A fény keletkezése Hőmérsékleti sugárzás Hőmérsékleti sugárzás Lumineszcencia Lézer
• Tapasztalat: a forró testek Hőmérsékleti sugárzás
Környezetének hőfokától függetlenül minden test minden, abszolút nulla foktól különböző hőmérsékleten elektromágneses sugárzást bocsát ki.
látható fényt bocsátanak ki
Forrása: rezgő töltés – „oszcillátor”
A rezgési energia kvantált természetű, csak meghatározott értékkel változhat.
Kirchhoff megfigyelése: testre jellemző abszorpciós tényező
α= E = hf
J absz J össz
hullámhosszról hullámhosszra változhat
f: az oszcillátor frekvenciája h: Planck-állandó
Planck (1900)
Abszolút fekete test: minden rá eső energiát elnyel
A rezgési energia változása
α =1
elektromágneses sugárzás elnyelésével illetve kibocsátásával jár.
Kirchhoff megfigyelése: ha egy test „erősebben” sugároz, akkor jobban el is nyel
M λi α λi = M λj α λj
M: kisugárzott felületi teljesítmény [W/m2]
α λj = 1
i: tetszőleges test j: abszolút fekete test
α λ ( fekete ) = 1
α λj < 1
M λj < M λ ( fekete ) Az abszolút fekete test kisugárzott felületi teljesítménye a legnagyobb
α λi < 1 M i < M λ ( fekete )
Az abszolút fekete test által kisugárzott felületi teljesítmény a legnagyobb
Az emberi test kb. 95%-os fekete testnek tekinthető
A hőmérsékleti sugárzás emissziós spektruma - a spektrum folytonos
ΔM Δλ
Stefan – Boltzmann törvény
M fekete(T ) = σT 4
ΔM Δλ
- egy maximuma van :
λmax
Stefan – Boltzmann -állandó
σ = 5.7 ×10 −8 [
- a gőrbe alatti terület:
W ] m2 K 4
M = σT 4 Összes kisugárzott felületi teljesítmény
λmax
A hőmérsékleti sugárzás szerepe a hőleadásban 4 4 ΔM = σ (Ttest − Tkörnyezet )
Befolyásolja a sugárzó test -hőmérséklete -felszínének területe
λmax
Betekintés a hőszabályozásba Hőtermelés + hőfelvétel = hőleadás A szervezet hőszabályozástól független hőtermelése: alapanyagcsere izommunka szekréció stb
-a környezet/a környező tárgyak hőmérséklete
Sugárzás
Sugárzás
Vezetés
Vezetés
Áramlás
Áramlás Párolgás
Csak a hőszabályozás érdekében termelt + hő
Nem szabályozható
MaghőmérsékletÅÆköpenyhőmérséklet
Betekintés a hőszabályozásba
Maghőmérséklet : 37 oC
Hőtermelés + hőfelvétel = hőleadás
agy, szív/mellkas, hasüreg Sugárzás
≈ 100W
Vezetés
elhanyagolható
Áramlás
≈ 10W
Párolgás
≈ 10W
Köpenyhőmérséklet: változó bőr, bőr alatti kötőszövet, végtagok…
Külső hőmérséklet
Milyen kihívások lehetnek a szabályozás számára? 1/ A környezeti hőmérséklet az optimálisnál alacsonyabb
energiafelhasználás
Az ember komfortzónája
hőtermelés
2/ A környezeti hőmérséklet az optimálisnál magasabb
optimális : komfort hőmérsékleti zóna nincs szükség extra energiára sem a testhőmérséklet emeléséhez, sem csökkentéséhez
20-24 komfortzóna ruhában
tkörnyezeti (oC)
28-30 mezítelen komfortzóna
Az emissziós spektrum változása a test hőmérsékletével
T1 > T2 > T3 > T4 > T5
ΔM Δλ
M1 > M 2 > M 3 > M 4 > M 5
Wien-féle eltolódási törvény ΔM Δλ
UV
VIS
infravörös
T × λmax = k k = 2.898 ×106 [nm × K ]
λmax1 < λmax 2 < λmax 3 < ... T × λmax = állandó
Tköpeny ≈ 305 [K]
λ [nm]
λmax ≈ 9500[nm] 700 K testhőmérséklet alatt a sugárzás nem látható
Alkalmazások 1. Hőmérsékleti sugárzás detektálása teletermográfia - infradiagnosztika A köpeny hőtérképe – daganatok, gyulladások, érszűkületek diagnosztikája Wien-féle eltolódás alapján az emberi test spektrumának maximuma . Emberi hőtérképek készítésében alkalmazott készülékek érzékenységi maximuma: 7-14 microméter
Normal és infrakamerával készült felvételek
A termográfia alkalmazásának szakterületei: sportegészségügy reumatológia emlőrák diagnosztika fogászat neurológia
Vérellátottság megváltozása
dohányzás thermal camera gyulladás vagy trombózis
Nem orvosi célú felhasználási területek
Szigeteléstechnika
Oral maxillo-facial thermography – temperature
Thermogram of a non-vital tooth
gradient for normal teeth
Maxillo-faciális termográfia – egészséges fog hőmérsékleti térképe
Maxillo-faciális termográfia – elhalt fog hőmérsékleti térképe
J Dent Oral Med 13 (2011), Nr. 4
Élelmiszeripar
Csillagászat
Alkalmazások
300 K
2. Hőmérsekleti sugárzó fényforrások
6,000 K
T (K)
λmax (μm)
Spektrumtartomány
M (W/m2)
Nap
6000
0.5
VIS
7 x 107
Föld
300
10
infravörös
460
Hőmérsékleti sugárzó fényforrások
hőmérsékleti sugárzásának 40 % esik a látható tartományba.
λmax közel van a szem legnagyobb érzékenységéhez
Mhőhőmérsékleti
A NAP
A napsugárzás spektruma és módosulása a égkörben Látás érzékenysége
X-ray
UV
Spektrum a Föld felszínén:
λ < 290 nm-t a légkör kiszűri
Seasonal Affective Disorder (S.A.D.) Izzólámpa
kezelése
Metal filaments in a glass bulb heated to high temperature to approach the spectrum of the Sun.
Infralámpa Wolfram 1300 K
W-szálas izzó
5000 K hőmérsékleti sugárzó fényforrás (λmax = 580 nm) UV szűrővel (Nap: kb 6000 K, λmax = 480 nm)
Mblackbody
Villanykörte Wolfram 3000 K
Látás érzékenysége
A megvilágítás erőssége: max . 5 - 10 ezer lux (normál munkahelyi világítás kb 50-100 lux, tűző napsütés kb 105 lux)
Sollux lámpa W-nál nagyobb teljesítmény T>3300 K-nél VIS hosszú hullámhosszú IR kiszűrése UV szűrés, ill. UV -> UVA for tanning
Kezelési idő: 10 – 15 perc / nap
A hét kérdése Miért nem látható az emberi test által emittált hőmérsékleti sugárzás?
Kapcsolódó fejezetek: Damjanovich, Fidy, Szöllősi: Orvosi Biofizika
II. 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.6
