Излучение тела человека

Тело человека имеет определённую температуру благодаря теплообмену с окружающей средой, осуществляемому посредством теплопроводности, конвекции, испарения, излучения и поглощения. Трудно оценить соотношение между указанными видами теплообмена. Оно зависит от многих факторов состояния организма (температура, подвижность, эмоциональное состояние), параметров окружающей среды (температура, влажность, движение воздуха) и от того, во что одет человек и т.д.

Так как теплопроводность воздуха мала, то этот вид теплообмена существенного значения для организма не имеет. Однако конвекция в воздухе может значительно усиливать теплоотдачу. Большую роль для уменьшения конвекции играет одежда. В условиях умеренного климата теплоотдача человека путём конвекции составляет 15÷20%.

Испарение происходит с поверхности кожи и лёгких человека. При этом потеря теплоты составляет около 30%. Это в среднем, примерно 350 г водяного пара за сутки.

Теплоотдача путём излучения составляет наибольшую долю в общем процессе теплообмена (50%). Оно осуществляется с открытых частей тела и через одежду. Основная часть этого излучения относится к инфракрасному излучению (λ = 4-50 мкм). При вычислении теплопотерь, излучающие поверхности (кожа человека, ткань одежды) принимаются за серые тела. Тогда:

R = ασT⁴ = δT⁴, (16)

где δ = ασ – приведённый коэффициент излучения. Для кожи человека δ = 5,1·10^-8 Вт/м²·K⁴, а коэффициент поглощения α = 0,9.

Если температура тела человека T₁, то с открытой поверхности всего тела (S ≈ 1,5 м²) мощность излучения P₁ = Sδ. Одновременно человек поглощает из окружающей среды некоторое количество энергии излучения. Для одетого человека под T₁ следует понимать температуру поверхности одежды.

Если бы внешняя поверхность тела человека имела температуру T₁, равную температуре T₀ воздуха в комнате (T₁=T₀), то мощность излучения и мощность поглощения были бы равны друг другу и равны P₀ = Sδ. Если же T₁ ≠ T₀, то мощность, теряемая человеком при теплообмене с окружающей средой, определяется соотношением:

P=P₁-P₀=Sδ(-). (17)

Максимум спектральной плотности энергетической светимости тела человека при температуре поверхности кожи t_к = 32⁰C, в соответствии с законом Вина, приходится на длину волны 9,5 мкм. Это интервал ИК-излучения.

Вследствие сильной температурной зависимости энергетической светимости от T (R = δT⁴), даже небольшое изменение температуры тела человека вызывает значительное изменение мощности излучения. Если температура тела человека изменится на 0,3⁰С, т.е. на 1%, то энергетическая светимость изменится на 4%.

Считается, что тело человека имеет определённую температуру, однако это не так. Разные участки тела и разные органы имеют разную температуру. Так, температура вен зависит от состояния кровообращения, а также охлаждения или нагревания конечностей. Вместе с тем, распределение температуры по поверхности имеет устойчивый характер. Воспалительные процессы, опухоли и изменение кровообращения могут изменять местное распределение температуры. Это важное обстоятельство лежит в основе термографии – метода диагностики заболеваний на основе регистрации теплового излучения от разных участков человеческого тела и определения их температуры. Анализ этих изменений и позволяет проводить диагностику заболеваний.

Он абсолютно безвредна для человека и находит широкое применение в клинической практике (выявление очагов воспалительных процессов, выявление нарушений в сосудистой системе, тромбоз глубоких вен, выявление артериальных заболеваний, выявление болевых зон и травм, диагностика онкологических заболеваний). Так, с диагностической, целью можно проводить фотографирование в ИК-лучах, что позволяет увидеть детали, невидимые глазом на обычной фотографии. На фотографии в ИК-лучах отчётливо видны вены. Такой метод используется при диагностике кожных и сосудистых заболеваний.

В некоторых случаях при термографии используют жидкокристаллические индикаторы, которые очень чувствительны к небольшим изменениям температуры. Визуально по изменению их цвета можно определить местные различия в температуре.

Может быть применён и метод, основанный на использовании тепловизоров. Принцип действия тепловизора с оптико-механической системой сканирования объекта заключается в следующем: в каждый момент времени сканирующая система с помощью высокочувствительного приёмника регистрирует энергию ИК-излучения от соответствующих точек объекта. Благодаря сканирующему перемещению оптико-механической системы осуществляется последовательный (как в телевидении) анализ поля обзора. Под действием потока излучения, падающего на приёмник, вырабатывается электрический сигнал, который после усиления и обработки подаётся на экран электронно-лучевой трубки, где формируется видимое изображение, отображающее тепловое поле исследуемого объекта. Яркость изображения пропорциональна температуре просканированных участков тела человека.