Задание № 31. Тепловое излучение (семинар)

Вопросы к занятию:

1. Основные характеристики теплового излучения: поток энергии, энергетическая светимость, спектральная плотность энергетической светимости, спектр, коэффициент поглощения. Единицы их измерения. Связь энергетической светимости и спектральной плотности энергетической светимости.

2. Понятия абсолютно чёрного тела и серого тела.

3. Законы теплового излучения (Кирхгофа, Стефана-Больцмана, Вина).

4. Формула Планка для теплового излучения, ее применение для определения всех характеристик теплового излучения. Как из формулы Планка получить законы Вина и Стефана-Больцмана?

5. Излучение Солнца. Солнечная постоянная. Спектр солнечного излучения.

6. Тепловое излучение тела человека. Спектральный состав этого излучения. Электромагнитные волны какой длины волн преимущественно излучаются телом человека?

7. Механизмы передачи тепла: теплопроводность, конвекция, испарение, излучение. Расчёт теплоотдачи организма за счёт излучения.

8. Какова связь между относительным изменением температуры участков поверхности тела и относительным изменением их энергетической светимости?

9. Принципы тепловидения и термографии. Принципиальные элементы тепловизора. Каковы достоинства и недостатки термографии как диагностического метода?

Решить задачи:

1. Определить уменьшение массы тела человека за счёт потоотделения при нахождении его в течение 15 минут в сауне с температурой окружающего воздуха
t = 100⁰С. Указание: считать, что разогрев тела происходит путём поглощения ИК-излучения, а поверхностная температура кожи равна 40⁰С. Площадь поверхности тела человека принять равной 1,5 м². Удельная теплота парообразования воды
L = 22,6·10⁵ Дж/кг. Удельная теплоемкость воды с= 4,19·10³ Дж/кг·К. Коэффициент Стефана-Больцмана σ= 5,7·10^-8 Вт/м²·К⁴. Принять, что испарение выделившегося пота – основной вид теплоотдачи в этом случае.

2. В соответствии с санитарными нормами для сохранения водного баланса организма рабочим «горячих» цехов предписывается дополнительное питьё. Рассчитайте питьевой режим для сталевара, находящегося равномерно в течение смены (6 часов) 1,5 часа вблизи сталеплавильной печи в рабочей зоне с температурой воздуха 120⁰С. Принять, что защитная одежда уменьшает температуру соприкасающегося с телом воздуха на 20⁰С, а температура кожи в этот момент равна 38⁰С. Для расчета воспользуйтесь данными задачи 1.

Решить задачи: А.Н.Ремизов, Н.Х.Исакова. Сборник задач по физике (для медицинских институтов).

Год издания 1978: №№17.3, 17.7, 17.13, 17.14, 17.15, 17.17, 17.19.

Год издания 1987: №5.92, 5.96, 5.102, 5.103, 5.104, 5.106, 5.108.

Задача 17.3 (5.92): При какой температуре энергетическая светимость серого тела равна R = 500 Вт/м²? Коэффициент поглощения α =0,5.

Задача 17.7 (5.96): Определить энергетическую светимость тела человека при температуре 36⁰С, принимая его за серое тело с коэффициентом поглощения α=0,9.

Задача 17.13 (5.102): Найти связь между относительным изменением температуры излучающего серого тела (dT/ T) и соответствующим относительным изменением его энергетической светимости (dR/ R). Считать dT<< T.

Задача 17.14 (5.103): Температура абсолютно чёрного тела Т =1000 К. На сколько процентов изменится его энергетическая светимость при повышении температуры на ΔТ=1 К?

Задача 17.15 (5.104): Вычислить, во сколько раз отличаются абсолютные температуры и энергетические светимости участков поверхности тела человека, имеющие температуры 30,5⁰С и 30⁰ С соответственно.

Задача 17.17 (5.106): Вследствие изменения температуры серого тела максимум спектральной плотности энергетической светимости сместился с λ₁=24000 Ǻ на
λ₂ = 8000 Ǻ. Во сколько раз изменится энергетическая светимость тела?

Задача 17.19 (5.108): На сколько сместится максимум спектральной плотности энергетической светимости при изменении температуры поверхности тела человека с t₁=30⁰С до t₂=31⁰С?. Тело человека считать серым.

Литература:  

1. Конспект лекций.

2. А.Н. Ремизов. Медицинская и биологическая физика.

Задание № 32. Итоговое занятие по разделу «Оптика» (семинар)

Вопросы к занятию:

  Оптика глаза

1. Основные морфологические структуры глаза. Глаз как оптическая система. Светопреломляющие среды глаза.

2. Формула линзы. Оптическая сила линзы, ее зависимость от радиусов кривизны преломляющих поверхностей и показателя преломления.

3. Основные оптические характеристики глазных сред (показатели преломления, радиусы кривизны, размеры). Оптическая сила отдельных преломляющих структур и глаза в целом. Какая из преломляющих сред глаза дает наибольший вклад в оптическую силу глаза? Каким образом можно изменить оптическую силу роговицы?

4. Аккомодация глаза. Ближняя точка глаза. Расстояние наилучшего зрения.

5. Угол зрения, острота зрения. Связь между ними. Определение остроты зрения.

6. Предельные размеры предмета, различаемые глазом. 

7. Основные недостатки оптической системы глаза (миопия, гиперметропия, астигматизм) и их устранение. При каких условиях в глазу проявляются сферические аберрации?

8. Светочувствительность глаза. Адаптация глаза и физиологические механизмы ее осуществления.

9. Восприятие света и цвета. Спектральная чувствительность глаза.

Рассеяние света

10. Рассеяние света. Особенности рассеяния света на мелких и крупных частицах. Нефелометрия.

Люминесценция

11.  Люминесценция, механизмы ее возникновения. Классификация люминесценции по способу возбуждения, по длительности послесвечения.

12. Характеристики и законы люминесценции (спектр возбуждения, спектр люминесценции, квантовый выход, закон Стокса, закон Вавилова).

13. Люминесцентный анализ в медицине. Собственная люминесценция биообъектов. Метод флуоресцентных меток и зондов.