класса: непрозрачные, полупрозрачные и прозрачные. К теплоотражающим экранам относятся жесткие глухие преграды, изготовленные из материалов с высокой степенью отражения такие, как алюминий листовой, белая жесть, альфоль (алюминиевая фольга), а также закаленные стекла с пленочным покрытием.

В последнее время получила распространение вакуумно-многослойная изоляция, изготовленная из множества полированных металлических пластин с зазорами, из которых откачен воздух. Эти экраны отличает высокая эффективность (отражается до 58% излучения), малая масса, экономичность.

Однако, эти экраны не выдерживают высоких механических нагрузок, эффективность их существенно снижается при отложении на них пыли, при окислении.

В настоящее время нашли широкое применение экраны, выполненные из металлической плотной сетки или из металлических мелких цепей, подвешенных против излучающего проема в один или несколько рядов.

Хотя цепные экраны не могут защищать от излучения так хорошо, как глухие (цепные завесы снижают тепловой поток на 60-70%), их применение в ряде случаев оправдано, поскольку они позволяют наблюдать за ходом технологического процесса.

Теплоотводящие экраны (водяные и вододисперсные завесы) применяют в тех случаях, когда через экран необходимо вводить инструмент или заготовки.

Коэффициент эффективности водяных завес в значительной степени зависит от спектрального состава излучения м толщины слоя и может достигать 80%.

Экраны в виде водяной пленки, стекающей по стеклу более устойчивы по сравнению со свободными водяными завесами. Их эффективность порядка 90%.

В определении оптимальных условий защиты от теплового излучения важное значение имеет характер его спектрального состава, так как материал экрана должен поглотить или отразить лучи, несущие максимум энергии.

Как видно из рис.

2 для организации эффективной защиты от теплового излучения необходимо устранить в лучистом потоке по возможности наибольший диапазон длинноволнового излучения, которое хорошо поглощается поверхностью кожи человека.

Тепловое излучение - в помощь студенту

В этом отношении хорошо зарекомендовали себя прозрачные водяные завесы в виде сплошной тонкой водяной пленки, образующейся при равномерном стекании воды с гладкой поверхности.

Вода является активным поглотителем инфракрасных лучей. Наиболее сильное поглощение отмечается в зоне лучей с длиной волны =1,5-6,0 мкм.

Слой воды толщиной 1мм полностью поглощает участок спектра с = 3 мкм, а слой 10 мм — тепловой поток с длиной волны = 1,5 мкм.

Таким образом, слой воды, применяемый в защитных экранах, должен иметь толщину порядка нескольких мм, при этом однако коротковолновое излучение высокотемпературных источников не будет поглощено, что проявляется, например, в видимости светового излучения: являющегося коротковолновой части теплового излучения. Поэтому тонкие водяные завесы эффективны в основном для экранирования излучений от низкотемпературных источников (до 800 С ).

  • Интенсивность теплового облучения Е [Вт/м2], которому подвергается человек применительно к условиям данного лабораторного стенда, можно оценить по приближенной формуле:
  • Е0=0,91S[(Tизл/100)4(Tобл/100)4]/L2 , (6)
  • где S — площадь излучающей поверхности, м2;
  • Тизл — температура излучающей поверхности, К;
  • Тобл — температура облучаемой части тел, К (для приближенного расчета можно принять Тобл = 309 К, то есть =36 °С);
  • L — расстояние от источника излучения, м.
  • Формула (6 ) верна при условии L  .
  • Расчет интенсивности облучения при наличии водяной завесы построен на принципе ослабления лучистого потока при прохождении через мутную среду с определенным оптическим показателем.
  • Уравнение поглощения лучистой энергии какой-либо средой имеет вид
  • Е= Eoexp(-d), (7)

Источник: https://studizba.com/files/show/doc/11981-1-lab_7.html

Конспект урока по теме: «тепловое излучение. абсолютно черное тело»

Конспект урока по теме: «тепловое излучение. абсолютно черное тело».

  • «Все идеи в науке родились в
  • драматическом конфликте между реальностью
  • и нашими попытками ее понять.»
  • Отыщи всему начало, и ты многое поймёшь!Козьма Прутков
  • Задачи урока:
  1. Образовательная – изучить тепловое излучение, закон Стефана-Больцмана, гипотезу Планка, что называется испускательной и поглощательной способностью, абсолютно черным телом, световым квантом

  2. Развивающая – развить внимание, способность к анализу, развитие мышления, формирование умений самостоятельно приобретать и применять знания; формировать диалектико-материалистическое мышление.

  3. Воспитательная – воспитание дисциплинированности, а также воспитание добросовестности и ответственности у детей.

  1. Тип урока: комбинированный.
  2. Формы работы: работа в группах, сообщения учащихся
  3. Ход урока:

I Организационный момент: «Здравствуйте, дети…! Садитесь…! Дежурный, кого нет в классе? Итак, начнем урок».

