Fizika vrsta zraka. Vrste radioaktivnog zračenja

Dobro ste svjesni da je glavni izvor topline na Zemlji Sunce. Kako se toplina prenosi sa Sunca? Uostalom, Zemlja se od njega nalazi na udaljenosti od 15 10 7 km. Sav taj prostor izvan naše atmosfere sadrži vrlo rijetku materiju.

Kao što znate, u vakuumu je nemoguć prijenos energije putem provođenja topline. Ne može se dogoditi ni zbog konvekcije. Stoga postoji još jedna vrsta prijenosa topline.

Proučimo ovu vrstu prijenosa topline eksperimentalno.

Mjerač tlaka tekućine s gumenom cijevi spojimo na hladnjak (slika 12).

Ako se komad metala zagrijanog na visoku temperaturu dovede do tamne površine hladnjaka, tada će se smanjiti razina tekućine u koljenu manometra spojenog na hladnjak (slika 12, a). Očito se zrak u prijemniku topline zagrijao i proširio. Brzo zagrijavanje zraka u prijemniku topline može se objasniti samo prijenosom energije s zagrijanog tijela na njega.

Riža. 12. Prijenos energije zračenjem

Energija se u ovom slučaju nije prenosila vođenjem topline. Uostalom, između zagrijanog tijela i hladnjaka bio je zrak - loš provodnik topline. Ni ovdje se ne može primijetiti konvekcija, budući da se prijemnik topline nalazi uz zagrijano tijelo, a ne iznad njega. Stoga, u ovom slučaju dolazi do prijenosa energije krozradijacija.

Prijenos energije zračenjem razlikuje se od ostalih vrsta prijenosa topline. Može se provesti u potpunom vakuumu.

Sva tijela emitiraju energiju: i jako zagrijana i slabo, na primjer, ljudsko tijelo, štednjak, električna žarulja itd. Ali što je temperatura tijela viša, to više energije prenosi zračenjem. U tom slučaju, energija se djelomično apsorbira od okolnih tijela, a djelomično se reflektira. Kada se energija apsorbira, tijela se zagrijavaju na različite načine, ovisno o stanju površine.

Ako hladnjak okrenete prema zagrijanom metalnom tijelu, prvo tamno, a zatim svijetla strana, tada će se stupac tekućine u koljenu manometra spojenog na hladnjak smanjiti u prvom slučaju (vidi sliku 12, a), a povećati u drugom (slika 12, b). To pokazuje da tijela s tamnom površinom apsorbiraju energiju bolje od tijela sa svijetlom površinom.

Pritom se tijela tamne površine zračenjem hlade brže od tijela svijetle površine. Na primjer, u laganom čajniku topla voda zadržava visoku temperaturu dulje nego u tamnom.

U praksi se koristi sposobnost tijela da apsorbiraju energiju zračenja na različite načine. Dakle, površina zračnih meteoroloških balona, ​​krila zrakoplova obojena su srebrnom bojom kako ih ne bi grijalo sunce. Ako je, naprotiv, potrebno koristiti sunčevu energiju, na primjer, u aparatima instaliranim na umjetni sateliti Zemlja, tada su ti dijelovi uređaja obojani u tamnu boju.

Pitanja

1. Kako eksperimentalno prikazati prijenos energije zračenjem?
2. Koja tijela su bolja, a koja lošija u apsorpciji energije zračenja?
3. Kako čovjek u praksi uzima u obzir različitu sposobnost tijela da apsorbira energiju zračenja?

Vježba br. 5

1. Ljeti se zrak u zgradi zagrijava, primajući energiju različiti putevi: kroz zidove, kroz otvoreni prozor kroz koji ulazi topli zrak, kroz staklo koje propušta sunčevu energiju. O kakvom prijenosu topline imamo posla u svakom pojedinom slučaju?
2. Navedite primjere koji pokazuju da se tijela tamne površine jače zagrijavaju zračenjem nego svijetlom.
3. Zašto se može tvrditi da se energija ne može prenijeti sa Sunca na Zemlju konvekcijom i provođenjem topline? Kako se prenosi?

Vježbajte

Pomoću vanjskog termometra izmjerite temperaturu najprije na sunčanoj strani kuće, a zatim na sjenovitoj strani. Objasnite zašto su očitanja termometra različita.

Ovo je znatiželjno...

Termos... Često je potrebno hranu držati toplom ili hladnom. Kako biste spriječili hlađenje ili zagrijavanje tijela, trebate smanjiti prijenos topline. Istodobno, nastoje osigurati da se energija ne prenosi bilo kojom vrstom prijenosa topline: vođenjem topline, konvekcijom, zračenjem. U tu svrhu koristite termosicu (slika 13).

