Лекція 8. Електричне освітлення і опромінення в сільському господарстві

1. Промениста енергія

Видиме випромінювання сприймається оком людини як світло. Через органи зору людина сприймає до 90% всієї одержаної нею інформації: світло – це особлива форма існування матерії у вигляді електромагнітного поля.

Матерія має енергію, маса спокою її дорівнює 0, а швидкість руху у вакуумі максимальна:

C = 3·10⁸ м/с = 300 000 [км/с].

Зміни стану електромагнітного поля носять коливальний характер, частота коливань позначається грецькою буквою υ (с ^-1  , Гц)

Між швидкістю C, частотою υ і довжиною хвилі коливань λ існує залежність

, [нм]                                             (8.1)

Довжина хвилі λ вимірюється у нанометрах (1нм = 10 ^-9 м).

Електромагнітні коливання (поле) існують на всіх частотах, а, значить, і довжинах хвиль.

В сільському господарстві використовують енергію електромагнітних коливань в діапазоні 10... 340 000 нм . Випромінювання цієї частини спектра електричних коливань можуть бути виявлені оптичними приладами, тому вони одержали назву область оптичних випромінювань (табл. 8.1.).

Діапазон спектра оптичного випромінювання лежить у межах від 5·10^-3 напівтемних до 1 мм. Цей діапазон у свою чергу підрозділяється на ультрафіолетову (від 5·10^-3 до 0,4 напівтемних), видиму (від 0,4 до 0,76 напівтемних) і інфрачервону (від 0,76 напівтемних до 1 мм) області. Інфрачервона область ділиться на короткохвильовий (від 0,76 до 1,5 напівтемних), средневолновый (від 1,5 до 20 напівтемних) і довгохвильовий (від 20 напівтемних до 1 мм) ділянки.

Таблиця 8.1. Спектр оптичного випромінювання

Залежно від впливу на біологічні об’єкти ультрафіолетове випромінювання поділяється на три зони: А, В, С.

Випромінювання зони А (довжина хвилі 315…380 нм) має біологічну активність і здатне викликати пігментацію (потемніння) шкіри людини, а також здійснює позитивний вплив на організм свійських тварин і птиці, визначає нормативний ефект у рослин.

Таке випромінювання застосовується для люмінесцентного аналізу хімічного складу різних речовин і біологічного стану продуктів харчування.

Випромінювання зони В (довжина хвилі 280…315 нм) має більшу енергію фотонів та спричиняє тонізуючу і терапевтичну дію на живі організми, що здатне викликати пігментацію і подразнення шкіри (еритему). Таке випромінювання має потужну антирахітну дію та здатне перетворювати вітамін D в організмі тварин (необхідний для росту і розвитку тварин) в легко засвоювану форму, але, в свою чергу, УФ випромінювання зони В шкідливе для більшості рослин. Таке випромінювання застосовується, зазвичай, для стимулюючого опромінення молодняку тварин і птиці.

Зона С (довжина хвилі 100…280 нм) відрізняється сильною бактерицидною дією фотонів великої енергії на віруси і мікроорганізми. Тому використовується для знезаражування води і повітря, дезінфекції і стерилізації інвентарю, посуду тощо.

Видимим називають випромінювання діапазону від 380 до 780 нм, яке безпосередньо викликає зорові відчуття у людини. Випромінювання застосовують для створення необхідного рівня освітленості під час виконання відповідних робіт людиною, або забезпечення їй візуальних комфортних умов. Крім того, видиме випромінювання є основою реакції фотосинтезу в рослин, сприяє збільшенню продуктивності та регулюванню біологічних ритмів тварин і птиці.

Інфрачервоне випромінювання (понад 780 нм) має найменшу енергію фотонів, яка під час поглинання призводить лише до коливання електронів на енергетичних орбітах, що проявляється як утворення теплоти в опромінюваному тілі. У сільському господарстві використовується для обігріву молодняку тварин і птиці, сушіння сільськогосподарських продуктів, пастеризації молока тощо.

Залежно від впливу на біологічні об’єкти інфрачервоне випромінювання також поділяється на три зони: А, В, С.

Границі цих зон в інфрачервоному діапазоні спектра є в значній мірі умовними, і в ряді випадків можна зустріти інший розподіл спектра. Всі тіла, температура яких вище абсолютного нуля, є джерелами випромінювання й характеризуються випромінювальною та поглинальною здатностями. Спектральною випромінювальною здатністю тіла називається кількість енергії, випромінюваної в нескінченно вузькому інтервалі довжин хвиль із одиниці поверхні тіла в одиницю часу при температурі Т у всіх напрямках.

Спектральна випромінювальна здатність тіла визначається щільністю його випромінювання, віднесеної до певної довжини хвилі, і виміряється у Вт. Спектральною поглинальною здатністю тіла називається відносна величина, що показує, яка частина падаючої на поверхню тіла променистої енергії в нескінченно вузькому інтервалі довжин хвиль поглинається ним при температурі Т.

Тіла, що повністю поглинають падаючий на них потік випромінювання, що володіють максимальною енергетичною світністю, називають абсолютно чорними (АЧТ). Зв'язок між випромінювальною й поглинальною здатностями встановлюється за допомогою закону Кірхгофа. Енергетична сила світла АЧТ, що випромінюється в простір, пропорційна косинусу кута між напрямком випромінювання й нормаллю до випромінюючої площини.