II Актуализация знаний: Мы закончили изучение астрономии и приступаем к изучению новой главы «Строение атома. Атомные явления». В этой главе мы будем говорить о тепловом излучении, абсолютно чёрном теле, гипотезе Планка о световых квантах, фотоэффекте и его законах, рентгеновских лучах, строении атома, радиоактивности и спектрах излучения и поглощения атомов.

Тема урока: Тепловое излучение. Абсолютно черное тело. Закон Стефана — Больцмана. Трудности в объяснении явления теплового излучения тел.

III Изучение нового:

Ребята как вы думаете, какое излучение называется тепловым? Какие тела его испускают?(выслушиваю ответы учащихся)

Читайте также:  Эффективность менеджмента в организации - в помощь студенту

Тепловым называют электромагнитное излучение, которое испускают нагретые тела за счет своей внутренней энергии. Тепловое излучение уменьшает внутреннюю энергию тела, и, следовательно, его температуру. Спектральной характеристикой теплового излучения является спектральная плотность энергетической светимости

Из повседневных наблюдений известно, что тела, нагретые до высоких температур, начинают светиться(уже при температуре около 500-800 К) Цвет света изменяется от красного до белого при повышении температуры. Температура на поверхности Солнца 6000 0С и оно светится желтым светом. Интенсивность излучения увеличивается с увеличением температуры.

Излучение тел, обусловленное нагреванием, называется тепловым, или температурным излучением(инфракрасным). Тепловое излучение является самым распространенным в природе, оно совершается за счет энергии теплового движения атомов и молекул вещества, т.е. за счет внутренней энергии тел. Это излучение не видимо.

Кроме того тела нагретые до очень высоких температур испускают так же невидимое УФ излучение.

Как вы думаете ИК, УФ и видимый свет имеют одинаковую природу или нет?

(ответы учащихся)

Да, тепловое излучение, видимый свет и ультрафиолетовое излучение это электромагнитные волны, но разной частоты(длины волны). Т.е они имеют одинаковую природу.

Скажите, пожалуйста, тела только испускают тепловое излучение?(ответы учащихся)

Если положить какое-либо тело около горячей батареи, что произойдёт?(ответы учащихся)

Правильно. Оно нагреется, значить поглотит излучение.

Какое тело лучше поглощает излучение(белое или чёрное)?

(ответы детей)

Запись в тетради. Тело, поглощающее падающее на него излучение любой длины волны, называется абсолютно чёрным телом.

Просмотр видеоролика об абсолютно чёрном теле.

К абсолютно черным телам можно отнести Солнце, чёрный бархат, сажу.

К концу 19 в. Учёные выяснили что зависимость энергии тепловых излучений от длины волны выглядит так(работа по рис 143 стр 202(1 кривая). Эта кривая имеет чётко выраженный максимум в области видимого светового излучения, а в области УФ волн стремится к нулю.

Но теоретические исследования дают кривую 3, на которой максимум в области УФ волн. Это расхождение теории и практики получило название ультрафиолетовая катастрофа, потому что объяснить его классическая физика не смогла.

В 1879 г.энергию излучения тел при различных температурах(лучеиспускательную способность) экспериментально исследовал профессор Венского университета Йосиф Стефан.

Историческая справка(сообщение читает ученик)

Йозеф Стефан родился в Санкт-Пёльтене в 1835 г. Окончил гимназию и поступил в Венский университет, который окончил в 1857. Впоследствии преподавал в университете (с 1863 — профессор кафедры высшей математики и физики), являлся директором Института экспериментальной физики (с 1866), ректором университета (1876-1877), вице-президентом Австрийской академии наук.

Имя Стефана носит крупнейший исследовательский институт в Словении.

Известен своими работами по различным областям физики .Используя закономерность позже получившую название закона Стефана -Больцмана закономерность, впервые дал достоверную оценку температуры поверхности Солнца — около 6000 градусов. Теоретическое обоснование этого закона, известного как закон Стефана — Больцмана, было дано в 1884 году учеником Стефана Людвигом Больцманом.

Стефан установил что лучеиспускательная способность абсолютно чёрного тела пропорциональна четвёртой степени абсолютной температуры. .

Учитель: Теоретически обосновал эту зависимость в 1884 году друг и ученик Йосифа Стефана Людвиг Больцман.

Историческая справка(сообщение читает ученик)

Людвиг Больцман родился 20 февраля 1844, в Вене- один из величайших физиков-теоретиков конца 19 — начала 20 века, и один из основателей статистической физики и физической кинетики, иностранный член-корреспондент Петербургской АН (1899). Вывел функцию распределения, названную его именем, и основное кинетическое уравнение газов. Дал статистическое обоснование второго начала термодинамики в 1872 году. Вывел один из законов теплового излучения (закон Стефана — Больцмана).

Семья была состоятельной. Пятнадцати лет он потерял отца. Людвиг учился прекрасно в школе, был прилежен, аккуратен и исключительно самокритичен. После окончания школы его обучение продолжилось в Венском университете.

В 1866 Л. Больцман защитил диссертацию и получил ученую степень, а через год он стал приват -доцентом. В 1868 двадцатичетырехлетний Больцман получил должность профессора математической физики в Граце. В 1869-76 Л. Больцман много времени посвящал преподаванию в Венском университете.