Riža. 13. Termos uređaj

Sastoji se od 4 staklene posude s dvostrukim stijenkama. Unutarnja površina stijenki prekrivena je sjajnim metalnim slojem, a zrak se ispumpava iz prostora između stijenki posude. Prostor između zidova, lišen zraka, teško provodi toplinu. Metalni sloj, dok se reflektira, sprječava prijenos energije zračenjem. Kako bi se staklo zaštitilo od oštećenja, termosica se stavlja u posebno metalno ili plastično kućište 3. Posuda je zapečaćena čepom 2, a na vrhu je pričvršćen poklopac 1.

Prijenos topline i biljni svijet ... U prirodi i ljudskom životu igra isključivo biljni svijet važna uloga... Život cijelog života na Zemlji nemoguć je bez vode i zraka.

U slojevima zraka uz Zemlju, iu tlu, temperatura se stalno mijenja. Tlo se tijekom dana zagrijava jer apsorbira energiju. Noću se, naprotiv, hladi – odustaje od energije. Na izmjenu topline između tla i zraka utječe prisutnost vegetacije, kao i vrijeme. Tlo prekriveno vegetacijom slabo se zagrijava zračenjem. Snažno hlađenje tla također se uočava u bistrim, noći bez oblaka... Zračenje iz tla slobodno odlazi u svemir. U rano proljeće u takvim se noćima opažaju mrazevi. Tijekom oblačnih razdoblja smanjuje se gubitak energije tla zbog zračenja. Oblaci služe kao paravan.

Za povećanje temperature tla i zaštitu nasada od mraza koriste se staklenici. Stakleni okviri ili od folije su vrlo prozirni za sunčevu svjetlost (vidljivi). Tijekom dana tlo se zagrijava. Noću je nevidljivo zračenje tla manje propusno za staklo ili film. Tlo se ne smrzava. Staklenici također sprječavaju kretanje toplog zraka prema gore – konvekciju.

Zbog toga je temperatura u staklenicima viša nego u okolnom području.

Navigacija kroz članak:

Zračenje i vrste radioaktivno zračenje, sastav radioaktivnog (ionizirajućeg) zračenja i njegove glavne karakteristike. Utjecaj zračenja na materiju.

Što je zračenje

Prvo, dajmo definiciju što je zračenje:

U procesu raspadanja tvari ili njezine sinteze dolazi do izbacivanja atomskih elemenata (protona, neutrona, elektrona, fotona), inače možemo reći dolazi do zračenja ove elemente. Takvo zračenje se naziva - Ionizirana radiacija ili što je češće radioaktivno zračenje, ili još jednostavnije radijacija ... Ionizirajuće zračenje također uključuje rendgensko i gama zračenje.

Radijacija je proces zračenja materijom nabijenih elementarnih čestica, u obliku elektrona, protona, neutrona, atoma helija ili fotona i miona. Vrsta zračenja ovisi o tome koji element se emitira.

Ionizacija je proces stvaranja pozitivno ili negativno nabijenih iona ili slobodnih elektrona iz neutralno nabijenih atoma ili molekula.

Radioaktivno (ionizirajuće) zračenje može se podijeliti u nekoliko tipova, ovisno o vrsti elemenata od kojih se sastoji. Različiti tipovi Zračenje je uzrokovano raznim mikročesticama i stoga ima različit energetski učinak na tvar, različitu sposobnost prodiranja kroz nju i, kao posljedicu, različit biološki učinak zračenja.

Alfa, beta i neutronsko zračenje su zračenje koje se sastoji od raznih čestica atoma.

Gama i X-zrake je zračenje energije.

Alfa zračenje

• emitirano: dva protona i dva neutrona
• sposobnost prodiranja: nisko
• zračenje iz izvora: do 10 cm
• stopa emisije: 20.000 km/s
• ionizacija: 30 000 pari iona po 1 cm vožnje
• visoka

Alfa (α) zračenje nastaje raspadom nestabilnog izotopi elementi.

Alfa zračenje- to je zračenje teških, pozitivno nabijenih alfa čestica, koje su jezgre atoma helija (dva neutrona i dva protona). Alfa čestice emitiraju se tijekom raspada složenijih jezgri, na primjer, tijekom raspada atoma urana, radija, torija.

Alfa čestice imaju veliku masu i emitiraju se pri relativno maloj brzini, u prosjeku 20 tisuća km/s, što je oko 15 puta manje od brzine svjetlosti. Budući da su alfa čestice vrlo teške, kada su u dodiru s tvari, čestice se sudaraju s molekulama ove tvari, počinju interakciju s njima, gube energiju, pa stoga sposobnost prodiranja tih čestica nije velika pa čak i obična ploča papira može ih zadržati.

Međutim, alfa čestice nose puno energije i, u interakciji s tvari, uzrokuju njezinu značajnu ionizaciju. A u stanicama živog organizma, osim ionizacije, alfa zračenje uništava tkiva, što dovodi do raznih oštećenja živih stanica.

Od svih vrsta zračenja, alfa zračenje ima najmanju prodornu sposobnost, ali su posljedice zračenja živih tkiva ovom vrstom zračenja najteže i najteže u usporedbi s drugim vrstama zračenja.

