تابش گرمایی از بدن انسان

این آزمایش نشان می دهد که تابش الکترومغناطیسی در ناحیه مادون قرمز از اجسام گرم مانند بدن انسان منتشر می شود.

وسایل و مواد لازم:

• گالوانومتر آینه دار با حساسیت تقریبی 20 mm در هر میکروآمپر

• آشکارساز میکرو موج باند فرکانسی با بوق

نکات مهم:

از فرستنده یا منبع تغذیه به هیچ عنوان استفاده نکنید.

حتی در شرایط خوب، گالوانومتر با حساسیت میکروولت، انحرافی در حدود  5% fsd   خواهد داشت.

در این آزمایش می توان از آشکارساز (یک سو ساز) دیودی هم استفاده کرد؛ که با بلندگو یا بوق می تواند کامل شود. این مدل آشکارساز، پهنای باند بزرگی خواهد داشت. هر گیرنده باند فرکانسی مشابهی هم می تواند در این آزمایش مورد استفاده باشد.

ایمنی:

از هیچ منبع تغذیه ای برای آشکارساز دیودی استفاده نکنید!

دستور کار:

a.     وسایل را مانند زیر آماده کنید:

b.     جلوی بلندگو را با فویل آلومینیومی بپوشانید. گالوانومتر را روی صفر تنظیم کنید و با دقت آن را در بیش ترین محدوده حساسیت روشن کنید.

c.      فویل را بردارید و بلندگو را در فاصله چند سانتی متری به سمت بدن خود بگیرید. انحراف محسوسی را خواهید دید.

نکات تدریس:

1)    ممکن است برای دانش آموزان عجیب باشد که بدن انسان از خود تابش گرمایی منتشر می کند. سیستم های نشان گر حرارتی، کاربردهای نظامی دارند و یا توسط کارگران اورژانس و فوریت های پزشکی مورد استفاده قرار می گیرند (برای مثال در جستجوی افرادی که در ساختمان های در حال سوختن یا در حال ریزش گرفتار شده اند)، این تابش، آشکار می شود.

شما می توانید نشان دهید که آشکارساز با گذاشتن یک بازتابنده آلومینیومی ساده که با مشکی آن را رنگ کرده اید و بین منبع تابش (مثلا بدن انسان) و آشکارساز قرار داده اید، به محدوده ی موجی فروسرخ عکس العمل نشان می دهد. آشکارساز هیچ اثری را نشان نخواهد داد!

فوتون های فروسرخ توسط روکش سیاه بازتابنده آلومینیومی جذب می شوند؛ و هر نویز (پارازیت) میکروموج بدون هیچ اتلافی بازتاب خواهد شد.

2)    این آزمایش برای تلسکوپ رادیویی نیز مورد استفاده قرار می گیرد. هنگامی که تشعشعات رادیویی از اجسام نجومی توسط رادیو تلسکوپ جمع می شوند، این دستگاه، پارازیت ها را به شکل تابش گرمایی از افق زمین، جو و آنتن خود آشکار می کند.

عملکرد تلسکوپ رادیویی، تشخیص توان پارازیت و بهبود نسبت سیگنال به پارازیت است. ستاره شناسان رادیویی عقیده دارند سهم های متفاوت پارازیت بر حسب دمای پارازیتی سیستم است.

3)    تابش الکترومغناطیسی از سر، بدن، اعضای مختلف بدن و غیره آشکار می شود. سطل پلاستیکی پر از آب داغ نیز می تواند تابش گرمایی داشته باشد. این تابش عمدتا در ناحیه فروسرخ است اما ممکن است میکروموج هم در آن مشاهده شود (بسته به آشکارساز مورد استفاده). تابش از ظرف فلزی آشکار نمی شود؛ زیرا سطوح بازتابنده، تشعشع کننده های ضعیفی برای گرما هستند.

4)    اگر بخش طول موج بلند طیف الکترومغناطیسی توسط رادیو تلسکوپ جمع آوری شود، به ناحیه رایلی – جینز مربوط خواهد بود. در این ناحیه، وقتی طول موج افزایش یابد، زاویه فضایی باریکه ای که آنتن جمع آوری می کند نیز افزایش خواهد یافت؛ به این معنا که سطح بزرگ تری که در حال انتشار پارازیت گرمایی است، توسط آنتن دریافت می شود. اما هنگامی که طول موج افزایش پیدا می کند، درخشندگی سطح کاهش می یابد. این دو اثر بر هم تأثیر می گذارند؛ بنابراین توان پارازیت گرمایی در هر فاصله پهنای باند، در کل ناحیه رایلی – جینز یکسان است.

5)    تابش گرمایی جمع شده، آشکارساز تلسکوپی را گرم می کند و منجر به تولید "پارازیت جانسون" می شود که حرکت تصادفی الکترون در یک رسانای فلزی است. توان پارازیتی جانسون P بر حسب وات، با رابطه:

P = 4kTΔf

داده می شود که k ثابت بولتزمن بر حسب ژول در هر کلوین، T دمای رسانا بر حسب کلوین و Δf  پهنای باند بر حسب هرتز است.

برخی از آشکارسازهای نجومی توسط هلیوم مایع خنک می شوند تا پارازیت جانسون را کاهش دهند.

---

مرکز یادگیری سایت تبیان

تهیه و تنظیم: خدیجه آلچالانلو