  • Зaслуживший всемирную известность как теоретик, Больцман был и весьма талантливым и увлеченным экспериментатором, но, конечно, теория была на первом плане.
  • Много лет возглавлял кафедру теоретической физики в Мюнхене, а позже в Венском университете.
  • Закон Стефана – Больцмана:
  • Излучательная способность абсолютно чёрного тела пропорциональна четвёртой степени его абсолютной температуры.
  • Эта зависимость выражается формулой:
  • Тепловое излучение - в помощь студенту— универсальная постоянная Стефана Больцмана.
  • Эта закономерность лежит в основе работы физического прибора – пирометра, с помощью которого определяется температура нагретых тел на расстоянии.
  • Демонстрация фото пирометра и тепловизора на интерактивной доске.
  • Учитель: Выход из тупиковой ситуации между теорией и практикой тепловых излучений нашёл великий немецкий физик Макс Планк.
  • Историческая справка(сообщение читает ученик)

Макс Планк родился 23 апреля 1858 в городе Киль. Являлся физиком-теоретиком, основоположником квантовой физики. Лауреат Нобелевской премии по физике (1918) и других наград, член Прусской академии наук , ряда иностранных научных обществ и академий наук. На протяжении многих лет один из руководителей немецкой науки.

Планк получил закон распределения энергии в спектре абсолютно чёрного тела (формула Планка) и обосновал этот закон, введя представление о квантах энергии и кванте действия.

Это достижение положило начало развитию квантовой физики, разработкой различных аспектов которой он много занимался в последующие годы Ряд работ Планка посвящён историческим, методологическим и философским аспектам науки.

В 1867 году Макс был отдан в Максимилиановскую гимназию. Там он занимался охотно и скоро стал одним из лучших учеников в классе. У Макса рано проявился математический талант. Учителя отмечали его личные качества — сильный характер, прилежность и исполнительность.

В с 1874 года стал студентом Мюнхенского университета. Продолжил образование в Берлине.

Летом 1878 года Планк возвратился в Мюнхен и вскоре стал работать учителем физики и математики. Одновременно он начал самостоятельные научные исследования, руководствуясь только книгами и научными статьями.

  1. Весной 1885 года получил предложение занять место экстраординарного профессора теоретической физики в Кильском университете.
  2. С 1889 года работал в Берлине профессором теоретической физики, стал действительным членом Прусской академии наук.
  3. 1911 года Планк был избран непременным секретарём Прусской академии наук, к а так же занимал пост ректора Берлинского университета, а также трижды избирался президентом Немецкого физического общества.

Осенью 1926 года вышел в отставку, хотя по-прежнему активно участвовал в научной жизни университета, работе приёмных и аттестационных комиссий, ещё несколько лет читал курсы лекций; он также оставался секретарём Прусской академии наук.

В 1930-е годы Планк получил возможность больше времени уделять лекциям по общенаучным и философским проблемам; его выступления проходили не только в различных университетах Германии, но и в Голландии, Англии, Швейцарии, Швеции, Финляндии.

  • Гипотеза Планка: Атомы излучают и поглощают э/м энергию дискретными порциями – квантами.
  • Энергия кванта Тепловое излучение - в помощь студенту
  • — частота излучения,- универсальная постоянная Планка.

Сам Планк испугался последствий своей гипотезы, т.к. она не вязалась с представлениями классической физики.

«Введение гипотезы кванта равносильно крушению классической теории, а не простому её видоизменению. Ни один физический закон не обеспечен теперь от сомнений. Дело иногда имеет такой вид, как будто в теоретической физике снова наступила пора первоначального хаоса» -с горечью говорил Планк.

Он готов был уничтожить собственную гипотезу, лишь бы не упал ни один волос с головы классической физики, которую Планк высоко ценил, называя» величественным сооружением чудесной красоты и гармонии»

Колебания Планка продолжались почти четверть века. Многим было непонятно великое открытие Планка.

  1. Первый кто принял гипотезу Планка был молодой Эйнштейн: «Открытие Планка стало основой всех исследований в физике 20 века и с тех пор почти полностью обусловило её развитие… Больше того оно разрушило остов классической механики и э/д и поставило перед наукой задачу: найти новую познавательную основу для всей физики»
  2. IV Закрепление: Проверочная работа: пользуясь § 47,48 вставьте слова или ответьте на вопрос.
  3. Фамилия__________________
  4. Класс____
  5. Абсолютно чёрное тело полностью_____________ падающее на него излучение.

Минимальная порция____________ , испускаемая или поглощаемая телом, называется_________. Ультрафиолетовое излучение, видимый свет и тепловое излучение имеют одинаковую природу. Это _____________________ излучение.

  • Как по другому называется лучеиспускательная способность тела?_________________
  • Другое название теплового излучения___________________________.
  • V Взаимопроверка работ, выставление оценок.
  • Абсолютно чёрное тело полностью поглощает падающее на него излучение.