Izloženost zračenju u obliku alfa zračenja može se dogoditi kada radioaktivni elementi uđu u tijelo, na primjer, kroz zrak, vodu ili hranu, ili kroz posjekotine ili rane. Kad uđu u tijelo, ti radioaktivni elementi se krvotokom raznose po cijelom tijelu, akumuliraju se u tkivima i organima, vršeći na njih snažan energetski učinak. Budući da neke vrste radioaktivnih izotopa koji emitiraju alfa zračenje imaju dug životni vijek, ulazeći u tijelo, mogu uzrokovati ozbiljne promjene u stanicama i dovesti do degeneracije tkiva i mutacija.

Radioaktivni izotopi se zapravo ne izlučuju sami iz tijela, pa će, ulaskom u tijelo, dugi niz godina zračiti tkiva iznutra dok ne dovedu do ozbiljnih promjena. Ljudsko tijelo nije u stanju neutralizirati, obraditi, asimilirati ili iskoristiti većinu radioaktivnih izotopa koji su ušli u tijelo.

Neutronsko zračenje

• emitirano: neutroni
• sposobnost prodiranja: visoka
• zračenje iz izvora: kilometara
• stopa emisije: 40.000 km/s
• ionizacija: od 3000 do 5000 pari iona po 1 cm vožnje
• biološki učinak zračenja: visoka

Neutronsko zračenje je tehnogeno zračenje koje nastaje u raznim nuklearnih reaktora i u atomskim eksplozijama. Također, neutronsko zračenje emitiraju zvijezde u kojima se odvijaju aktivne termonuklearne reakcije.

Bez naboja, neutronsko zračenje, sudarajući se s materijom, slabo komunicira s elementima atoma na atomskoj razini, stoga ima visoku sposobnost prodiranja. Moguće je zaustaviti neutronsko zračenje pomoću materijala s visokim udjelom vodika, na primjer, posude s vodom. Neutronsko zračenje također slabo prodire u polietilen.

Neutronsko zračenje, prolazeći kroz biološka tkiva, uzrokuje ozbiljna oštećenja stanica, budući da ima značajnu masu i veću brzinu od alfa zračenja.

Beta zračenje

• emitirano: elektrona ili pozitrona
• sposobnost prodiranja: prosjek
• zračenje iz izvora: do 20 m
• stopa emisije: 300.000 km/s
• ionizacija: od 40 do 150 pari iona po 1 cm vožnje
• biološki učinak zračenja: prosječno

Beta (β) zračenje nastaje kada se jedan element transformira u drugi, dok se procesi događaju u samoj jezgri atoma tvari s promjenom svojstava protona i neutrona.

Kod beta zračenja dolazi do transformacije neutrona u proton ili protona u neutron, kod ove transformacije dolazi do emisije elektrona ili pozitrona (antičestica elektrona), ovisno o vrsti transformacije. Brzina emitiranih elemenata približava se brzini svjetlosti i približno je jednaka 300 000 km/s. Elementi koji se emitiraju u ovom slučaju nazivaju se beta česticama.

Imajući u početku veliku brzinu zračenja i male dimenzije emitiranih elemenata, beta zračenje ima veću prodornu moć od alfa zračenja, ali ima stotine puta manju sposobnost ioniziranja tvari od alfa zračenja.

Beta zračenje lako prodire kroz odjeću i djelomično kroz živa tkiva, ali pri prolasku kroz gušće strukture materije, na primjer, kroz metal, počinje intenzivnije komunicirati s njim i gubi većinu svoje energije prenoseći je na elemente tvari . Metalni lim od nekoliko milimetara može potpuno zaustaviti beta zračenje.

Ako je alfa zračenje opasno samo u izravnom kontaktu s radioaktivnim izotopom, onda beta zračenje, ovisno o svom intenzitetu, već može nanijeti značajnu štetu živom organizmu na udaljenosti od nekoliko desetaka metara od izvora zračenja.

Ako radioaktivni izotop koji emitira beta zračenje uđe u živi organizam, nakuplja se u tkivima i organima, djelujući na njih energetski, dovodeći do promjena u strukturi tkiva i uzrokujući značajna oštećenja tijekom vremena.

Neki radioaktivni izotopi s beta zračenjem imaju dugo razdoblje propadanja, odnosno dolaskom u tijelo, godinama će ga zračiti sve dok ne dovedu do degeneracije tkiva i posljedično do raka.

Gama zračenje

• emitirano: energija u obliku fotona
• sposobnost prodiranja: visoka
• zračenje iz izvora: do stotina metara
• stopa emisije: 300.000 km/s
• ionizacija:
• biološki učinak zračenja: nisko

Gama (γ) zračenje je energetsko elektromagnetno zračenje u obliku fotona.

