Взаємодія світла з речовиною Теплове випромінювання. Основи фотометрії


НазваВзаємодія світла з речовиною Теплове випромінювання. Основи фотометрії
Дата конвертації01.05.2013
Розмір445 b.
ТипЗакон


Взаємодія світла з речовиною Теплове випромінювання. Основи фотометрії


  • к.фіз.-мат.н., доц. Дідух В.Д. didukh@tdmu.edu.te.ua Кафедра медичної інформатики з фізикою Тернопільський державний медичний університет ім. І.Я. Горбачевського



План лекції

  • 1.Взаємодія світла з речовиною

  • 2.Теплове випромінювання

  • 1. Характеристика теплового випромінювання

  • 2. Закони випромінювання.

  • 3. Заcтосування інфрачервоного і ультрафіолетового випромінюваннь.

  • 3.Основи фотометрії

  • 1. Світловий потік.

  • 2. Сила світла і освітленість.

  • 3. Закони освітленості.

  • 4. Свiтимiсть джерел.

  • 5. Одиниці вимірювання світлових величин.



Поглинання світла

  • Світлова хвиля, проходячи через речовину, поступово затухає. Цей процес супроводжується поглинанням енергії. Чим більше атомів і молекул зустрінеться на шляху світлового потоку, тим більше світло буде поглинатися. Певна частина енергії хвилі переходить в інші види енергії. Відбувається підвищення інтенсивності теплового руху атомів і молекул (тепловий ефект), а також процеси іонізації і збудження атомів, фотохімічні реакції.

  • Перехід енергії світлової хвилі у інші види внутрішньої енергії речовини називають поглинанням світла.



Поглинання світла шаром речовини



Виведення закону Бугера



Закон Бугера



Закон Бера та Бугера-Бера



Коефіцієнт пропускання та оптична густина



Концентраційна колориметрія



Фотоелектроколориметр



Спектр поглинання

  • Залежність оптичної густини від довжини хвилі називають спектром поглинання. Графік цієї залежності являє собою криву з максимумами в певних інтервалах довжин хвиль, у яких відбувається сильне поглинання. У білків максимум поглинання припадає на довжину хвилі 280 нм, у нуклеїнових кислот- 260 нм, хлорофіл а має два максимуми поглинання в інтервалах 400-440 нм і 600-630 нм, тобто майже у всьому діапазоні видимого світла, крім зеленого. Тому листя рослин мають зелене забарвлення.



Фізичні явища, що супроводжуються поглинанням світла

  • Безвипромінювальний перехід.

  • Фотохімічна реакція, обумовлена збудженням молекули фотонами.

  • Люмінесценція - перехід електронів в основний стан в молекулі з випромінюванням фотона (фотонів).



Пристрій, що призначений для реєстрації спектрів поглинання, називається спектофотометром



Дисперсійні призми використовуються в спектральних приладах для просторового розділення випромінювань різних довжин хвиль.



Характеристика теплового випромінювання

  • Середню потужність випромінювання за час значно більший періоду світлових коливань приймають за потік випромінювання Ф. Потік енергії, що випромінюється 1м поверхні тіла, називається енергетичною світимістю R, або випромінювальною здатністю R. Вона виражається у ватах на м2.



Енергетична світимість

  • Нагріте тіло випромінює хвилі різної довжини хвилі. Виділимо певний інтервал довжини хвилі від λ до +∆λ . Енергетична світимість, що відповідає цьому інтервалу, пропорційна його ширині.



Повна енергетична світимість

  • Проінтегрувавши попереднє рівняння знаходимо повну енергетичну світимість у всьому інтервалі довжин хвиль:



Коефіцієнт поглинання

  • Здатність тіла поглинати енергію випромінювання характеризується коефіцієнтом поглинання, рівним відношенню поглинутого тілом потоку випромінювання до падаючого потоку:



Монохроматичний коефіцієнт поглинання

  • Коефіцієнт поглинання залежить від довжини хвилі, то потрібно ввести поняття монохроматичного коефіцієнта поглинання:



Абсолютно чорне та сіре тіло

  • Тіло, коефіцієнт поглинання якого дорівнює 1 для всіх частот називається абсолютно чорним. Сірим називається тіло, коефіцієнт поглинання якого менше від 1. Для тіла людини приймають



Модель абсолютно чорного тіла



2. Закони випромінювання.



