美国宇航局的自主模块化扫描仪 (AMS) – 野火传感器:从机载平台改进野火观测 V. Ambrosia a, *, J. Myers b , E. Hildum b a 加州州立大学 - 蒙特利湾 / 美国宇航局艾姆斯研究中心,美国加利福尼亚州莫菲特菲尔德 - vincent.g.ambrosia@nasa.gov b 大学附属研究中心 (UARC),美国宇航局艾姆斯研究中心,美国加利福尼亚州莫菲特菲尔德。– jeffrey.s.myers@nasa.gov, edward.a.hildum@nasa.gov 摘要 - 美国宇航局自主模块化扫描仪 (AMS) – 野火传感器是一种机载 16 波段线扫描仪,其通道位于 VIS-IR-MIR-TIR 光谱区域。四个 AMS 热通道复制了两个拟议的 NPOESS VIIRS 通道的光谱带通区域,并可以更好地辨别野火情况。AMS 已在一系列有人驾驶和无人驾驶飞机上运行,包括 NASA Ikhana UAS。机载处理器允许从光谱数据中获取近实时的 2 级产品,并通过卫星链路发送给地面调查人员。自 2006 年以来,AMS- Wildfire 仪器已在美国西部广泛飞行,为灾害管理人员提供实时火灾产品,这些产品可定义热点、活跃火灾、阴燃和火灾后情况。在 2007-2010 年的活动期间,AMS 通过在野火事件上同时收集 MODIS 数据来支持卫星校准和验证工作。这些测量提高了人们对卫星观测的理解,并重新将重点放在 AMS 传感器上,作为一种能够得出关键火灾参数的仪器,以便更好地推断野火的热特性。借助 AMS 仪器的高空间、时间和辐射测量能力,可以更好地辨别火灾特性。机载平台提供的“持续”能力允许对火灾特性进行时间观察,而不是卫星系统提供的单一观察。将重点介绍 AMS 的运营、成功的任务以及未来用于支持火灾科学界和灾害管理界的计划。1 关键词:NASA、AMS、UAS、野火、VIS-IR-MIR-TIR 1.简介 自主模块化扫描仪 (AMS) - WILDFIRE 传感器是一种多用途 NASA 设施传感器系统和模块化 UAS 系统,供科学和应用界使用。AMS 扫描仪由具有三个配置光学头的 Daedalus AADS-1268 扫描系统组成。该配置主要在 NASA ER-2 高空飞机平台上飞行。其中一种配置是专题制图模拟器 (TMS),用于土地覆盖研究,也用于野火成像。新的 AMS 被重新配置为具有类似扫描头的全功能 UAS 兼容传感器 * 通讯作者。
摘要 - 马拉里亚是由感染雌性蚊子蚊子的寄生虫引起的,是一种严重的且潜在的致命疾病,是热带地区常见的。疾病控制程序依赖于树冠内各种垂直高度的蚊子的捕获。为了支持这种疟疾控制研究工作,该提议的解决方案旨在克服涉及攀岩和手动蚊子捕获的调用方法的局限性。本文介绍了一种新型无人机导航系统的开发,该系统旨在在树冠中收集蚊子样品。我们的解决方案通过使用立体声视觉深度摄像机和对象检测算法yolov7实现3D映射算法来构建解决方案,以准确识别树檐篷中的栖息地。开发的无人机导航算法采用获得的坐标来计划合适的飞行路径。我们评估了基础针孔摄像头模型的准确性,并进行了深度摄像头的校准,以提高深度精度。此外,我们分析了Yolov7培训配置,以最大程度地减少着陆点检测中的假阳性。结果证明了我们解决方案在捕获各种垂直高度的蚊子方面的有效性,为疟疾控制程序提供了宝贵的支持。索引术语 - 马拉里亚控制,计算机视觉,无人机导航,深度摄像头,机器学习
