БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Кафедра ЭТТ
РЕФЕРАТ
На тему:
«ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ»
Минск, 2008
СОДЕРЖАНИЕ
1. Тепловое излучение
2. Законы излучения абсолютно черного тела
3. Понятие об оптической пирометрии
1. Тепловое излучение
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:
Закон Вина:
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:
где aТ = ЕТ/eТ — степень черноты тела при температуре Т. Так как aТ£1, то Т ³Тр. Цветовой температурой Т, нечерного тела называют температуру Т такого черного тела, которое имеет распределение энергии в спектре, наиболее близкое к распределению энергии испытуемого тела при данной температуре. Ее измерение сводится к определению значений лучеиспускательной (Еl, Т) и поглощательной (Аl, Т) способностей исследуемого тела для двух различных длин поли l1и l2. Тогда в соответствии с упрощенной формулой Планкасправедливой при lТ<<hc/k,
Для серых тел Al1T = Al2T, и Тв = Т. Для тел, сильно отличающихся от серых (например, обладающих селективным поглощением и испусканием), понятие цветовой температуры не имеет смысла.
Яркостной температурой Тя тела называют температуру абсолютно черного тела, спектральная плотность энергетической яркости которого для длины волны l0 (обычно l0 = 660 нм) равна спектральной плотности энергетической яркости исследуемого тела для той же длины волны и в направлении нормали к его поверхности.
Спектральная плотность энергетической яркости излучающего тела температуры Т:
где dBд — энергия, излучаемая с единицы площади поверхности тела за единицу времени в интервале длин волн от l до l+dl в единичный телесный угол в заданном направлении. Для излучающего тела, подчиняющегося закону Ламберта (стр. 651), где Еl, Т — лучеиспускательная способность тела. В частности, для абсолютно черного телаЛИТЕРАТУРА
1. Кноль М., Эйхмейер И. Техническая электроника, т. 1. Физические основы электроники. Вакуумная техника.—М.: Энергия, 2001.
2. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике.—М., Наука, 1978 — 944 с.
3. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Оптика.—М.: Наука, 1999 — 752 с.
4. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. В 2-х кн.—М.: Мир, 2004.
www.ronl.ru
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Кафедра ЭТТ
РЕФЕРАТ
На тему:
«ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ»
Минск, 2008
СОДЕРЖАНИЕ
1. Тепловое излучение
2. Законы излучения абсолютно черного тела
3. Понятие об оптической пирометрии
1. Тепловое излучение
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:
Закон Вина:
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:
где aТ = ЕТ/eТ — степень черноты тела при температуре Т. Так как aТ£1, то Т ³Тр. Цветовой температурой Т, нечерного тела называют температуру Т такого черного тела, которое имеет распределение энергии в спектре, наиболее близкое к распределению энергии испытуемого тела при данной температуре. Ее измерение сводится к определению значений лучеиспускательной (Еl, Т) и поглощательной (Аl, Т) способностей исследуемого тела для двух различных длин поли l1и l2. Тогда в соответствии с упрощенной формулой Планкасправедливой при lТ<<hc/k,
Для серых тел Al1T = Al2T, и Тв = Т. Для тел, сильно отличающихся от серых (например, обладающих селективным поглощением и испусканием), понятие цветовой температуры не имеет смысла.
Яркостной температурой Тя тела называют температуру абсолютно черного тела, спектральная плотность энергетической яркости которого для длины волны l0 (обычно l0 = 660 нм) равна спектральной плотности энергетической яркости исследуемого тела для той же длины волны и в направлении нормали к его поверхности.
Спектральная плотность энергетической яркости излучающего тела температуры Т:
где dBд — энергия, излучаемая с единицы площади поверхности тела за единицу времени в интервале длин волн от l до l+dl в единичный телесный угол в заданном направлении. Для излучающего тела, подчиняющегося закону Ламберта (стр. 651), где Еl, Т — лучеиспускательная способность тела. В частности, для абсолютно черного телаЛИТЕРАТУРА
1. Кноль М., Эйхмейер И. Техническая электроника, т. 1. Физические основы электроники. Вакуумная техника.—М.: Энергия, 2001.
2. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике.—М., Наука, 1978 — 944 с.
3. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Оптика.—М.: Наука, 1999 — 752 с.
4. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. В 2-х кн.—М.: Мир, 2004.
www.ronl.ru
ШКАЛА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ
Мы знаем, что длина электромагнитных волн бывает самой различной: от значений порядка 103 м (радиоволны) до 10-8 см (рентгеновские лучи). Свет составляет ничтожную часть широкого спектра электромагнитных волн. Тем не менее именно при изучении этой малой части спектра были открыты другие излучения с необычными свойствами.
Принципиального различия между отдельными излучениями нет. Все они представляют собой электромагнитные волны, порождаемые ускоренно движущимися заряженными частицами. Обнаруживаются электромагнитные волны в конечном счете по их действию на заряженные частицы. В вакууме излучение любой длины волны распространяются со скоростью 300000 км/с. Границы между отдельными областями шкалы излучений весьма условны.
Излучения различной длины волны отличаются друг от друга по способу их получения (излучение антенны, тепловое излучение, излучение при торможении быстрых электронов и др.) и методам регистрации.
Все перечисленные виды электромагнитного излучения порождаются также космическими объектами и успешно исследуются с помощью ракет, искусственных спутников Земли и космических кораблей. В первую очередь это относится к рентгеновскому и гамма-излучениям, сильно поглощаемым атмосферой.
По мере уменьшения длины волны количественные различия в длинах волн приводят к существенным качественным различиям.
Излучения различной длины волны очень сильно отличаются друг от друга по поглощению их веществом. Коротковолновые излучения (рентгеновское и особенно g-лучи) поглощаются слабо. Непрозрачные для волн оптического диапазона вещества прозрачны для этих излучений. Коэффициент отражения электромагнитных волн также зависит от длины волн. Но главное различие между длинноволновым и коротковолновым излучениями в том, что коротковолновое излучение обнаруживает свойства частиц.
Радиоволны
n= 105—1011 Гц, l»10-3—103 м.
Получают с помощью колебательных контуров и макроскопических вибраторов.
Свойства: Радиоволны различных частот и с различными длинами волн по-разному поглощаются и отражаются средами, проявляют свойства дифракции и интерференции.
Применение: Радиосвязь, телевидение, радиолокация.
Инфракрасное излучение (тепловое)
n=3*1011—4*1014 Гц, l=8*10-7—2*10-3 м.
Излучается атомами и молекулами вещества. Инфракрасное излучение дают все тела при любой температуре. Человек излучает электромагнитные волны l»9*10-6 м.
Свойства:
1. Проходит через некоторые непрозрачные тела, также сквозь дождь, дымку, снег.
2. Производит химическое действие на фотопластинки.
3. Поглощаясь веществом, нагревает его.
4. Вызывает внутренний фотоэффект у германия.
5. Невидимо.
6. Способно к явлениям интерференции и дифракции.
Регистрируют тепловыми методами, фотоэлектрическими и фотографическими.
Применение: Получают изображения предметов в темноте, приборах ночного видения (ночные бинокли), тумане. Используют в криминалистике, в физиотерапии, в промышленности для сушки окрашенных изделий, стен зданий, древесины, фруктов.
Видимое излучение
Часть электромагнитного излучения, воспринимаемая глазом (от красного до фиолетового):
n=4*1014—8*1014 Гц, l=8*10-7—4*10-7 м.
Свойства: Отражается, преломляется, воздействует на глаз, способно к явлениям дисперсии, интерференции, дифракции.
Ультрафиолетовое излучение
n=8*1014—3*1015 Гц, l=10-8—4*10-7 м (меньше, чем у фиолетового света).
Источники: газоразрядные лампы с трубками из кварца (кварцевые лампы).
Излучается всеми твердыми телами, у которых t>1000оС, а также светящимися парами ртути.