Gama zračenje prati proces raspada atoma tvari i očituje se u obliku zračene elektromagnetske energije u obliku fotona koji se oslobađaju kada energetsko stanje jezgra atoma. Gama zrake emitiraju se iz jezgre brzinom svjetlosti.

Kada dođe do radioaktivnog raspada atoma, drugi nastaju iz nekih tvari. Atom novonastalih tvari je u energetski nestabilnom (pobuđenom) stanju. Djelujući jedni na druge, neutroni i protoni u jezgri dolaze u stanje u kojem su sile interakcije uravnotežene, a višak energije emitira atom u obliku gama zračenja

Gama zračenje ima visoku prodornu sposobnost i lako prodire kroz odjeću, živa tkiva, malo teže kroz guste strukture tvari kao što je metal. Za zaustavljanje gama zraka potrebna je značajna debljina čelika ili betona. Ali u isto vrijeme, gama zračenje ima sto puta slabiji učinak na materiju od beta zračenja i desetke tisuća puta slabije od alfa zračenja.

Glavna opasnost od gama zračenja je njegova sposobnost da putuje na velike udaljenosti i utječe na žive organizme nekoliko stotina metara od izvora gama zračenja.

rendgensko zračenje

• emitirano: energija u obliku fotona
• sposobnost prodiranja: visoka
• zračenje iz izvora: do stotina metara
• stopa emisije: 300.000 km/s
• ionizacija: od 3 do 5 pari iona po 1 cm vožnje
• biološki učinak zračenja: nisko

rendgensko zračenje- Ovo je energetsko elektromagnetsko zračenje u obliku fotona koje nastaje prijelazom elektrona unutar atoma iz jedne orbite u drugu.

Rentgensko zračenje slično je djelovanju gama zračenju, ali je manje prodorno jer ima veću valnu duljinu.

Razmatrajući različite vrste radioaktivnog zračenja, jasno je da pojam zračenja uključuje potpuno različite vrste zračenja koje imaju različite učinke na materiju i živa tkiva, od izravnog bombardiranja elementarne čestice(alfa, beta i neutronsko zračenje) prije energetskog izlaganja u obliku gama i rendgenske terapije.

Svaka od razmatranih emisija je opasna!

Usporedna tablica s karakteristikama različitih vrsta zračenja

Kao što se može vidjeti iz tablice, ovisno o vrsti zračenja, zračenje istog intenziteta, na primjer, 0,1 Rentgena, imat će različit destruktivni učinak na stanice živog organizma. Kako bi se ta razlika uzela u obzir, uveden je koeficijent k, koji odražava stupanj izloženosti živim objektima radioaktivnom zračenju.

Što je veći "koeficijent k", to je opasnije djelovanje određene vrste zračenja za tkiva živog organizma.

Video:

Za one koji nisu upoznati s fizikom ili je tek počinju proučavati, teško je pitanje što je zračenje. Ali s danim fizički fenomen sastajemo se gotovo svaki dan. Pojednostavljeno rečeno, zračenje je proces širenja energije u obliku elektromagnetskih valova i čestica, ili, drugim riječima, to su energetski valovi koji se šire okolo.

Izvor zračenja i njegove vrste

Izvor elektromagnetskih valova može biti i umjetni i prirodni. Na primjer, X-zrake se nazivaju umjetnim zračenjem.

Zračenje možete osjetiti čak ni ne napuštajući svoj dom: samo trebate držati ruku iznad zapaljene svijeće i odmah ćete osjetiti zračenje topline. Može se nazvati toplinskim, ali osim njega, u fizici postoji još nekoliko vrsta zračenja. Evo nekih od njih:

• Ultraljubičasto – osoba može osjetiti ovo zračenje na sebi dok se sunča.
• X-zrake imaju najkraće valne duljine, one se nazivaju X-zrake.
• Čak i osoba može vidjeti infracrvene zrake, primjer za to je običan dječji laser. Ova vrsta zračenja nastaje kada se mikrovalna radijska emisija i vidljivo svjetlo poklope. Infracrveno zračenje se često koristi u fizioterapiji.
• Radioaktivno zračenje nastaje tijekom raspada radioaktivnih kemijskih elemenata. Više o zračenju možete saznati iz članka.
• Optičko zračenje nije ništa drugo do svjetlosno zračenje, svjetlost u najširem smislu riječi.
• Gama zračenje je vrsta elektromagnetskog zračenja kratke valne duljine. Koristi se, na primjer, u terapiji zračenjem.

Znanstvenici već dugo znaju da neka zračenja imaju štetan učinak na ljudski organizam. Koliko će taj učinak biti jak ovisi o trajanju i snazi ​​zračenja. Ako se izložiš Dugo vrijeme zračenja, to može dovesti do promjena u staničnoj razini... Sva elektronička oprema koja nas okružuje, bilo da se radi o mobitelu, računalu ili mikrovalnoj pećnici – sve to utječe na zdravlje. Stoga morate paziti da se ne izložite nepotrebnom zračenju.