INDICATION FOR USE: TheraSphere is indicated for use as selective internal radiation therapy (SIRT) for local tumor control of solitary tumors (1-8 cm in diameter), in patients with unresectable hepatocellular carcinoma (HCC), Child- Pugh Score A cirrhosis, well-compensated liver function, no macrovascular invasion, and good performance status.禁忌症:在患者中偶然存在:其TC-99M大型大型白蛋白(MAA)肝动脉灌注闪闪发光显示出对胃肠道的任何沉积,可能无法通过血管造影技术来纠正血管造影技术•与Lungs的流血相比,该血管造影技术不得超过16. 1 16. 5(16)。 Y-90到肺。辐射肺炎。•肝动脉导管插入术是禁忌的,例如具有血管异常或出血性临床的患者•肺动脉不足(通常由<60 mmHg的动脉氧气压力(PA,O2)定义为<60 mmHg或氧气的氧气饱和度(SA,O2)或严重<90%),包括<90%),包括<90%dysfun divery,npefun dive <90%dysf。在临床上明显的腹水或用利尿剂治疗腹水•门静脉静脉血栓形成(PVT)4型参与以及缺乏TC-99M MAA沉积在TC-99M MAA成像上看到的PVT,并具有> 70%的肿瘤更换的肿瘤•具有较差的整体状态(E.G. E.G.,E.G. E.G.,E.G. E.G.,E.G. E.G. E.G.,> 70%)局部辐射处理。•怀孕的人。在接受患者治疗之前,请勿打开剂量的小瓶丙烯酸屏蔽。PI-992004-AA。WARNINGS: The following pre-treatment, high-risk factors (disease characteristics) have been associated with serious adverse events deemed possibly related to use of the device: infiltrative tumor type • tumor nodules too numerous to count • AST or ALT > 5 times ULN • bilirubin > 2 mg/dL • tumor volume > 50% combined with albumin < 3 g/dL.除了辐射测量所需的要求外,除了在患者治疗之前和患者治疗之前和期间,将therasphere剂量的小瓶直立并保存在其铅锅中。治疗后,废物需要谨慎,以防止由于残留的玻璃微球引起的污染和β屏蔽。预防措施:一般预防措施:如在任何动脉内手术中,应采用无菌技术,并应注意确保最少的患者麻醉暴露于治疗目标。•在确定通过导管注入的流体类型和体积时,应考虑患者合并症,以避免电解质失衡,液体移位和高血糖。•重要的是要避免任何可能导致动脉痉挛的侵袭性动脉手术,从而损害了液球分布到灌注肝目标体积中,这可能导致毒液的服用不足或非靶标沉积。肝功能受损患者的预防措施:遗留研究的疗效或安全性数据可用于支持该设备在儿童PUGH评分B或C cirrhosis患者中使用该设备。脆弱患者的预防措施:无法支持在儿童或乳房喂养妇女中使用该设备的有效性或安全性数据。如果考虑火化,则需要披露治疗。内分泌破坏,致癌性,诱变性,对繁殖的毒性:理想情况下应在月经开始后的前几(约10天(约10天)中,应在生育能力的女性中使用这种放射性装置。辐射安全:放射性产品仅由医疗保健专业人员使用,这些专业人员通过特定的培训和处理放射性核素的特定培训资格,并且经过适当的政府机构批准了被授权使用放射性核素使用的经验和培训。•与使用任何放射性材料一样,请确保对患者的最小辐射暴露于治疗目标,并最大程度地减少与患者接触的工人和其他人接触的辐射。释放和治疗后预防措施:治疗后患者护理:使用通用预防措施进行体液接触。