Свойства: Высокая химическая активность (разложение хлорида серебра, свечение кристаллов сульфида цинка), невидимо, большая проникающая способность, убивает микроорганизмы, в небольших дозах благотворно влияет на организм человека (загар), но в больших дозах оказывает отрицательное биологическое воздействие: изменения в развитии клеток и обмене веществ, действие на глаза.
Применение: В медицине, в промышленности.
Рентгеновские лучи
Излучаются при большом ускорении электронов, например их торможение в металлах. Получают при помощи рентгеновской трубки: электроны в вакуумной трубке (p=10-3—10-5 Па) ускоряются электрическим полем при высоком напряжении, достигая анода, при соударении резко тормозятся. При торможении электроны движутся с ускорением и излучают электромагнитные волны с малой длиной (от 100 до 0,01нм).
Свойства: Интерференция, дифракция рентгеновских лучей на кристаллической решетке, большая проникающая способность. Облучение в больших дозах вызывает лучевую болезнь.
Применение: В медицине (диагностика заболеваний внутренних органов), в промышленности (контроль внутренней структуры различных изделий, сварных швов).
g-Излучение
n=3*1020 Гц и более, l=3,3*10-11 м.
Источники: атомное ядро (ядерные реакции).
Свойства: Имеет огромную проникающую способность, оказывает сильное биологическое воздействие.
Применение: В медицине, производстве (g-дефектоскопия).
Вывод
Вся шкала электромагнитных волн является свидетельством того, что все излучения обладают одновременно квантовыми и волновыми свойствами. Квантовые и волновые свойства в этом случае не исключают, а дополняют друг друга. Волновые свойства ярче проявляются при малых частотах и менее ярко — при больших. И наоборот, квантовые свойства ярче проявляются при больших частотах и менее ярко — при малых. Чем меньше длина волны, тем ярче проявляются квантовые свойства, а чем больше длина волны, тем ярче проявляются волновые свойства. Все это служит подтверждением закона диалектики (переход количественных изменений в качественные).
www.ronl.ru
ШКАЛА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ
Мы знаем, что длина электромагнитных волн бывает самой различной: от значений порядка 103 м (радиоволны) до 10-8 см (рентгеновские лучи). Свет составляет ничтожную часть широкого спектра электромагнитных волн. Тем не менее именно при изучении этой малой части спектра были открыты другие излучения с необычными свойствами.
Принципиального различия между отдельными излучениями нет. Все они представляют собой электромагнитные волны, порождаемые ускоренно движущимися заряженными частицами. Обнаруживаются электромагнитные волны в конечном счете по их действию на заряженные частицы. В вакууме излучение любой длины волны распространяются со скоростью 300000 км/с. Границы между отдельными областями шкалы излучений весьма условны.
Излучения различной длины волны отличаются друг от друга по способу их получения (излучение антенны, тепловое излучение, излучение при торможении быстрых электронов и др.) и методам регистрации.
Все перечисленные виды электромагнитного излучения порождаются также космическими объектами и успешно исследуются с помощью ракет, искусственных спутников Земли и космических кораблей. В первую очередь это относится к рентгеновскому и гамма-излучениям, сильно поглощаемым атмосферой.
По мере уменьшения длины волны количественные различия в длинах волн приводят к существенным качественным различиям.
Излучения различной длины волны очень сильно отличаются друг от друга по поглощению их веществом. Коротковолновые излучения (рентгеновское и особенно g-лучи) поглощаются слабо. Непрозрачные для волн оптического диапазона вещества прозрачны для этих излучений. Коэффициент отражения электромагнитных волн также зависит от длины волн. Но главное различие между длинноволновым и коротковолновым излучениями в том, что коротковолновое излучение обнаруживает свойства частиц.
Радиоволны
n= 105—1011 Гц, l»10-3—103 м.
Получают с помощью колебательных контуров и макроскопических вибраторов.
Свойства: Радиоволны различных частот и с различными длинами волн по-разному поглощаются и отражаются средами, проявляют свойства дифракции и интерференции.
Применение: Радиосвязь, телевидение, радиолокация.