Osoba je stalno pod utjecajem raznih vanjskih čimbenika. Neki od njih su vidljivi, poput vremenskih uvjeta, a njihov utjecaj se može kontrolirati. Drugi su nevidljivi ljudskom oku i nazivaju se zračenjem. Svi bi trebali znati vrste zračenja, njihovu ulogu i primjenu.

Čovjek može svugdje sresti neke vrste zračenja. Radio valovi su izvrstan primjer. Oni predstavljaju vibracije elektromagnetske prirode koje se mogu distribuirati u prostoru brzinom svjetlosti. Takvi valovi prenose energiju iz generatora.

Izvori radio valova mogu se podijeliti u dvije skupine.

1. Prirodno, to uključuje munje i astronomske jedinice.
2. Umjetno, odnosno umjetno. Uključuju emitere izmjenične struje. To mogu biti radiokomunikacijski uređaji, uređaji za emitiranje, računala i navigacijski sustavi.

Ljudska koža sposobna je taložiti ovu vrstu valova na svoju površinu, stoga postoji niz negativnih posljedica njihovog utjecaja na čovjeka. Zračenje radio valova može usporiti aktivnost moždanih struktura, kao i uzrokovati mutacije na genetskoj razini.

Za osobe s ugrađenim pacemakerom takva izloženost je smrtonosna. Ovi uređaji imaju jasnu maksimalnu dopuštenu razinu zračenja, porast iznad nje dovodi do neravnoteže u radu sustava stimulatora i dovodi do njegovog kvara.

Svi učinci radio valova na tijelo proučavani su samo na životinjama, nema izravnih dokaza o njihovom negativnom učinku na ljude, ali znanstvenici još uvijek traže načine zaštite. Kao takav učinkovite načine ne još. Jedini savjet je da se klonite opasnih uređaja. Budući da kućanski aparati spojeni na mrežu također stvaraju radio valovno polje oko sebe, jednostavno je potrebno isključiti napajanje uređajima koje osoba trenutno ne koristi.

Infracrvena emisija

Sve vrste zračenja su na ovaj ili onaj način povezane. Neki od njih vidljivi su ljudskom oku. Infracrveno zračenje je u blizini dijela spektra koji ljudsko oko može uhvatiti. Ne samo da osvjetljava površinu, već je sposoban i zagrijati.

Glavni prirodni izvor infracrvenih zraka je sunce.Čovjek je stvorio umjetne emitere, pomoću kojih se postiže potreban toplinski učinak.

Sada moramo shvatiti koliko je ova vrsta zračenja korisna ili štetna za ljude. Gotovo svo dugovalno infracrveno zračenje apsorbiraju gornji slojevi kože, stoga nije samo sigurno, već i sposobno povećati imunitet i poboljšati regenerativne procese u tkivima.

Što se tiče kratkih valova, oni mogu ići duboko u tkiva i uzrokovati pregrijavanje organa. Takozvani toplinski udar posljedica je izlaganja kratkim infracrvenim valovima. Simptomi ove patologije poznati su gotovo svima:

• pojava vrtnje u glavi;
• osjećaj mučnine;
• povećanje broja otkucaja srca;
• smetnje vida koje karakterizira zamračenje u očima.

Kako se možete zaštititi od opasnih utjecaja? Potrebno je poštivati ​​sigurnosne mjere pri korištenju odjeće i zaslona za zaštitu od topline. Korištenje kratkovalnih grijača treba biti točno dozirano, grijaći element treba biti prekriven toplinski izolacijskim materijalom, uz pomoć kojeg zračenje mekog dugi valovi.

Ako razmislite o tome, sve vrste zračenja mogu prodrijeti u tkiva. Ali upravo je rendgensko zračenje omogućilo korištenje ovog svojstva u praksi u medicini.

Usporedimo li zrake rendgenskog porijekla sa zrakama svjetlosti, onda su prve vrlo dugačke, što im omogućuje prodiranje čak i kroz neprozirne materijale. Takve se zrake ne mogu reflektirati i lomiti. Ova vrsta spektra ima meku i tvrdu komponentu. Meka se sastoji od dugih valova koje ljudska tkiva mogu u potpunosti apsorbirati. Dakle, stalna izloženost dugim valovima dovodi do oštećenja stanica i mutacije DNK.

Postoji niz struktura koje ne mogu prenositi X-zrake kroz njih. To uključuje, na primjer, kost i metale. Na temelju toga se snimaju slike ljudskih kostiju kako bi se dijagnosticirala njihova cjelovitost.

Trenutno su stvoreni uređaji koji omogućuju ne samo snimanje fiksne slike, na primjer, uda, već i promatranje promjena koje se s njim događaju "online". Ovi uređaji pomažu liječniku da izvrši kiruršku intervenciju na kostima pod vizualnom kontrolom, bez širokih traumatskih rezova. Uz pomoć takvih uređaja moguće je proučavati biomehaniku zglobova.