Минимальная порция энергии , испускаемая или поглощаемая телом, называется квантом. Ультрафиолетовое излучение, видимый свет и тепловое излучение имеют одинаковую природу. Это электромагнитное излучение.

Как по другому называется лучеиспускательная способность тела? Энергия излучения . Другое название теплового излучения

  1. Коды: поглащает, энергии, квантом, электромагнитное, энергия излучения, инфракрасное.
  2. VI Рефлексия:
  3. — Что заинтересовало?
  4. — Что вызвало затруднения?
  5. VII Подведение итогов, выставление оценок.

VIII Домашнее задание: § 47, 48 Упр. 37.

Для желающих сообщение о пирометрах (2-3 минуты)

Источник: https://infourok.ru/konspekt-uroka-po-teme-teplovoe-izluchenie-absolyutno-chernoe-telo-2094350.html

Краткие теоретические сведения. Защита от теплового излучения

Защита от теплового излучения

Цель работы.Провести измерения интенсивности тепловых излучений в зависимости от расстояния индикаторного блока до источника теплового излучения. Оценить эффективность защиты от теплового излучения с помощью экранов и воздушной завесы.

Краткие теоретические сведения

Лучистый теплообмен между телами представляет собой процесс распространения внутренней энергии, которая излучается в виде электромагнитных волн в видимой и инфракрасной (ИК) области спектра.

Тепловое излучение (инфракрасное излучение (ИКИ)) – это невидимое электромагнитное излучение с длиной волны от 0,76 до 420 мкм, обладающее волновыми и световыми свойствами. Длина волны видимого излучения – от 0,38 до 0,76 мкм.

По длине волны инфракрасные лучи делятся на коротковолновую ИКИ-А (менее 1,4 мкм), средневолновую ИКИ-В (1,4 – 3 мкм), длинноволновую ИКИ-С (3 мкм – 1 мм) области.

Основные законы инфракрасного излучения. Закон Кирхгофа. Лучеиспускание обуславливается только состоянием излучающего тела и не зависит от окружающей среды.

Лучеиспускательная способность любого тела пропорциональна его лучепоглощающей способности. Тело, поглощающее все падаю-щие на него лучи (абсолютно черное тело), обладает максимальным излучением.

На этом законе основано применение поглощающей защитной одежды, светофильтров, окраски оборудования, устройства приборов для измерения теплового излучения.

  • Закон Стефана-Больцмана. С повышением температуры излучающего тела мощность излучения увеличивается пропорционально 4-й степени его абсолютной температуры:
  • Е = σ · Т4, (2.1)
  • где Е – мощность излучения, Вт/м2; σ – постоянная Стефана-Больц-мана, равная 5,670 32·10–8 Вт∙м–2∙К–4; Т – абсолютная температура, К.

В соответствии с этим законом даже небольшое повышение температуры тела приводит к значительному росту отдачи тепла излучением. Используя этот закон, можно определить величину теплообмена излучением в производственных условиях.

Количество тепловой энергии, передаваемое излучением, определяется законом Стефана-Больцмана по формуле

Тепловое излучение - в помощь студенту

  1. где Е – теплоотдача, Вт/м; С1 и С2 – константы излучения с поверхностей; σ – постоянная Стефана-Больцмана; Т1 и Т2 – температуры поверхностей, между которыми происходит теплообмен излучением, К.
  2. При расчете теплоотдачи излучением учитывают температуру стен и других поглощающих тепловую радиацию поверхностей (среднерадиационная температура).
  3. Закон Вина. Произведение абсолютной температуры излучающего тела на длину волны излучения (λмакс) с максимальной энергией является величиной постоянной:
  4. λмакс · Т = С, (3.3)
  5. где С = 2880; Т – абсолютная температура, К; λ – длина волны в мкм.
  6. Таким образом, согласно закону, длина волны максимального излучения нагретого тела обратно пропорциональна его абсолютной температуре:
  • Основная физическая характеристика инфракрасного излучения – интенсивность теплового излучения определяется по формуле
  • Тепловое излучение - в помощь студенту (2.5)
  • где Q – интенсивность теплового излучения, Вт/м2; F – площадь излучающей поверхности, м2; T0– температура излучающей поверхности, К; l – расстояние от излучающей поверхности, м.

Количество лучистого тепла (согласно формуле (2.5)), поглощаемого телом человека, зависит от температуры источника излучения, площади излучающей поверхности и квадрата расстояния между излучающей поверхностью и телом человека.

Биологическое действие теплового излучения. Тепловой обмен организма человека с окружающей средой заключается во взаимосвязи между образованием тепла (термогенезом) в результате жизнедеятельности организма и отдачей им этого тепла во внешнюю среду. Отдача тепла осуществляется, в основном, тремя способами: конвекцией, излучением и испарением.

Передача тепла ИК-излучением является наиболее эффективным способом теплоотдачи и составляет в комфортных метеоусловиях 44–59 % общей теплоотдачи. Тело человека излучает в диапазоне длин волн от 5 до 25 мкм с максимумом энергии на длине волны 9,4 мкм.