跟踪Y-90可以在血液和尿液中检测到;戴手套并作为正常体液处置。辐射场在距患者腹部3 ft(1 m)下的辐射场小于1 mREM/h(10 µSV/h)。不需要患者的补充屏蔽和隔离来维持低于调节限制的其他人。•发布说明:患者应遵循良好的卫生(例如,适当的洗手)。护理人员,家庭和其他人不需要限制患者接触;但是,他们可以通过避免在治疗后第一周内避免在患者腹部1英尺(0.3 m)内延长时间(> 12个小时)的时间来最大程度地减少其辐射暴露。临床副作用通常发生在治疗后的前4至6周内。应告知患者在安全筛查时可能会发现从患者发出的辐射(例如国际旅行)。•在管理后的特殊预防措施:如果患者需要在治疗的前2周内就其胸部或腹部的任何部分住院,手术,医疗评估或治疗,则患者应告知医院并治疗Y-90 Theransphere植入的医生。医生应咨询其辐射安全人员,以处理和处置肝组织。•特殊的肝组织处理:治疗后手术,外植体或移植可能需要特殊的肝组织处理,因为玻璃微球保持永久植入肝组织。潜在的不良事件:使用该产品会导致肿瘤组织和正常肝组织的照射。结果,肝功能受损的患者可能会面临肝功能障碍的风险更大,因此可能会出现并发症。与给药程序本身有关的并发症可能包括:过敏反应:包括血管解剖在内的动脉损伤•抽吸肺炎•现场瘀伤/出血/血肿•便秘/腹部膨胀•疲劳•冲洗•感染•感染•恶心•自在•神经损害。注意:联邦(美国)法律将该设备限制在医师或根据医师的命令中出售。注意:肝脏的剂量不超过150 Gy。基于临床试验数据,文献综述和市场监测后,可能与Y-90微球治疗相关的不良事件(包括therasphere)可能包括以下因素:急性或慢性功能•慢性•厌食症•焦虑症•腹膜•胆管•炎症•炎症•chrolious•ch iliious•ch ilious•chlose•ch ilious•chliious) •死亡•脱水•腹泻•头晕•呼吸困难•水肿(任何位置)•电解质异常•升高的bun /肌酐 /肌酐升高•秋天•疲劳•疲劳•发烧•胃肠道出血 /出血•胃肠道或胃肠道溃疡•催眠•hypatic helpatic heppatic hexpatic•Hexpate•hexpate•hexpate•hexpate•hexcoptry•hexpate•hexcoremation•hepcornal prosental•Hicccorenal prosental inccorenlopenal•Hiccorcorenal prosental inccorenlopenal inccorenal prosental• (any location) • Liver failure, acute or chronic • Lymphopenia • Malaise • Mood alteration • Muscle weakness • Nausea • Neutropenia • Pain (any location) • Pancreatitis • Platelet count abnormalities • Pleural effusion • Portal hypertension • Pre-existing chronic liver disease decompensation • Pulmonary edema • Pulmonary fibrosis • Radiation hepatitis • Radiation induced disease,急性•无线电栓塞诱导的肝病(Reild)•败血症•室外心律不齐•血栓形成(动脉或静脉)•肿瘤炎症(包括肿瘤水肿)•肿瘤 - 溶解综合征•呕吐•呕吐•体重减轻。