Što se tiče negativnog utjecaja x-zrake, tada dugotrajni kontakt s njima može dovesti do razvoja bolesti zračenja, što se očituje nizom znakova:

• neurološki poremećaji;
• dermatitis;
• smanjen imunitet;
• ugnjetavanje normalne hematopoeze;
• razvoj onkološke patologije;
• neplodnost.

Kako biste se zaštitili od strašnih posljedica, pri kontaktu s ovom vrstom zračenja trebate koristiti zaštitne štitove i jastučiće od materijala koji ne propuštaju zrake.

Nekad su ovu vrstu zraka ljudi nazivali jednostavno – svjetlo. Ovu vrstu zračenja može apsorbirati predmet utjecaja, djelomično prolazeći kroz njega i djelomično reflektirajući. Takva svojstva se široko koriste u znanosti i tehnologiji, osobito u proizvodnji optičkih uređaja.

Svi izvori optičkog zračenja podijeljeni su u nekoliko skupina.

1. Toplinske s kontinuiranim spektrom. Toplina se u njima oslobađa zbog struje ili procesa izgaranja. To mogu biti električne i halogene žarulje sa žarnom niti, kao i pirotehnički proizvodi i električni rasvjetni uređaji.
2. Luminescentna, koja sadrži plinove pobuđene strujama fotona. Takvi su izvori uređaji za uštedu energije i katodoluminiscentni uređaji. Što se tiče radio- i kemiluminiscentnih izvora, tokovi u njima su pobuđeni zbog produkata radioaktivnog raspada i kemijske reakcije odnosno.
3. Plazma, čije karakteristike ovise o temperaturi i tlaku plazme koja se u njima formira. To mogu biti plinske, živine cjevaste i ksenonske žarulje. Spektralni izvori i uređaji pulsne prirode nisu iznimka.

Optičko zračenje na ljudsko tijelo djeluje u kombinaciji s ultraljubičastim zračenjem, što izaziva proizvodnju melanina u koži. Dakle, pozitivan učinak traje sve dok se ne dosegne granična vrijednost izloženosti, iznad koje se nalazi rizik od opeklina i kožne onkopatologije.

Najpoznatije i najraširenije zračenje, čije se djelovanje može naći posvuda, je ultraljubičasto zračenje. Ovo zračenje ima dva spektra, od kojih jedan dopire do Zemlje i sudjeluje u svim procesima na Zemlji. Drugi je zarobljen slojem ozona i ne prolazi kroz njega. Ozonski omotač neutralizira ovaj spektar, ispunjavajući time zaštitnu ulogu. Uništavanje ozonskog omotača opasno je prodorom štetnih zraka na površinu zemlje.

Prirodni izvor ove vrste zračenja je Sunce. Izmišljen je ogroman broj umjetnih izvora:

• Lampe za eritem, aktiviraju proizvodnju vitamina D u slojevima kože i pomažu u liječenju rahitisa.
• Solariji, koji ne samo da dopuštaju sunčanje, već imaju i ljekoviti učinak za osobe s patologijama uzrokovanim nedostatkom sunčeve svjetlosti.
• Laserski emiteri koji se koriste u biotehnologiji, medicini i elektronici.

Što se tiče utjecaja na ljudsko tijelo, on je dvostruk. S jedne strane, nedostatak ultraljubičastog zračenja može uzrokovati razne bolesti. Dozirano opterećenje takvim zračenjem pomaže imunološkom sustavu, radu mišića i pluća, a također sprječava hipoksiju.

Sve vrste utjecaja podijeljene su u četiri skupine:

• sposobnost ubijanja bakterija;
• uklanjanje upale;
• obnavljanje oštećenih tkiva;
• smanjenje boli.

Negativni učinci ultraljubičastog zračenja uključuju sposobnost provociranja raka kože produljenim izlaganjem. Melanom kože je izrazito maligna vrsta tumora. Takva dijagnoza znači gotovo 100 posto nadolazeću smrt.

Što se tiče organa vida, prekomjerno izlaganje ultraljubičastim zrakama oštećuje mrežnicu, rožnicu i membrane oka. Stoga ovu vrstu zračenja treba koristiti umjereno. Ako pod određenim okolnostima morate duže vrijeme kontaktirati izvor ultraljubičastih zraka, oči morate zaštititi naočalama, a kožu posebnim kremama ili odjećom.

To su takozvane kozmičke zrake, koje nose jezgre atoma radioaktivnih tvari i elemenata. Tok gama zračenja ima vrlo visoku energiju i može brzo prodrijeti u stanice tijela, ionizirajući njihov sadržaj. Uništeni stanični elementi djeluju kao otrovi, razgrađuju i truju cijelo tijelo. Proces nužno uključuje staničnu jezgru, što dovodi do mutacija u genomu. Zdrave stanice se uništavaju, a na njihovom mjestu nastaju mutantne stanice koje nisu u stanju u potpunosti osigurati tijelu sve što mu je potrebno.

