Сотрудники лаборатории физических основ интегральной микроэлектроники Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН Артём Евгеньевич Настовьяк и Иван Викторович Мжельский встретились со школьниками экономического лицея города Бердска. Послушав лекцию и посмотрев демонстрационные опыты, старшеклассники узнали, как устроены приемники теплового излучения, о чем говорит закон Кирхгофа, как можно использовать тепловизоры.
«Существуют два основных вида приемников теплового излучения: первый — это болометрические, их принцип работы основан на изменении параметра материала, зависящего от температуры. Другой вид – фотонные или квантовые приемники. Для них нужен специальный полупроводниковый материал, он позволяет поглотить кванты света (инфракрасные фотоны) и преобразовать их в электрический ток, который потом измеряется схемой считывания — мультиплексором», — рассказал Иван Мжельский.
Одна из проблем тепловидения, мешающая точно измерить температуру объекта, — то, что не всегда известны оптические параметры наблюдаемого тела (коэффициенты отражения и пропускания). «Если знать эти параметры для всех тел, то температуру можно измерить точно. Для человеческой кожи значения таких коээфициентов практически равны нулю, поэтому ее температуру легко определить дистанционно», — добавил Иван.
Закон Кирхгофа говорит о том, что отношение излучательной способности любого тела к его поглощательной способности одинаково для всех тел при данной температуре для данной длины волны и не зависит от их формы и химической природы: «Тело излучает столько же фотонов при данной температуре, сколько и поглощает. Например, стекло прозрачно в видимом диапазоне, и даже, когда стеклодувы нагревают его до очень высоких температур, оно не светится. А металл в видимом диапазоне – темный, черный, он хорошо поглощает свет, поэтому, когда его нагревают, раскаляют, металл ярко светится», — пояснил Артём Настовьяк.
Тепловизоры могут использоваться для диагностики утечек тепла на самых разных объектах: на зданиях, теплоносителях, электростанциях. «В тепловизор можно увидеть объекты в тумане и в дыму, что связано с тем, что частички дыма и тумана меньше, чем длина волны — десять микрон», — отметил Иван.
Тепловизор производства ИФП СО РАН, который демонстрировали ученые школьникам — медицинского назначения. «С помощью прибора можно проводить объективный контроль температуры поверхности тела пациента и, таким образом, проводить функциональную диагностику, объективный контроль эффективности лечения», — добавил Артём.
Встреча со школьниками прошла в рамках проекта Сибирского отделения РАН «Классный ученый»
Пресс-служба ИФП СО РАН
Фото и видео Надежды Дмитриевой