В производственных условиях, когда работающий человек окружен предметами, имеющими температуру, отличную от температуры тела человека, соотношение способов теплоотдачи может существенно изменяться. Отдача человеческим телом тепла во внешнюю среду возможна лишь тогда, когда температура окружающих предметов ниже температуры тела человека.

В обратном случае направление потока лучистой энергии меняется на противоположное, и уже тело человека будет получать извне дополнительную тепловую энергию.

Воздействие ИК лучей приводит к перегреву организма и тем быстрее, чем больше мощность излучения, выше температура и влажность воздуха в рабочем помещении, выше интенсивность выполняемой

  1. работы.
  2. В производственных условиях гигиеническое значение имеет диапазон 0,76–70 мкм.

Источником инфракрасного излучения в производственных условиях являются нагретые поверхности слитков, чушек, листов, поковок, разливаемый жидкий металл, открытое пламя печей, сварочное пламя (при электро- и газосварке) и т. п.

  • По характеру излучения производственные источники тепла и лучистой энергии подразделяются на четыре основные группы:
  • 1) источники с температурой до 500°С – спектр содержит исключительно длинноволновое ИКИ;
  • 2) источники с температурой от 500 до 1 200 °С – в спектре содержится ИКИ-А, ИКИ-В, ИКИ-С, но появляется также видимое излучение слабой интенсивности, сначала красное, а затем белое;
  • 3) источники с температурой от 1 200 до 2 000 °С – спектр содержит как все виды ИКИ, так и видимое излучение высокой яркости;
  • 4) источники с температурой от 2 000 до 4 000 °С – спектр наряду с инфракрасным и видимым излучением содержит ультрафиолетовое излучение.

Интенсивность теплового излучения на рабочих местах может колебаться от 175 до 1 3956 Вт/м2. К горячим цехам относят цеха, в которых тепловыделение превышает 23 Дж/м2.

В литейных цехах (нагрев и обработка деталей) интенсивность излучения составляет 1392–3480 Вт/м2.

В производственных помещениях с большим тепловыделением (горячие цеха) доля тепла, приходящее на инфракрасное излучение, может составлять до 2/3 выделяемого тепла и только 1/3 составляет конвекционное тепло, т. е. тепло, передающееся при контакте с нагретым воздухом (табл. 2.1).

Таблица 2.1

Источник: https://megaobuchalka.ru/11/34857.html

Лекция 10 для студентов 1 курса, обучающихся по специальности 060103

1 лекция 10 для студентов 1 курса, обучающихся по специальности Педиатрия К.п.н., доцент Шилина Н.Г. Красноярск, 2012 Тема: Тепловое излучение. Люминесценция. Лазер. Кафедра медицинской и биологической физики

Читайте также:  Молекулярные орбитали метана - в помощь студенту

2 План лекции 1. Законы теплового излучения. Применение в медицине. 2. Люминесценция. Классификация. Способы получения. 3. Применение люминесценции в медицине и биологии. 4. Лазер. Принцип работы. Особенности лазерного излучения. 5. Применение лазеров в медицине.

  • 3 – это излучение нагретых тел, температура которых выше 0К. Тепловое излучение Ф(Вт) – поток излучения – энергетическая светимость
  • 4 Характеристики теплового излучения спектральная плотность энергетической светимости коэффициент поглощения
  • 5 Абсолютно черное тело
  • 6 Серое тело Тело, коэффициент поглощения которого меньше единицы и не зависит от длины волны света, падающего на него, называют серым. В природе серых тел нет Тело человека считают серым для инфракрасной области спектра ( α=0,9)
  • 7 Закон Кирхгофа ε λ – спектральная плотность энергетической светимости черного тела
  • 8 Законы излучения черного тела энергетическая светимость абсолютно черного тела
  • 9 Законы излучения черного тела закон Стефана-Больцмана закон (смещения) Вина постоянная Стефана-Больцмана постоянная Вина
  • 10 Формула Планка Черное тело излучает и поглощает энергию квантами — постоянная Планка — скорость света в вакууме — постоянная Больцмана
  • 11 Физические методы ПИРОМЕТРИЯ –измерение температуры тел посредством измерения их излучения ТЕРМОГРАФИЯ – измерение и регистрация теплового излучения поверхности тела человека или его отдельных участков

12 Теплообмен. Виды теплообмена. — передача энергии без совершения работы. Виды теплообмена организма с окружающей средой теплопроводность конвекция (15-20%) излучение (до 50%) испарение (до 30%)

13 Энергетический баланс организма ΔE = ΔQ + ΔA Потеря теплоты за счет: 1-теплопроводности+конвекции 370 ккал 2- испарения 510 ккал 3- излучения 850 ккал На совершение работы кКал

14 Применение теплового излучения в медицине 1.ИК–излучение — это электромагнитная волна в диапазоне от 0,76 мкм до 1-2 мм. а) светолечение: лампа Минина, лампа Соллюкс, светотепловые ванны; б) контактное приложение: грелка, парафин и т.п.