Ovo zračenje je opasno jer ga čovjek ni na koji način ne osjeća. Posljedice izlaganja se ne pojavljuju odmah, već imaju dugotrajan učinak. Prije svega, zahvaćene su stanice hematopoetskog sustava, kose, genitalija i limfnog sustava.

Zračenje je vrlo opasno razvojem radijacijske bolesti, ali čak je i ovaj spektar našao korisnu primjenu:

• koristi se za sterilizaciju proizvoda, opreme i medicinskih instrumenata;
• mjerenje dubine podzemnih bunara;
• mjerenje duljine puta svemirske letjelice;
• utjecaj na biljke kako bi se identificirale produktivne sorte;
• u medicini se takvo zračenje koristi za provođenje terapije zračenjem u liječenju onkologije.

Zaključno, mora se reći da sve vrste zraka čovjek uspješno primjenjuje i da su neophodne. Zahvaljujući njima postoje biljke, životinje i ljudi. Zaštita od prekomjernog izlaganja trebala bi biti prioritet pri radu.

§ 1. Toplinsko zračenje

U procesu proučavanja zračenja zagrijanih tijela utvrđeno je da svako zagrijano tijelo emitira elektromagnetske valove (svjetlost) u širokom frekvencijskom rasponu. Stoga, toplinsko zračenje je zračenje elektromagnetskih valova zbog unutarnje energije tijela.

Toplinsko zračenje se javlja pri bilo kojoj temperaturi. Međutim, pri niskim temperaturama emitiraju se praktički samo dugi (infracrveni) elektromagnetski valovi.

Provodimo sljedeće veličine koje karakteriziraju zračenje i apsorpciju energije tijela:

energetska luminoznostR(T) Je li energija W koju emitira 1 m 2 površine svjetlećeg tijela u 1 s.

W/m 2.

emisivnost tijela r(λ, T) ( ili spektralna gustoća sjaja zračenja) Je li energija u intervalu jedinične valne duljine koju emitira 1 m 2 površine svjetlećeg tijela u 1 s.

.
.

Ovdje
Je energija zračenja s valnim duljinama od λ do
.

Odnos između integrirane radijantne svjetline i spektralne gustoće sjajnosti zračenja dan je sljedećim odnosom:

.

.

Eksperimentalno je utvrđeno da omjer emisione i apsorpcijske sposobnosti ne ovisi o prirodi tijela. To znači da je ista (univerzalna) funkcija valne duljine (frekvencije) i temperature za sva tijela. Ovaj empirijski zakon otkrio je Kirchhoff i nosi njegovo ime.

Kirchhoffov zakon: omjer emisivnog i apsorpcijskog kapaciteta ne ovisi o prirodi tijela, za sva je tijela ista (univerzalna) funkcija valne duljine (frekvencije) i temperature:

.

Tijelo koje, pri bilo kojoj temperaturi, potpuno apsorbira svo zračenje koje upadne na njega, naziva se apsolutno crno tijelo AHT-a.

Kapacitet apsorpcije apsolutno crnog tijela i a.ch.t. (λ, T) jednako je jedan. To znači da je univerzalna Kirchhoffova funkcija
identična emisivnosti crnog tijela
... Dakle, da bi se riješio problem toplinskog zračenja, bilo je potrebno ustanoviti oblik Kirchhoffove funkcije ili emisivnost apsolutno crnog tijela.

Analizirajući eksperimentalne podatke i primjenom termodinamičkih metoda austrijski fizičari Josip Stefan(1835. - 1893.) i Ludwig Boltzmann(1844-1906) 1879. djelomično riješio problem zračenja a.ch.t. Dobili su formulu za određivanje energetske svjetlosti AFC-a. - R acht (T). Prema Stefan-Boltzmannovom zakonu

,
.

V
Godine 1896. njemački su fizičari predvođeni Wilhelmom Wienom stvorili ultramodernu eksperimentalnu postavu za ono vrijeme za proučavanje raspodjele intenziteta zračenja po valnim duljinama (frekvencijama) u spektru toplinskog zračenja apsolutno crnog tijela. Eksperimenti provedeni na ovoj instalaciji: prvo su potvrdili rezultat austrijskih fizičara J. Stephana i L. Boltzmanna; drugo, dobiveni su grafikoni raspodjele intenziteta toplinskog zračenja po valnoj duljini. Bile su iznenađujuće slične krivuljama koje je ranije dobio J. Maxwell za raspodjelu molekula plina u zatvorenom volumenu u smislu brzine.