Закон Стефана-Больцмана

  • Зв’язок між енергетичною світимістю і температурою встановлює закон Стефана-Больцмана (енергетична світимість абсолютно чорного тіла пропорційна четвертому степені його температури):



Спектральний розподіл r(λ, T) випромінювання чорного тіла при різних температурах



Закон зміщення Віна

  • Довжина хвилі, на яку припадає максимум енергетичної світимості визначається за законом зміщення Віна:

  • b = 2,898·10–3 м·К – стала Віна



Висновок із закону Віна

  • Із закону зміщення Віна слідує, що зі збільшенням температури, максимум енергетичної світимості зміщується в бік коротких довжин хвиль.



Спектри поглинання: 1 – Сонця, 2 - водню, 3 - гелію, 4 - Сиріуса (біла зоря)



Формула Релея–Джинса



Порівняння закону розподілу енергії по довжинам хвиль



Густина енергетичної світимості

  • На основі уявлень про квантовий характер теплового випромінювання Планк отримав наступний вираз для густини енергетичної світимості абсолютно чорного тіла:



Реєстрація інфрачервоного випромінювання

  • На реєстрації інфрачервоного випромінювання, що випромінюється шкірою людини, базуються сучасні термографічні прилади, які називаються тепловізорами.



Реєстрація інфрачервоного випромінювання

  • На екрані тепловізора виникає теплова картина, на якій більш світлі ділянки відповідають поверхням тіла з підвищеною температурою, що значно полегшує встановлення діагнозу хвороби.



Реєстрація інфрачервоного випромінювання

  • Фотографування в інфрачервоних променях сприяє діагностуванню шкірних та судинних захворювань.



Ультрафіолетове випромінювання

  • Ультрафіолетове випромінювання охоплює область довжин хвиль від 380 нм (межа видимого світла) і до 10 нм (межа рентгенівського випромінювання).

  • Воно підрозділяється на дальнє (200-10 нм) і ближнє (380-200 нм)



Поглинання ультрафіолетового випромінювання

  • Ультрафіолетове випромінювання (УФ) поглинається склом, але при довжині хвилі більше 200 нм проходить через кварц, кам’яну сіль і спеціальне скло. При довжинах меньше 200 нм випромінювання поглинається тонким шаром довільної речовини, навіть повітрям.



Дія ультрафіолетового випромінювання

  • У тканини організму УФ проникає на 0,1-1 мм і викликає при цьому сильну біологічну реакцію, що проявляється у вигляді еритеми.

  • Еритемою називають інтенсивне почервоніння шкіри, яке проявляється через 6-12 годин після опромінення, пізніше воно переходить у світло-коричневу пігментацію – загар.



Дія УФ опромінення

  • Під дією УФ опромінення утворюється вітаміну Д, який сприяє всмоктуванню з кишечника і засвоєння кальцію, що входить у склад кісток і виконує ряд суттєвих фізіологічних функцій.

  • Вітамін Д утворюється у організмі під дією УФ з довжинами хвиль від 280 до 315 нм.



Зони ультрафіолетового випромінювання

  • Зона А – антирахітна. Довжина хвилі від 400 до 315 нм; відрізняється зміцнюючою і загартовуючою організм дією. Використовується в гігієнічних і профілактичних цілях.



Зони ультрафіолетового випромінювання

  • Зона В – еритемна. Довжина хвилі від 315 до 280 нм;, що характеризується еритемною дією, найбільше виражена при довжині хвилі 296,7 нм. Використовується з лікувальною метою.