15 Применение теплового излучения в медицине 2. УФ–излучение — это электромагнитная волна в диапазоне от 400 нм до 10 нм. а) длинноволновое (А) — эритемное воздействие (загар); б) средневолновое (В) — образование витамина Д, антирахитное действие в) коротковолновое — бактериологическое действие

  1. 16 Термография
  2. 17
  3. 18 Люминесценция — излучение, избыточное над тепловым излучением тела при данной температуре, характеризующееся длительностью свечения, значительно превышающей период световых колебаний ( с)
  4. 19 Классификация по способу возбуждения : ионолюминесценция катодолюминесценция радиолюминесценция рентгенолюминесценция фотолюминесценция электролюминесценция биолюминесценция
  5. 20 Классификация по длительности свечения: флуоресценция (кратковременное послесвечение t = – c) фосфоресценция (длительное послесвечение t = – 10 4 c)
  6. 21 Энергетические переходы, вызывающие люминесценцию 1.Резонансная флуоресценция hνhν

22 2. В сложных органических молекулах 3. Метастабильный переход Без излучения hνhνhνhν λλ

  • 23 Фотолюминесценция. люминесценция возбуждение Е λ Спектр люминесценции сдвинут в сторону больших длин волн относительно спектра возбуждения – правило Стокса
  • 24 Антистоксово излучение hνhν hν>hν λ
  • 25 Антистоксова люминесценция Люминесценция Возбуждающая линия Антистоксово излучение

26 Хемилюминесценция: Возникает в химических реакциях. Происходит превращение химической энергии в световую. ВИДЫ: Митогенетическое излучение ( нм) Биолюминесценция ( нм) Сверхслабое свечение ( нм)

  1. 27 Использование люминесценции в биологии и медицине Люминесцентный качественный и количественный анализ Люминесцентные зонды и метки (флуоресцентная ангиография – контрастирование сосудов флуоресцином и их последующее фотографирование)
  2. 28 Использование люминесценции в биологии и медицине Проверка качества и сортировка пищевых продуктов Сортировка фармакологических средств Диагностика кожных заболеваний (поражение кожи, ногтей, волос грибками и лишаем)
  3. 29 Лазер Оптический квантовый генератор Лазер (аббревиатура от английского названия Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation усиление света с помощью вынужденного излучения).

30 Квантовые переходы между энергетическими уровнями с нижнего уровня на верхний (возбуждение). с верхнего уровня на нижний (релаксация). а) Спонтанное излучение б) Индуцированное излучение

31 Спонтанное излучение самопроизвольный переход атомов из возбужденного состояния на нижний энергетический уровень. Фотоны, испущенные отдельными атомами, имеют различные направления движения, различные частоты, фазы и плоскости поляризации. Так излучают обычные источники света.

32 Индуцированное излучение вынужденный переход возбужденного атома на нижний уровень.

33 Распределение атомов по энергетическим уровням В состоянии термодинамического равновесия определяется распределением Больцмана E 0, 1, 2, 3 — энергия атомов на соответствующем уровне. Длина линии каждого уровня пропорциональная числу атомов на нем

34 Инверсная населенность такое состояние среды, при котором число атомов на одном из верхних уровней больше, чем на нижнем. Состояние с инверсной населенностью можно создать, используя разные методы накачки. Активная среда среда, приведенная в состояние с инверсной населенностью.

35 Общий принцип действия лазера Любой лазер содержит 3 компонента: 1)рабочее тело, 2)система накачки, 3)оптический резонатор. 1 активная среда; 2 энергия накачки лазера; 3 непрозрачное зеркало; 4 полупрозрачное зеркало; 5 лазерный луч.

36 Система накачки устройство для приведения рабочего тела в активное состояние (создание инверсной населенности). Накачка может быть непрерывной или импульсной. 1. «Оптическая» накачка возбуждение интенсивным светом 2.Возбуждение газовой среды электрическим разрядом. 3.Электрический ток (полупроводниковые лазеры) или химические реакции

37 Процесс генерации излучения в лазерах Основное состояние Накачка Выход излучения Идуцированное излучение

38 Гелий-неоновый лазер Парциальные давления гелия и неона равны, соответственно, 1 мм рт. ст. и 0,1 мм рт. ст. Атомы неона являются излучающими (рабочими), атомы гелия вспомогательными, необходимыми для создания инверсной населенности атомов неона. λ = 632,8 нм.

  • 39 Высококогерентность Монохроматичность Высокая интенсивность Вт/см 2 Высокая яркость кд/м 2 яркость Солнца 10 9 кд/м 2 Давление Коллимированность (1) Поляризованность Особенности лазерного излучения
  • 40 Взаимодействие лазерного излучения с биообъектами невозмущающее воздействие (не оказывающее заметного действия на биообъект) фотохимическое действие (возбужденная лазером частица либо сама принимает участие в соответствующих химических реакциях, либо передает свое возбуждение другой частице, участвующей в химической реакции) фоторазрушение (за счет выделения тепла или ударных волн).
  • 41 Отражение и поглощение в коже Перераспределение энергии лазерного луча при прохождении через кожу: 1 роговой слой, 2 эпидермис, 3 дерма
  • 42 Воздействие мощного лазерного излучения при °С имеют место активация ферментов, образование отеков, изменение и, в зависимости от времени действия, гибель клеток, денатурация протеина, начало коагуляции и некрозы; при °С денатурация коллагена, дефекты мембраны; при 100 °С обезвоживание, выпаривание тканевой воды; свыше 150 °С обугливание; свыше 300° С выпаривание обезвоженной обугленной ткани, газообразование.