如何将您的日常生活转变为家庭的可再生能源 • 科学博览会项目创意的科学方法 • 在家节约能源的好主意 • 地热能让您脚下就有热能 • 将垃圾转化为气体:生物质能 • 利用微生物燃料电池将泥浆转化为能量 • 利用水来工作:利用水力发电提升负载 • 燃料电池 — 为未来提供燃料! • 生物柴油:将石油转化为清洁燃料 • 使用 LED 照明节约能源 • 燃烧生物燃料:比较不可再生和可再生燃料 • 科学博览会项目创意的科学方法 世界人口的增长意味着对能源的需求增加,这使得能源生产成为一个复杂的话题,人们争论不休的是化石燃料还是清洁可再生能源。科学家和工程师正在应对制造和储存能源的挑战。与此同时,学生们正在寻找可以通过建造来学习的项目,特别是与电气工程 (EEE) 相关的项目。一些流行的想法包括: * 家庭自动化系统:通过蓝牙连接电器并可通过移动应用远程控制的项目。该系统还可以根据用户需求进行编程,以自动开启/关闭。 * 太阳能和智能能源系统:该项目专注于开发基于太阳能的电池充电器,为智能交通照明系统供电。这有助于学习太阳能技术的基础知识。这些项目适合希望构建有助于他们未来职业生涯的优秀项目的 EEE 学生。它们提供了修改和创新的空间,使其成为小型或大型电气工程项目的理想选择。这个电气项目让您可以学习和构建可再生能源领域的小型或大型工程项目。它涉及 4 个关键组件:太阳能电池板、红外传感器、微控制器和 LED。查看太阳能和智能能源项目详情并试用免费演示。另一个令人兴奋的项目是使用物联网的智能灌溉系统,它应用物联网 (IoT) 技术来监测土壤湿度水平并自动打开水泵。它还通过电子邮件发送用户更新。该系统需要 4 个主要组件:土壤湿度传感器、Arduino Uno、WiFi 模块和水泵。查看智能灌溉项目详情并试用免费演示。此外,Animatronics Hand 项目利用机电一体化技术来模拟手部运动,可以使用 Flux 传感器、Arduino Uno 和伺服电机构建。最后,使用 IoT 的天气监测系统是物联网 (IoT) 技术的另一个应用,需要 5 个关键组件:DHT11 传感器、WiFi 模块、NodeMCU、LCD 显示器和电源。到 2020 年,预计将有 10 亿台设备使用该技术连接到互联网。为了更好地理解它,您可以从事利用该技术的项目。其中一个项目是构建一个温度和湿度传感器设备,该设备根据用户定义的阈值远程发送更新。您需要三个主要组件:DHT 传感器、Arduino Uno 和 WiFi 模块。另一个电气项目想法是通过构建自动太阳能跟踪系统来提高太阳能的效率。该设备可以自动调整其方向以最大限度地提高阳光的能量输出。使用固定的太阳能电池板,该跟踪系统可产生 40% 以上的能量。您需要四个主要组件:太阳能电池板、LDR 传感器、Arduino 开发板和直流电机。此外,您还可以构建一个可以通过人类手势控制的机械臂。该项目涉及使用 ADXL 加速度计传感器来检测手势,使用 Arduino Uno 作为大脑,并使用伺服电机来控制单个手臂运动。最后,考虑使用 PIR 传感器开发智能照明系统。该设备可检测人类的存在并相应地控制照明。它还可以编程为根据占用水平打开/关闭电器。您需要三个主要组件:PIR 传感器、Arduino 开发板和继电器模块。查看这些项目的详细信息并试用免费演示!检测人类存在并连接到系统微控制器充当大脑,处理来自传感器的数据继电器驱动器将电压转换为电源灯查看智能照明项目详情并试用演示使用 GSM 的智能电能表:监测能源消耗对工业至关重要。获取的数据有助于采取必要的措施来节约能源。这个电气项目开发了一种监测能耗的设备,可以集成到任何行业中。当能耗超过阈值时,系统可以通过短信向用户发送更新。所需组件包括电能表、Arduino Uno、GSM 模块。查看智能电能表详细信息并试用演示 10. 太阳能基本上是我们从太阳获得的阳光,可以使用光伏 (PV) 或聚光太阳能 (CSP) 系统将其转化为电能。这种能量可用于路灯、灌溉系统和交通信号灯等各种应用。