Зони ультрафіолетового випромінювання

  • Зона С – бактерицидна. Довжина хвилі від 280 до 200 нм, що відрізняється бактерицидною дією, яка найбільше виражена при довжині хвилі 253,7 нм. Використовується в якості засобів дезинфекції.



4. Явище люмінесценції











Фотометрія

  • Розділ оптики, що вивчає методи і прийоми вимірювання енергії, яку переносять електромагнітні світлові хвилі, називається фотометрією.



Світловий потік

  • Світловим потоком Ф називається потужність видимого випромінювання, оцінюваного за зоровим відчуттям.



Спектральна чутливість

  • Відношення світлового потоку до потоку випромінювання залежить від довжини хвилі і називається спектральною чутливістю U .



Залежність відносної спектральної чутливості U людського ока від довжини хвилі 



Точкове джерело світла

  • Точковим джерелом світла називається джерело, лінійні розміри якого значно менші від відстані між ним і точкою спостереження.



Сила світла

  • Силою світла називають величину світлового потоку Ф усередині тілесного кута до величини цього кута. Якщо точкове джерело рівномірно випромінює світло у всіх напрямках, то:

  • де Ф - потужність джерела у всіх напрямках.



Освітленість

  • Освітленість - це величина світлового потоку, що падає на одиницю площі:



Освітленість

  • Освітленість площадки S перпендикулярної до осі світлового потоку, визначається силою світла i і відстанню R вiд точкового джерела до площадки S:



Порівняння освітленості площадок

          • Порівнюючи освітленості площадок, розташованих на різних відстанях від точкового джерела, знайдемо:


Свiтимiсть

  • Свiтимiсть - це величина, рiвна вiдношенню свiтлового потоку Ф, яке випромiнює поверхня джерела до площi S , цiєї поверхнi:



Яскравiсть

  • Яскравiстю B у напрямку  називається величина, що рiвна вiдношенню сили свiтла I у цьому напрямку до площi проекцiї S свiтної поверхнi на площину, перпендикулярну напрямку спостереження:

  • де площина проекцiї S =S cos , S - площа поверхнi.



Сила світла

  • Сила світла - одна з основних величин міжнародної системи одиниць СІ; вона вимірюється в канделах (кд) і позначається через І. Кандела рівна силі світла у заданому напрямку, що випромінює монохроматичне випромінювання частотою 540·1012 Гц, сила випромінювання якого у цьому напрямку складає



Одиниці вимірювання світлового потоку

  • За одиницю світлового потоку взято люмен (лм). Люмен рівний світловому потоку, який випромінює джерело всередині одиничного тілесного кута 1 ср при силі світла 1 кд.



Одиниці вимірювання освітленості

  • Одиницею вимірювання освітленості являється люкс (лк). Люкс рівний освітленості поверхні площею 1м при падаючому на неї світловому потоку 1 лм.



Використана література

  • 1. Ємчик Л.Ф., Кміт Я.М. Медична і біологічна фізика: Підруч.-Львів: Світ, 2003.- 592 с.

  • 2. Марценюк В.П., Дідух В.Д., Ладика Р.Б., Баранюк І.О., Сверстюк А.С., Сорока І.С. Підручник „Медична біофізика і медична аппаратура” Тернопіль: Укрмедкнига, 2008, 355 с.

  • 3. Зисман Г.А., Курс общей физики. / Г.А. Зисман, О.М. Тодес //– М.: Наука, 1972. 366 с.

  • 4. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. / А.Н. Ремизов // - М.: Высшая школа, 1987. – 634 с.

  • 5. Чалий О.В. Медична і біологічна фізика в 2-ох томах. / О.В. Чалий //– К.:ВІПОЛ, 2001 – 840 с.

  • 6. Яворський Б.М., Курс фізики ч.ІІ, / Б.М. Яворський, А.А. Детлаф, Л.Б. Милковська // - К.: Вища школа, 1972. 345 с.



Контрольні запитання

  • Закон Бугера – Бера.

  • Зв’язок між коефіцієнтом пропускання середовища і його оптичною густиною.