43 Использование лазерного излучения в диагностике 1. Интерферометрия 2. Голография 3. Нефелометрия 4. Эффект Доплера (в метод анемометрии) 5. Лазерная масс-спектроскопия.

Микропробы испаренного лазером вещества подвергают масс- спектральному анализу. 6. Лазерный анализ крови.

Лазерный луч, пропускаемый через узкий кварцевый капилляр, по которому прокачивается специально обработанная кровь, вызывает флуоресценцию клеток крови.

44 Использование лазерного излучения в терапии Терапия с помощью красного света.

Излучение He-Ne лазера с длиной волны 632,8 нм используется с противовоспалительной целью для лечения ран, язв, ишемической болезни сердца. Терапия с помощью синего света.

Лазерное излучение с длиной волны в синей области видимого света используется, например, для лечения желтухи новорожденных. Фотодинамическая терапия опухолей.

45 Использование лазерного излучения в хирургии Используется сфокусированный луч непрерывного СО 2 -лазера с λ = 10,6 мкм, мощность 2 · 10 3 Вт/см 2. Преимущества лазерной хирургии : бесконтактность селективность при выборе ткани бескровность (за счет коагуляции крови) микрохирургия тканей и клеток точно определенная глубина проникновения в ткань.

  1. 46 Лазерная сварка тканей сваривание одного из стволов крупного нерва, осуществляемого в контактном режиме с использованием припоя, который каплями из пипетки подается по месту сваривания для защиты от перегрева.
  2. 47 Лазерная эндоскопия Чтобы избежать больших открытых операций, лазерное излучение доставляется к месту воздействия с помощью волоконно-оптических световодов.
  3. 48 Лазерная имплантация зуба Гелий-неоновый Лазер Лазерная терапия может лечить псориаз Лазерная микрохирургия глаза
  4. 49 Заключение: В лекции рассмотрены: основные законы теплового излучения и его применение в медицине; понятие люминесценции и ее применение в медицине и биологии; лазеры и их использование в медицине.

50 Тест-контроль Ослабление интенсивности света при прохождении через вещество вследствие превращения световой энергии в другие виды называется: 1. дифракцией 2. интерференцией 3. поглощением 4. поляризацией.

51 РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА Обязательная: Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика: учебник. -М.: Дрофа, Дополнительная: Федорова В.Н. Краткий курс медицинской и биологической физики с элементами реабилитологии: учебное пособие. -М.: Физматлит, Антонов В.Ф. Физика и биофизика. Курс лекций: учебное пособие.-М.: ГЭОТАР-Медиа, Богомолов В.М.

Общая физиотерапия: учебник. -М.: Медицина, Самойлов В.О. Медицинская биофизика: учебник. -СПб.: Спецлит, Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике для самост. работы студентов /сост. О.Д. Барцева и др. Красноярск: Литера-принт, Сборник задач по медицинской и биологической физике: учебное пособие для самост.

работы студентов / сост. О.П.Квашнина и др. -Красноярск: тип.КрасГМА, Физика. Физические методы исследования в биологии и медицине: метод. указания к внеаудит. работе студентов по спец. – педиатрия / сост. О.П.Квашнина и др. -Красноярск: тип.КрасГМУ, Электронные ресурсы: ЭБС КрасГМУ Ресурсы интернет Электронная медицинская библиотека. Т.4. Физика и биофизика.

— М.: Русский врач, 2004.

52 БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ

Источник: http://www.myshared.ru/slide/266331/

Защита от теплового излучения

Описание: Даются разъяснения по вредному воздействию теплового излучения их нормированию и методам определения.

Лабораторная работа Защита от теплового излучения Цель работы – практическое ознакомление с теорией теплового инфракрасного излучения физической сущностью и инженерным расчетом теплоизоляции; с приборами для измерения тепловых потоков нормативными требованиями к тепловому излучению провести измерения интенсивности тепловых излучений в зависимости от расстояния до источника; ознакомление действием теплового излучения на человека; …

  • Дата добавления: 2014-06-18
  • Размер файла: 27.58 KB
  • Работу скачали: 67 чел.

Поделитесь работой в социальных сетях

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск

  1. 11
  2. КАМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ИНЖЕНЕРНО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ
  3. Кафедра электротехники и электроники
  4. Защита от теплового излучения

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

  • по лабораторной работы по курсу БЖД
  • Набережные Челны
  • 2006
  • УДК

Защита от теплового излучения: Методические указания к лабораторной работе по БЖД /Составители: И.М.Нуриев, Г.Ф.Юсупова Набережные Челны: КамПИ; 2004. – 15с.

