Жорина Л.В., Змиевской Г.Н. Основы взаимодействия физических полей с биологическими объектами (2006) (1095846), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Когда процесс распада родоп- сина остановится, выделение внутриклеточного медиатора тоже прекратится. Это вызовет открытие каналов и возобновление транспорта )Ча . Как только транспорт возобновится, причина, вызывающая распад родопсина, ликвидируется. При этом количество молекул родопсина в одном диске будет полностью соответствовать количеству распавшихся молекул на одну активированную.
Палочка теряет полностью чувствительность при поглощении 3 порядка 10 фотонов (количество дисков). Таким образом, различие интенсивности света, поглощенного палочками, достигает 10 -10 раз с временем запаздывания порядка 1О с при общем 3 4 — 3 количестве палочек около 130 млн. Общее же количество нервных волокон, связанных с палочками, — порядка 10 млн (примерно такое же, как и для колбочек). В настоящее время активно исследуются процессы регистрации света колбочками, для которых аналогами родопсина являются иодопсин и цианопсин. Процессы в колбочках изучены пока недостаточно даже для того, чтобы построить аналогичную палочкам самосогласованную модель.
Тем не менее установлено, что максимумы поглощения родопсина и остальных опсинов распре- 148 делены по всему видимому спектру (500, 522, 562, 620 нм). Отсутствие хотя бы одного из опсинов вызывает искажение воспринимаемого спектра (дальтонизм). Зрение человека характеризуется наибольшими из всех млекопитающих динамическим и спектральным диапазонами. 3.14. СВОЙСТВА ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Законы излучения.
Длина волны инфракрасного излучения лежит в границах от 0,76 мкм до 1 мм. Самый мощный источник теплового ИК-излучения — Солнце. Около 50 % его излучения находится в ИК-области спектра. Все нагретые жидкие и твердые тела испускают непрерывный ИК-спектр 135), С одной стороны, при взаимодействии с веществом ИК-излучение вызывает колебания ионов. С другой стороны, существует тепловое ИК-излучение, испускаемое веществом и возникающее за счет его внутренней энергии.
Оно находится в термодинамическом равновесии с веществом. Равновесное излучение изотропно, т. е. оно не поляризавано и все направления его распространения равновероятны. Благодаря требованию термодинамического равновесия тепловое излучение противопоставляется всем прочим видам электромагнитного излучения. Оно присуще всем нагретым телам, имеющим отличную от абсолютного нуля температуру.
Излучаемая при этом энергия характеризуется распределением по частотам или длинам волн. Человеческий организм представляет собой пример тела, излучающего, с одной стороны, в полном соответствии с классическими законами теплового излучения, с другой — не требующего специальных источников энергии для осуществления теплового равновесия. В этом плане (чисто тепловом) организм человека и млекопитающих является уникальным обьектом, температура которого практически не меняется при изменении окружающих условий.
Энергетической светимостью тела (интегральной испускательной способностью, интегральной плотностью мощности) называется физическая величина й„численно равная энергии электромагнитных волн б всевозможных частот (или длин волн) от 0 до со, излучаемых за единицу времени с единицы площади поверхности тела: йз 1 гх~(3- — 1 ~~~(~ о о 149 4(к = — Н., с 22 запишем соотношение 72 — 1«л1 =1«), с (3.8) полезное для перехода от частоты к длине волны при записи формул, описывающих законы теплового излучения, Поглошательной способностью тела (монохроматическим коэффициентом поглощения) называется безразмерная величина а„, показывающая, какая доля энергии электромагнитных волн с частотами от з до к + сЬ, падающих на поверхность тела, поглощается им: ЫŠ— п (1 ~~~пад Поглошательная способность зависит от частоты, температуры, химического состава тела и состояния его поверхности.
Абсолютно черным телом (АЧТ) называют тело, которое полностью поглощает все падающее на него излучение независимо от направления падающего излучения, его спектрального состава и поляризации, ничего не отражая и не пропуская: а, = 1. Примером абсолютно черного тела может служить роговая полость, ушное отверстие, глаз и др, 150 ЫЕ ЫЕ где «л= †., «„ = — — испускательная способность. Ы2 4Ъ Испускательная способность «л — это спектральная плотность потока лучистой энергии, излучаемого с единицы плошади поверхности тела. Но поток энергии с единицы площади является энергетической светимостью тела, следовательно, испускательная способность — это спектральная плотность энергетической свети- мости тела.