许多人都对在日常生活中使用这种能源感兴趣,这就是为什么工程专业的学生热衷于做与之相关的项目。以下是可以帮助他们成功完成 B.Tech 的太阳能项目创意列表。这些项目适用于不同的类别,如 DIY、Arduino、LED、电池和创新项目。对于家庭,有各种 DIY 太阳能项目可供选择,需要特殊工具才能操作。其中一些包括使用太阳能的蓝牙扬声器设计、基于离网的 DIY 太阳能系统,由太阳能 PV 跟踪器充电的立体声冷却器,使用太阳能驱蚊,基于太阳能的 USB 充电器,使用太阳能电池充电器的 DIY 手机充电器,使用太阳能通过互联网启用的太阳能跟踪器,基于可移动太阳能发电装置 DIY,基于太阳能的移动充电站,基于太阳能的灌木,基于家庭太阳能的 DIY 电池充电器,基于 LLI 或 Lipo 太阳能充电站,家庭 DIY 太阳能电池板,公寓太阳能系统,基于太阳能的电源,基于纸板的太阳能灯,夜间太阳能灯泡设计。继续讨论 Arduino 项目,列出了各种想法,包括由太阳能充电电池供电的 Arduino Uno、使用 Arduino 的 MPPT 充电控制器、使用 Arduino 的 MPPT 太阳能充电器 - 基于非光学太阳能供电的 Arduino 的 PV 太阳能跟踪器、使用自动和手动模式的双轴太阳能跟踪器面板、由太阳能供电的堆肥监控、用于光跟踪和伺服控制的太阳能电池板、基于 Arduino 的智能能源监控器、基于太阳能的 UPS 控制器、使用 Arduino 的太阳辐射测量、使用太阳能的水箱调节器、太阳能电池板和光强度的能量检测器、基于 Arduino 的太阳能锅炉、基于 Arduino 的太阳跟踪器炮塔、使用 MPPT 和 Arduino 的太阳能充电控制器、由太阳能供电的基于 Arduino 的太阳能充电控制器、使用 Arduino 的能量计、基于 Arduino 和太阳能的气象站等想法。太阳能逆变器项目包括使用 SG3525 手持太阳能逆变器的太阳能逆变器项目、家用太阳能逆变器、基于准 Z 源的馈电 BLDC 驱动太阳能逆变器、带微控制器的旋转太阳能逆变器等想法。最后,还有太阳能 LED 项目,涵盖的主题包括:太阳能 LED 供电的家庭照明系统、用于教室的太阳能光伏照明系统、基于太阳能 LED 的道路标记、使用太阳能发电和净化水的 LED 街道。太阳能电池项目是工程专业学生应用知识和技能的绝佳方式。其中一个项目是 Lipoly 充电器,它使用太阳能为铅酸电池调节器供电。另一个项目涉及使用太阳能为风扇供电,创建手提包大小的太阳能充电器。使用微控制器和 C 语言编程可以实现通过太阳能为电池充电的简单系统。此外,可以使用 MPPT 充电控制器和降压转换器设计 DIY 太阳能升压转换器。这些项目展示了太阳能等可再生能源的潜力。创新太阳能项目创新太阳能项目专注于太阳能物联网和无线项目。其中一个项目是太阳能管理系统项目,它将可再生能源产生的电力分配到城市和农村地区,解决电力问题。然而,它需要一个大型逆变器来存储可变的太阳能,因此电网与当前电网并联设计。家用太阳能项目可产生交流电来操作电器、小工具、照明系统等。基本组件包括太阳能电池板、电池、逆变器和太阳能系统。利用太阳能净化水源清洁饮用水的供应是一个全球性问题,尤其是在盐度普遍存在的沿海地区。基于太阳能的水净化系统可以利用反渗透原理克服这一问题。该项目使用 8051 微控制器来防止溢流,适用于电力供应有限的农村和偏远地区。可以降低水中的盐含量。哈佛大学的 Noah Jaffer 和他的同事开发了一种轻型太阳能昆虫机器人。这种昆虫机器人无需电源即可飞行,其四只翅膀每秒拍打 170 次。翅膀通过两块板控制,一旦电流通过它们,它们就会结合。机器人由安装在翅膀上的六个小型太阳能电池供电,每个电池重 10 毫克。当暴露在光线下时,翅膀开始拍打,机器人飞行约半秒钟后飞离光线。