Методические указания предназначены для студентов всех специальностей дневной и заочной формы обучения. Даются разъяснения по вредному воздействию теплового излучения, их нормированию и методам определения. Предлагается порядок проведения эксперимента и оформление полученных результатов.

Рецензент: док. технических наук, профессор кафедры МиТЛП Н.Н.Сафронов.

Печатается по решению научно-методического совета Камского государственного политехнического института

Лабораторная работа

  1. Защита от теплового излучения
  2. Цель работы – практическое ознакомление с теорией теплового (инфракрасного) излучения, физической сущностью и инженерным расчетом теплоизоляции;
  3. — с приборами для измерения тепловых потоков, нормативными требованиями к тепловому излучению, провести измерения интенсивности тепловых излучений в зависимости от расстояния до источника;
  4. —  ознакомление действием теплового излучения на человека;
  5. — научится оценивать эффективность защиты от теплового излучения с помощью экранов и воздушной завесы.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.

Лучистый теплообмен между телами представляет собой процесс распространения внутренней энергии, которая излучается нагретыми телами в виде электромагнитных волн в видимой и инфракрасной (ИК) области спектра.

Длина волны видимого излучения – от 0,38 до 0,77 мкм, инфракрасного – более 0,77 мкм.

Такое излучение называется тепловым (воспринимается человеком в виде тепла и имеет длину волн  = 0,78 — 1000 мкм) или лучистым излучением.

Воздух прозрачен (диатермичен) для теплового излучения, поэтому при прохождении лучистого тепла через воздух температура его не повышается. Тепловые лучи поглощаются предметами, нагревают их и они становятся излучателями тепла. Воздух, соприкасаясь с нагретыми телами, также нагревается и температура воздушной среды в производственных помещениях возрастает.

  • Интенсивность обмена тепловым излучением может быть определена по формуле Стефана — Больцмана:
  •                            (1)
  • где — интенсивность обмена тепловым излучением, Вт/м2;
  • — площадь излучающей поверхности, м2 (ориентировочно – 1,8 м2);
  • — температура излучающей поверхности, К;
  • — расстояние от  излучающей поверхности, м.
  • Из формулы (1) следует, что количество лучистой теплоты, поглощаемого телом человека, зависит от температуры источника излучения, площади излучающей поверхности и квадрата расстояния между излучающей поверхностью и телом человека.
  • Тепловой обмен организма человека с окружающей средой заключается во взаимосвязи между образованием тепла (термогенезом) в результате жизнедеятельности организма и отдачей им этого тепла во внешнюю среду.
  • Отдача теплоты осуществляется, в основном, тремя способами: конвекцией, излучением и испарением.
  • Передача теплоты ИК излучением является наиболее эффективным способом теплоотдачи и составляет в комфортных метеоусловиях 44 – 59% общей теплоотдачи. Тело человека излучает в диапазоне длин волн от 5 до 25 мкм с максимумом энергии на длине волны max = 9,3 мкм согласно закону Вина:
  • где С = 2880 мкм*К – постоянная величина, Т = 273,16 + tС – температура в К (Кельвин); tС = 36,6С – температура тела человека в С (Цельсий).

В производственных условиях, когда работающий человек окружен предметами, имеющими температуру, отличную от температуры тела человека, соотношение способов теплоотдачи может существенно изменяться. Отдача человеческим телом теплоты во внешнюю среду возможна лишь тогда, когда температура окружающих предметов ниже температуры тела человека.

В обратном случае, направление потока лучистой энергии меняется на противоположное, и уже тело человека будет получать извне дополнительную тепловую энергию.

Воздействие ИК лучей приводит к перегреву организма и тем быстрее, чем больше мощность излучения, выше температура и влажность воздуха в рабочем помещении, выше интенсивность выполняемой работы.

ИК – излучение, помимо усиления теплового воздействия окружающей среды на организм работающего, обладает специфическим влиянием. С гигиенической точки зрения важной особенностью ИК – излучения является его способность проникать в живую ткань на разную глубину.

Лучи длинноволнового диапазона (от 3мкм до 1мм) задерживаются в поверхностных слоях кожи уже на глубине 0,1 – 0,2 мм. По этому их физиологическое воздействие на организм проявляется, главным образом, в повышении температуры кожи и перегреве организма.

Лучи коротковолнового диапазона (от 0,78 до 1,4мкм) обладают способностью проникать в ткани человеческого организма на несколько сантиметров.

Такое ИК — излучение легко проникает через кожу и черепную коробку в мозговую ткань и может воздействовать на клетки головного мозга, вызывая его тяжелые поражения.

В частности, ИК — излучение может привести к возникновению специфического заболевания – теплового удара, проявляющегося в головной боли, головокружении, учащении пульса, ускорении дыхания, падении сердечной деятельности, потере сознания и др.

При облучении коротковолновыми ИК — лучами наблюдается повышение температуры легких, почек, мышц, и других органов. В крови, лимфе, спинномозговой жидкости появляются активные специфические биологические вещества, наблюдаются нарушения обменных процессов, изменяются функциональное состояние центральной нервной системы.

Источник: http://refleader.ru/merpoljge.html

Ссылка на основную публикацию