Инфракрасное излучение (тепловое)
n=3*1011—4*1014 Гц, l=8*10-7—2*10-3 м.
Излучается атомами и молекулами вещества. Инфракрасное излучение дают все тела при любой температуре. Человек излучает электромагнитные волны l»9*10-6 м.
Свойства:
1. Проходит через некоторые непрозрачные тела, также сквозь дождь, дымку, снег.
2. Производит химическое действие на фотопластинки.
3. Поглощаясь веществом, нагревает его.
4. Вызывает внутренний фотоэффект у германия.
5. Невидимо.
6. Способно к явлениям интерференции и дифракции.
Регистрируют тепловыми методами, фотоэлектрическими и фотографическими.
Применение: Получают изображения предметов в темноте, приборах ночного видения (ночные бинокли), тумане. Используют в криминалистике, в физиотерапии, в промышленности для сушки окрашенных изделий, стен зданий, древесины, фруктов.
Видимое излучение
Часть электромагнитного излучения, воспринимаемая глазом (от красного до фиолетового):
n=4*1014—8*1014 Гц, l=8*10-7—4*10-7 м.
Свойства: Отражается, преломляется, воздействует на глаз, способно к явлениям дисперсии, интерференции, дифракции.
Ультрафиолетовое излучение
n=8*1014—3*1015 Гц, l=10-8—4*10-7 м (меньше, чем у фиолетового света).
Источники: газоразрядные лампы с трубками из кварца (кварцевые лампы).
Излучается всеми твердыми телами, у которых t>1000оС, а также светящимися парами ртути.
Свойства: Высокая химическая активность (разложение хлорида серебра, свечение кристаллов сульфида цинка), невидимо, большая проникающая способность, убивает микроорганизмы, в небольших дозах благотворно влияет на организм человека (загар), но в больших дозах оказывает отрицательное биологическое воздействие: изменения в развитии клеток и обмене веществ, действие на глаза.
Применение: В медицине, в промышленности.
Рентгеновские лучи
Излучаются при большом ускорении электронов, например их торможение в металлах. Получают при помощи рентгеновской трубки: электроны в вакуумной трубке (p=10-3—10-5 Па) ускоряются электрическим полем при высоком напряжении, достигая анода, при соударении резко тормозятся. При торможении электроны движутся с ускорением и излучают электромагнитные волны с малой длиной (от 100 до 0,01нм).
Свойства: Интерференция, дифракция рентгеновских лучей на кристаллической решетке, большая проникающая способность. Облучение в больших дозах вызывает лучевую болезнь.
Применение: В медицине (диагностика заболеваний внутренних органов), в промышленности (контроль внутренней структуры различных изделий, сварных швов).
g-Излучение
n=3*1020 Гц и более, l=3,3*10-11 м.
Источники: атомное ядро (ядерные реакции).
Свойства: Имеет огромную проникающую способность, оказывает сильное биологическое воздействие.
Применение: В медицине, производстве (g-дефектоскопия).
Вывод
Вся шкала электромагнитных волн является свидетельством того, что все излучения обладают одновременно квантовыми и волновыми свойствами. Квантовые и волновые свойства в этом случае не исключают, а дополняют друг друга. Волновые свойства ярче проявляются при малых частотах и менее ярко — при больших. И наоборот, квантовые свойства ярче проявляются при больших частотах и менее ярко — при малых. Чем меньше длина волны, тем ярче проявляются квантовые свойства, а чем больше длина волны, тем ярче проявляются волновые свойства. Все это служит подтверждением закона диалектики (переход количественных изменений в качественные).
www.ronl.ru
Введение
Промышленная революция XIX века обусловило не только бурное развитие человечества, но и породило множество проблем, которые мы получили в наследство. Одна из них глобализация социально-экономических процессов. С этим мы входим в XXI в.