  • Закон Релея.

  • Закони теплового випромінювання

  • Інфрачервоне та ультрафіолетове випромінювання.



  • 1. Ємчик Л.Ф., Кміт Я.М. Медична і біологічна фізика: Підруч.-Львів: Світ, 2003.- 592 с.

  • 2. Марценюк В.П., Дідух В.Д., Ладика Р.Б., Баранюк І.О., Сверстюк А.С., Сорока І.С. Підручник „Медична біофізика і медична аппаратура” Тернопіль: Укрмедкнига, 2008, 355 с.

  • 3. Зисман Г.А., Курс общей физики. / Г.А. Зисман, О.М. Тодес //– М.: Наука, 1972. 366 с.

  • 4. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. / А.Н. Ремизов // - М.: Высшая школа, 1987. – 634 с.

  • 5. Чалий О.В. Медична і біологічна фізика в 2-ох томах. / О.В. Чалий //– К.:ВІПОЛ, 2001 – 840 с.

  • 6. Яворський Б.М., Курс фізики ч.ІІ, / Б.М. Яворський, А.А. Детлаф, Л.Б. Милковська // - К.: Вища школа, 1972. 345 с.





Схожі:

Взаємодія світла з речовиною Теплове випромінювання. Основи фотометрії iconВзаємодія світла з речовиною Теплове випромінювання. Основи фотометрії План лекції Взаємодія світла з речовиною
Певна частина енергії хвилі переходить в інші види енергії. Відбувається підвищення інтенсивності теплового руху атомів і молекул...
Взаємодія світла з речовиною Теплове випромінювання. Основи фотометрії iconВзаємодія світла з речовиною Теплове випромінювання. Основи фотометрії
Кафедра медичної інформатики з фізикою Тернопільський державний медичний університет ім. І. Я. Горбачевського
Взаємодія світла з речовиною Теплове випромінювання. Основи фотометрії iconТеплове випромінювання. Основи фотометрії План лекції Теплове випромінювання
Середню потужність випромінювання за час значно більший періоду світлових коливань приймають за потік випромінювання Ф. Потік енергії,...
Взаємодія світла з речовиною Теплове випромінювання. Основи фотометрії iconТеплове випромінювання План лекції Основи фотометрії
...
Взаємодія світла з речовиною Теплове випромінювання. Основи фотометрії iconТеплове випромінювання План лекції Основи фотометрії
...
Взаємодія світла з речовиною Теплове випромінювання. Основи фотометрії iconТеплове випромінювання Электролюмінесценція

Взаємодія світла з речовиною Теплове випромінювання. Основи фотометрії iconФізичні принципи оптичної мікроскопії, сахариметрії, рефрактометрії
О птика вивчає світлові явища і закони, встановлені для них, взаємодію світла з речовиною, питання природи світла
Взаємодія світла з речовиною Теплове випромінювання. Основи фотометрії iconФізичні принципи оптичної мікроскопії, сахариметрії, рефрактометрії Шкала електромагнiтних хвиль
О птика вивчає світлові явища і закони, встановлені для них, взаємодію світла з речовиною, питання природи світла
Взаємодія світла з речовиною Теплове випромінювання. Основи фотометрії iconФотон. Тиск світла. Корпускулярно-хвильовий дуалізм Фотон Квант світла – порція світлового випромінювання
Тиск світла тиск, який чинять світлові хвилі на поверхню на яку вони потрапляють
Взаємодія світла з речовиною Теплове випромінювання. Основи фотометрії iconФізичні принципи оптичної мікроскопії, сахариметрії, рефрактометрії План лекції Основні закони геометричної оптики
О птика вивчає природу світла, світлові явища і закони, встановлені для них і взаємодію світла з речовиною

Додайте кнопку на своєму сайті:
dok.znaimo.com.ua


База даних захищена авторським правом ©dok.znaimo.com.ua 2013
звернутися до адміністрації
dok.znaimo.com.ua
Головна сторінка