Teorijsko objašnjenje dobivenih grafova postalo je središnji problem kasnih 90-ih godina 19. stoljeća.

engleski gospodar klasične fizike Rayleigh(1842-1919) i gospodine James traperice(1877-1946) primijenjen na toplinsko zračenje metode statističke fizike(koristio se klasičnim zakonom o izjednačenju energije po stupnjevima slobode). Rayleigh i Jeans primijenili su metodu statističke fizike na valove, baš kao što ju je Maxwell primijenio na ravnotežni ansambl čestica koje se kaotično kreću u zatvorenoj šupljini. Pretpostavili su da za svaku elektromagnetsku oscilaciju postoji prosječna energija jednaka kT ( za električnu energiju i na magnetsku energiju). Polazeći od ovih razmatranja, dobili su sljedeću formulu za emisivnost a.ch.t.:

.

NS
Ova formula je dobro opisala tijek eksperimentalne ovisnosti na dugim valnim duljinama (na niskim frekvencijama). Ali za kratke valne duljine (visoke frekvencije ili u ultraljubičastom području spektra), klasična teorija Rayleigha i Jeansa predvidjela je beskonačno povećanje intenziteta zračenja. Taj se učinak naziva ultraljubičasta katastrofa.

Pretpostavljajući da ista energija odgovara stajaćem elektromagnetskom valu bilo koje frekvencije, Rayleigh i Jeans zanemarili su činjenicu da sve više frekvencije doprinose zračenju kako temperatura raste. Naravno, model koji su usvojili trebao je dovesti do beskonačnog povećanja energije zračenja na visokim frekvencijama. Ultraljubičasta katastrofa postala je ozbiljan paradoks u klasičnoj fizici.

S
sljedeći pokušaj dobivanja formule za ovisnost emisivnosti a.ch.t. iz valnih duljina uzeo je Vin. Korištenje metoda klasična termodinamika i elektrodinamika Kriviti bilo je moguće izvesti odnos čija se grafička slika na zadovoljavajući način podudarala s kratkovalnim (visokofrekventnim) dijelom podataka dobivenih u eksperimentu, ali se apsolutno nije slagala s rezultatima pokusa za duge valne duljine (niske frekvencije).

.

Iz ove formule dobivena je relacija koja povezuje tu valnu duljinu
, što odgovara maksimalnom intenzitetu zračenja, i apsolutnoj tjelesnoj temperaturi T (Wienov zakon pomaka):

,
.

To je bilo u skladu s eksperimentalnim rezultatima koje je dobio Wien, iz kojih je slijedilo da se s porastom temperature maksimalni intenzitet zračenja pomiče prema kraćim valnim duljinama.

Ali nije postojala formula koja bi opisala cijelu krivulju.

Tada je Max Planck (1858-1947), koji je u to vrijeme radio na Odsjeku za fiziku na berlinskom Kaiser Wilhelm institutu, preuzeo rješenje problema. Planck je bio vrlo konzervativan član Pruske akademije, potpuno zaokupljen metodama klasične fizike. Bio je strastven za termodinamiku. Praktično, od trenutka obrane teze 1879. godine, pa gotovo do kraja stoljeća, Planck se dvadeset godina za redom bavi proučavanjem problema povezanih sa zakonima termodinamike. Planck je shvatio da klasična elektrodinamika ne može odgovoriti na pitanje kako je energija ravnotežnog zračenja raspoređena po valnim duljinama (frekvencijama). Problem koji se pojavio odnosio se na područje termodinamike. Planck je istraživao nepovratan proces uspostavljanja ravnoteže između tvari i zračenja (svjetlosti)... Kako bi postigao slaganje između teorije i eksperimenta, Planck je odstupio od klasične teorije samo u jednoj točki: on prihvatio hipotezu da se emisija svjetlosti javlja u dijelovima (kvantima)... Planckova hipoteza omogućila je dobivanje takve raspodjele energije po spektru toplinskog zračenja, što je odgovaralo eksperimentu.

.

14. prosinca 1900. Planck je predstavio svoje rezultate Berlinskom fizikalnom društvu. Tako je nastala kvantna fizika.

Pokazalo se da je kvant energije zračenja, koji je Planck uveo u fiziku, proporcionalan frekvenciji zračenja (i obrnuto proporcionalno valnoj duljini):

.

- univerzalna konstanta, sada nazvana Planckova konstanta. Jednako je:
.

Svjetlost je složen materijalni objekt koji ima i valna i korpuskularna svojstva.

Parametri valova- valna duljina , frekvencija svjetlosti i valni broj .

Korpuskularne karakteristike- energija i zamah .

Parametri valova svjetlosti povezani su s njenim korpuskularnim karakteristikama pomoću Planckove konstante:

.

Ovdje
i
Je valni broj.

Planckova konstanta igra temeljnu ulogu u fizici. Ova dimenzionalna konstanta omogućuje kvantificiranje koliko su kvantni učinci važni u opisivanju svakog specifičnog fizičkog sustava.

Kada prema uvjetima fizički zadatak Planckova konstanta se može smatrati zanemarivom vrijednošću, dovoljan je klasični (ne kvantni) opis.