Если мысленно перелистать историю человеческих цивилизаций на нашей, то станут ясными корни проблемы. Во все времена экономическое развитие поселений. городов, стран и цивилизаций в целом сопровождалось трансформацией окружающей природной среды. Это происходило как в результате ее физического истребления и создания новых форм взаимодействия живого и не живого в природе ( растениеводстве, животноводстве), так и максимизацией интенсивности естественных процессов, приводящих к истощению природных ресурсов (охота, рыболовство, добыча и преобразование минеральных ресурсов). Все это сопровождалось загрязнением окружающей среды разнообразными отходами человеческой деятельности, возрастающим потреблением питьевой воды и непрерывным сведением лесов.
Ход развития нынешней цивилизации естественным образом привел в 1972 г. к Стокгольмской конференции, когда впервые представили 113 стран собрались с единственной целью — обсудить клубок проблем, связанных с ухудшающимися состояниями окружающей среды. Уже стало понятным, что слова об общем доме для всех землян имеют под собой более чем трагичную подоплеку: речь шла о выживании человечества, так как тот путь экономического развития, которым в свое время пошли ныне развитые преуспевающие страны, при экстраполяции на страны Азии, Южной Америки и Тихоокеанского региона приведет к гибели человеческой цивилизации в целом.
В 1983 г. Организация Объединенных Наций создала Всемирную комиссию по окружающей среде и развитию. Комиссию возглавила Премьер-министр Норвегии госпожа Гру Харлем Брундтланд. Подготовленный спустя 4 года этой комиссией доклад «Наше общее будущее» констатировал, что развитие мировой экономики должно вписываться в пределы экологических возможностей нашей планеты. Соответственно, экономика каждой отдельно взятой страны, не может устойчиво развиваться, если не будет учитывать экологические ограничения своего развития.
Сформулированная комиссией Брундланд задача стала принципиально новой в истории Земли: устойчивое экономическое развитие — безопасное для окружающей среды. В своей речи в ООН при представлении доклада госпожа Брудтланд сказала, в частности, что «большая свобода рынка предполагает большую ответственность». Это в равной мере относится к странам, давно живущим в соответствии с условиями рыночной экономики, так и к только входящим в них.
Таким образом, количественные изменения в мире сопутствовали возникновению нового качества в миропонимании. Успех экономического развития, определявшийся количеством денег, который он приносил, сменился качественно новым подходом, Природные ресурсы должны иметь цену, компенсирующую затраты на восстановление окружающей среды и на возвращение ей способности самовосстановления.
Поэтому особую актуальность приобретает совокупность идей и подходов, условно называемых «экологический менеджмент». Именно этому кругу проблем и посвящен последний, 4-й пакет нашего цикла. Этот термин не подразумевает, что люди могут и должны управлять окружающей средой. В предыдущих пакетах мы смогли убедиться в том, что антропоцентрическая точка зрения о доминировании человека над природой сейчас теряет свою популярность. Люди просто должны жить в гармонии с природой. Помня об этом, экологический менеджмент следует понимать как «менеджмент антропогенной деятельности для обеспечения сосуществования с окружающей средой». Важную роль в этом сосуществовании играет Мониторинг окружающей среды
Мониторинг окружающей среды — организованная сеть наблюдений для сбора данных о состоянии окружающей среды. Одной из главных задач служит накопления и обработка результатов сбора информации о состоянии окружающей среды. Мониторинг включает в себя регистрацию метеорологических и других природных явлениях, определения видов загрязнения, их истоков, контроль за соблюдением санитарной — гигиенических нормативов, разработка краткосрочных и долгосрочных прогнозов. Экологические мероприятия, установления оптимальных норм сброса отходов определения потенциальных источников загрязнения.
1. Основные понятия и определения
Радиоактивность — самопроизвольное превращение неустойчивого нуклида в другой нуклид, сопровождающейся испусканием ионизирующего излучения.[1]
Нуклид -вид атомов одного элемента с данным числом протонов и нейтронов в ядре.
Радионуклид — нуклид обладающей радиоактивностью
Ионизирующее излучение — это поток заряженных или нейтральных частиц и квантов электромагнитного излучения, прохождение которых через вещество приводит к ионизации и возбуждению атомов или молекул среды.
Альфа — частица состоит из двух протонов и двух нейтронов, прочно связанных между собой.