Введенная таким образом испускательная способность «л не зависит от того, находится данное тело в равновесии с излучением или нет. Иногда требуется исследовать зависимость испускательной способности не от длины волны, а от частоты к. В этом случае «, рассматривают как величину, приходящуюся не на единицу длины волны, а на единицу частоты. Имея в виду, что ~ «лдпя ~ = ~ «„йч ! (дифференциальный поток), а также выражая Серым телом называется тело, поглошающая способность которого меньше единицы и не зависит от частоты (длины волны) света, направления его распространения и поляризации. Для реальных тел испускательная способность «л всегда меньше, чем испускательная способность «л абсолютно черного тела при тои же температуре. Спектральным коэффициентом излучения для данного тела (коэффициентом серости) называется отношение "л 8=в которое можно также рассчитать по формуле 1 8= а! 1 а Л«140., ОС ьТ 11 где пс ь м5,67 10 Вт/(м К ) — постоянная Стефана — Больц-з 2 4 «л ° ~ с — «л «л «ч ал 2 «~ ч а, Абсолютно черное тело при прочих равных условиях является наиболее интенсивным источником теплового излучения.
Кирхгоф сформулировал этот закон в форме теоремы, доказанной им на основе термодинамических соображений. Теорема Кнрхгофа, отражающая фундаментальное свойство теплового излучения, не позволяет установить точный вид функции «л (л, Т), а 151 мана. Большинство тел при Т = 290...330 К можно считать серыми. Для ИК-области спектра тело человека является серым с коэффициентом а = 0,9, поэтому его можно с достаточной степенью точности считать черным независимо от цвета кожи. Вопросу о связи между излучательной и поглощательной способностями давно уделялось пристальное внимание со стороны исследователей.
Длительные экспериментальные и теоретические изыскания привели к термодинамнческому толкованию этой связи в форме закона Кирхгофа: отношение испускательной способности тела к его поглошательной способности не зависит от природы тела и равно испускательной способности абсолютно черного тела «, при тех же значениях температуры и частоты: '() Т) ЗР( /Т) (3.9) Рис. 3.27.
К выводу формулы (3.11) 1 гх = — с(/х. 4 (3.11) с (/Х (/ч л Н2 (ЫФ)лл = с(/х — сов О. 4я (3.10) ражением Р = — 1/. л 9 3 е (3.12) 153 152 для практических целей это совершенно необходимо. Дальнейшие исследования (В. Вин, 1893) позволили установить, что функция гх(Х, Т) может быть представлена в виде гдето(ч/Т) — неопределенная функция отношения частоты к температуре.
Общие соображения термодинамики не позволяют определить функцию точнее, для конкретизации вида функции Г(ч/Т) необходимы предположения о механизме испускания света. В соответствии с определением величина гхимеет размер- -1 ность Вт м мкм, т. е. размерность спектральной плотности потока излучения, испускаемого с единицы площади.
Установим связь между испускательной способностью гх и спектральной плотностью энергии (/х равновесного излучения. Пусть имеется некоторая замкнутая полость, заполненная электромагнитным излучением со средней спектральной плотностью энергии (/х (размерность этой величины Дж м мкм ). 3 Выделим на внутренней поверхности, окружающей данную полость, площадку Бо = 1 (рис. 3.27). В направлении О и у в пределах телесного угла Ый = з)пОНОлд распространяется доля Ж2/(4я) всей энергии, заполняющей полость. Поток энергии, проходящей через единицу площадки в единицу времени, Интегрируя (3.10) в пределах от 0 до 2к по ф и от 0 до я/2 по О, получим полный поток энергии, проходящей через единицу площадки Ы 2л л/2 (~/Ф)35 = — с(/~, ~ Нср ~ созОз1пОЫО= — с(/х. 4я 4 Полагая, что тело, окружающее полость, является абсолютно чер- ным (ах и 1), можно приравнять эту величину к дифференциаль- ному потоку, испускаемому этой площадкой: Соотношение (3.11) позволяет вычислить гх нли г„, опираясь на модель взаимодействия с внешним полем осциллятора среды.
В дальнейшем удобно перейти к записи спектральной плотности излучения не через )., а через т, используя формулу аналогично соотношению между г1 и г„в (3.8). Осциллятор среды, находясь во внешнем поле со спектральной плотностью энергии (/„поглощает мощность, определяемую вы- Здесь д — заряд; и — масса колеблюшейся заряженной частицы (осциллятор, напомним, рассматривается как электрический диполь с моментом р = 91, ! — размер диполя).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