Бета- частица электрон или позитрон, испускаемыми атомными ядрами при бета распаде.
Гамма-кванты испускаются возбужденными продуктами радиоактивного распада при переходе на более низкий энергетический уровень.
Период полураспада (ППР)- время в течении которого число ядер радионуклида уменьшиться в двое.
Зиверт(Зв) = милиРенгену
Кюри — единица активности вещества эквивалентная 3,70*1010 распадов в секунду.
2. Радиационные загрязнения
Существует множество видов загрязнения: химическое, акустическое, биологическое, электромагнитное, радиационное и другие.
Радиационные загрязнения делятся на естественные и антропогенные.
Естественные излучения в свою очередь делятся на космическое излучение, излучения космогенными радионуклидами и «земную радиацию».
А) Космическое излучение — поток элементарных частиц очень высокой энергии (1010 -1020 эВ и выше). В земной атмосфере эти частицы (первичное космическое излучение) взаимодействуют с атомами и порождают новую группу элементарных частиц, также обладающих высокой энергий и скоростью (вторичное космическое излучение). Первичное космическое излучение состоит из быстрых протонов, альфа — частиц, электронов, нейтронов и не большого количества ядер углерода, N2, 02 и более тяжелых ядер.
Вторичное космическое излучение в основном состоит из трития, Ве-7, Ве-10, №-22, N3-23, С-14.
Б) Космогенные радионуклиды
Не большой вклад в облучение биосферы вносят космогенные радионуклиды — тритий Ве-7, №-22, С-14,
Тритий (ППР — 12,34 года)- Он превращается в атмосфере в третированную воду, с осадками выпадает на земную поверхность и участвует в круговороте воды. Его содержание в континентальных водах 200-9000 Бк/МЗ, океанических 100 Бк/МЗ. Общий запас трития в биосфере -1,3*1018 Бк.
С-14 (ППР- 5 730 лет, вид распада — бета)- окисляется, и в месте с обычным газом вовлекается в биотический круговорот. Средняя концентрация в растительных и животных тканях — 27 Бк/кг Общее содержание С-14 8,5*1018 Бк
Ве-7 (ППР-53,6 суток, вид распада- бета) короткоживущий радио нуклид. Концентрация в приземном воздухе составляет 3*10-3 Бк/мЗ. С дождевой водой он поступает в растения, с зелеными овощами в организмы животных и человека.
№-22 (ППР — 2,62 года) присутствуют в биосфере в значительно меньшем объеме
Его общее содержание на планете 4*1014 Бк, из которых на биосферу приходится 8*1013 Бк.
В) Земная радиация.
Основные радиоактивные изотопы встречаются в горных породах, — Ка- 40, КЪ-87 и чалены двух радиоактивных семейств берут начало соответственно от 11-238 и Тп-232
Природный уран состоит из трех изотопов Т1-238 (ППР- 4 667 999 744года ), Ц-235 (ППР-703 800 ООО лет ) и Ц-234 (ППР-245000лет). Основную массу природного урана (99,8%) составляет 1.1-238. 11-234 имеет значительно меньший ППР, поэтому не смотря на малое процентное содержание в облучение окружающей среды вносит почти такой же вклад как и 0-238.
Искусственные загрязнения в свою очередь делятся на:
А) загрязнения осколочными радионуклидами.
Они образуются в результате ядерных взрывов и работы АЭС. Основными загрязнителями здесь являются I-131, Сз-137, Зг-90.
1-131 коротко живущий радионуклид, период полураспада у него около восьми суток. Наряду с бета излучением он является сильным гамма излучателем. Хорошо накапливается в организме человека.
В отличнее от йода 8г-90 долго живущий радионуклид с ППР около 30 лет. Он очень хорошо вытесняет кальций из костей, тем самым накапливается в организме. Являясь, бета излучателем его накопления в организме очень опасно.
Сз-137 с периодом распада 30 лет, является сильным источником бета и гамма излучения.
Б) продукты наведенной радиации.
Основные загрязнители: Кр-239, N3-24, Р-32. Они образуются при попадании нейтрона в ядро атома. Например Ы-238 + 1п = Мр-239.
№-24 коротко живущий радионуклид. Хорошо передвигается в биосфере, но из-за маленького периода полураспада (15 часов) он способен накапливаться в цепях питания.
Р-32 тоже коротко живущий радионуклид. С периодом распада 14 дней он более опасен с точки зрения накопления в цепи питания.
1Чр-239 имея период полу распада всего около двух дней он не способен накапливаться в биосфере но в результате распада образуется Ри-239 с периодом полу распада 24119 лет который хорошо накапливается и является очень токсичным.
3. Приборы и простейшие методы измерения
Основные приборы:
Главную роль в обнаружении радиационных загрязнений играют дозиметры. Чаще всего встречаются три типа дозиметров. Дозиметры для измерения гаммы радиации самый распространенный. Например, СРП-68 (Россия) этот прибор удобен при пешеходной и автомобильной гамма съемке. Этот прибор показывает измерение в реальном времени. Измерение производится как в МкР/час так и в Беккерелях Параметры измерения от 0 до 3000 МкР/час.
Менее распространены приборы для измерения гамма плюс бета. Один из новейших ДРГБ-1 (Россия) он накапливает сигнал от 20 секунд до нескольких часов в зависимости от заданной программы. Диапазон измерения от 0 до 30 мкЗв / ч. Оснащен бета экраном.[1]
Редко встречаются дозиметры на альфа + бета +гамма. Например, SpqiKju (США). Измеряют как импульсы в минуту (СРМ) так и МР/ч. Диапазон измерения от 0.001 МР/ч 100 МР/ч. Детектор. Площадь детектора 15,89625 см2. Точность +/- 15% при более 50 мР/ч, +/-20% при более 100мР/ч
Как разделить типы излучения в полевых условиях.
Также в поле можно примерно оценить соотношение излучений. Допустим, что у вас прибор, меряющий альфа, бета и гамма излучение. Фон 10 МкР/ч. Вы кладете прибор не на анализируемый образец, а на альфа экран (листок бумаги)* и бета экран (общая тетрадка или лист алюминия 0.5 см). В месте с экранами вы кладете на образец и снимаете первое показание прибора. Допустим, что прибор показал 110 МкР/ч, значит, гамма излучение составила 110 МкР/ч — фон 10 МкР/ч. Затем не меняя положение прибора вы вытаскиваете бета экран. Прибор показал 315. Значит 315- фон (10)- гамма радиация 100 МкР/ч =205 МкР/ч бета излучения. Затем так же не меняя положения прибора вытаскиваете альфа экран. Прибор показал 350 МкР/ч. 350- фон (10)- гамма (100) — бета 205= 35 МкР/ч значит с площади (равной площади вашего детектора) идет 35 МкР/ч только за счет альфа и слабого бета излучение.
Как исследовать альфа излучатели в присутствие других элементов.
Предположим, что вам не обходимо измерить альфа излучатель в пробе земли.
Допустим, что количество Альфа бета и гамма импульсов за единицу времени одинаково. Известно, что альфа частица проходит в твердой ткани около 1*10-5 метра, а бета около 1*10-2 метра и гамма около 1,5 метра. Если ваш образец имеет форму куба с ребром 10 см. Вы подносите датчик к одной из сторон. Тогда альфа сигнал идет только с первых 10 микрон, бета с 1 мм, а гамма со всего образца. Соотношения альфа, бета, и гамма импульсов будет 1:100:1000. Понятно, что при таких соотношениях об исследовании альфа излучения не может быть и речи. Для более приятного соотношения не обходимо уменьшить толщину исследуемого образца, желательно до 10 микрон. Чаще всего концентрация радиоактивных элементов по сравнению с другими очень мала, и если просто нанести исследуемый образец тонким слоем то сигнал будет очень низким на уровне природного фона и «шумов» прибора. Чтобы этого не произошло, лучше всего избавится от ненужных элементов химическим методом.
www.ronl.ru