未来的发展可以整合传感机制,让机器人在阳光下飞行。基于物联网的太阳能监控系统可以通过检测太阳能电池板故障、灰尘堆积和连接问题来优化电力输出。该系统不断监控电池板性能,并通过互联网将数据传输到物联网服务器。GUI 显示参数,并在输出低于指定限值时向用户发出警报,从而实现对太阳能发电厂的远程监控。拟议的太阳能电池板双重管理系统使用物联网来防止盗窃并指示维护需求。该系统使用传感器和 LinkIt ONE 来检测加速度计值的变化并跟踪 GPS 位置。可以生成警报并通过短信或电子邮件发送。维护指示是通过电压、灰尘和传感器读数实现的,使用电池板效率数据更新网络服务器。设计了一种使用太阳能的无线充电器,允许将小型太阳能电池板安装在手机上,无需电线即可独立充电。拟议的使用太阳能的无线电力传输系统具有多种优势,包括无需充电线和节能。这种可再生能源丰富且免费,可以减少客户的电费并为他们省钱。该系统使用太阳能电池板产生电能,电能储存在电池中,然后以电磁波的形式从发射器传输到接收器。森林火灾探测项目涉及两个模块:监测区域模块 (MAM) 和森林区域模块 (FAM)。这些模块包括传感器、与 Zigbee 的串行通信、使用 MPPT 的太阳能收集以及基于 PC 的 Web 服务器。该系统专为区域监测而设计,效率为 85%。网络服务器降低了整个系统的成本和重量。文中提到的其他未来太阳能项目包括:* 由太阳能供电的对接系统* 利用太阳能的信标项目* 使用太阳能为电动汽车供电的项目* 太阳能疫苗冰箱* 太阳能炊具和烤箱* 太阳能手机充电器* 太阳能油漆和织物* 荷兰太阳能自行车的路径* 比利时由太阳能供电的火车隧道* 马尔代夫的浮动太阳能农场* 各国由太阳能供电的机场、旋转木马、国家和太阳能公园。这些项目适合工程专业学生作为最后一年的项目。一个例子是具有自动强度控制的太阳能 LED 路灯。太阳能 LED 路灯因其高效率和易于强度控制而越来越受欢迎。该项目专注于设计太阳能 LED 路灯系统,该系统在高峰时段最大限度地利用能源,同时在夜间最大限度地减少浪费。该系统在白天将太阳能电池板的能量存储在电池中,然后在晚上用于为 LED 供电。为了确保高效充电,LED 阵列由充电控制器单元控制,该单元可感应过度充电或过载等异常情况。电池中存储的直流电用于通过开关装置为 LED 供电,LED 的强度使用脉冲宽度调制 (PWM) 技术控制。这允许从微控制器向开关提供不同的占空比脉冲,从而使 LED 的强度在特定的时间间隔内发生变化。该项目还探索了使用主动跟踪系统来最大限度地利用太阳辐射的太阳跟踪太阳能电池板。使用步进电机阵列和假太阳能电池板来演示这一概念。最后,太阳能充电控制器旨在调节电池充电,防止过度充电、低电压或过载情况。该系统使用比较器来感应这些异常情况并提供输出信号来控制电池的充电。这确保了电池充电和放电的安全高效。该项目利用太阳能用于街道照明和灌溉系统的创新方法在自然资源有限的地区具有巨大的实际应用潜力。土壤湿度监测系统使用太阳能和自动灌溉控制,即使在电源不稳定的地区也能有效利用水资源。该项目利用太阳能泵来克服主电源频繁不可用的问题,并根据传感器输入控制泵电机,传感器输入可感知土壤湿度水平。该系统还包括太阳能测量功能,如温度、光强度、电压和电流监测,显示在 LCD 显示屏上。其他相关项目包括用于提高光伏发电性能的太阳能跟踪系统、用于灌溉的太阳能水泵系统以及用于汽车应用的利用雨水和太阳能自动操作的雨刷。此外,电动自行车可以设计为配备太阳能电池板来为电池充电,太阳能电池板还可以为在日出和日落时打开/关闭的夜灯供电。本文介绍了各种创新项目和系统,旨在利用太阳能为日常问题提供解决方案。这些项目包括: - **工业锅炉控制**:一种使用太阳能电池板控制工业锅炉温度的系统,满足供暖需求。 - **太阳能多用途机器人**:一种由太阳能驱动的机器人,能够在农业环境中挖土、播种和洒水。 - **太阳能冷却系统(阿联酋)**:一种旨在在炎热的夏季减少阿联酋建筑物电费并节约能源的系统。 - **设计太阳能供电和操作门**:一种使用太阳能操作的门,由通过太阳能充电的电池供电,并通过远程操作控制。 - **太阳辐射追踪器**:通过追踪太阳的运动来优化太阳能电池板效率以最大限度提高发电量的系统。 - **基于纳米太阳能电池的光伏系统设计**:一个分析使用纳米技术从阳光发电的光伏系统成本的项目。 - **设计用于去除太阳能电池板上灰尘的嵌入式系统**:一种旨在去除灰尘和提高太阳能电池板性能的嵌入式系统,确保最大限度的输出能量。 - **通过可持续的植物修复方法防止水土流失**:一种利用太阳能监测土壤湿度和 pH 值的方法,防止水土流失。 - **基于太阳能的海水淡化生产**:一个利用太阳能淡化海水以生产淡水的项目。 - **利用太阳能进行村庄电气化**:通过使用太阳能为村庄提供电力供应,节约用电。 - **太阳能袋和抛物面太阳能烤箱**:专注于为利用太阳能发电和烹饪提供可持续解决方案的项目。该烤箱可以在 15-20 分钟内烧开水,在 50 分钟内煮好三人份的米饭,还能节省电能。其他项目包括太阳能驱动的割草机、使用 GSM 为煤矿工人提供的灵活呼叫系统、基于太阳能的农村农业电围栏以及为机器人提供动力的带光束电路的太阳能发动机。此外,还有太阳能驱动的便携式收音机和各种其他创新理念,如太阳能移动充电器、冰箱和空调。这些项目展示了太阳能在节省电力和更高效地完成任务方面的潜力。太阳能因其可用性、可持续性以及零污染物排放而被认为具有优势。
黑体是一个理想化的物体,它吸收所有传入的辐射并反射或传输,同时也是所有波长辐射的完美散热器。这种现象被称为黑体辐射,其特征是热能光谱,该热能光谱显示了在一系列波长或频率上的辐射强度。可以使用量子理论控制的几种原理来描述黑体辐射的定律。需要特殊的望远镜才能观察肉眼不可见的恒星发射辐射。上次审查于2023年1月14日。“黑体”重定向。注意:这与黑体不同(电影)不同。波兰实验室中的黑体散热器近似于普朗克定律描述的理想模型,并作为光谱辐照度的标准。随着黑体的冷却,其辐射强度降低,峰值波长向更长的波长移动。为了进行比较,经典的雷利 - 简 - 与其紫外线灾难一起显示。黑体或黑体是一个理想化的物体,可吸收所有电磁辐射,而不论入射率频率或角度如何。在热平衡处发出的黑体发射的辐射称为黑体辐射。它的名称来自它吸收所有颜色的光。相比之下,白色身体在各个方向均匀地反映了射线。在恒温下的黑体根据普朗克定律发出电磁辐射,其光谱仅由温度决定(见图),不受形状或组成影响。理想的黑体具有两个关键特性:1)它是一个理想的发射极,2)它垂直于发射方向,无论方向如何,它都会辐射各向同性的能量。真实材料会散发出黑色能量水平的分数 - 发射率。按照定义,热平衡中的黑体具有发射率ε= 1。发散性较低的身体称为灰色身体。以高发射率建造黑体仍然是一个令人感兴趣的话题。在天文学,恒星和行星辐射中有时会使用有效温度来表征,该温度代表了发射相同总电磁能通量的黑体温度。艾萨克·牛顿(Isaac Newton)在他的1704年书中介绍了黑色身体的概念,询问黑体是否比其他颜色更容易从光中吸收热量,因为进入它们的光不会反映出,而是被反射的,有时会吸收,有时会散布在内部,直到它消散。古斯塔夫·基尔乔夫(Gustav Kirchhoff)在1860年首先提出了一个黑体的想法:“可以想象到身体完全吸收了所有事件射线,既不反映也没有传播。”黑体被定义为从所有波长和角度的辐射吸收器。理想化的表示,称为黑体,允许所有入射辐射无反射地进入它,并在内部吸收所有辐射。[10]此定义下降了“无限小厚度”的引用。[9]一个用于模拟黑色表面的广泛使用的模型是一个隔离的围墙中的一个小孔,墙壁上有不透明对辐射的壁。但是黑体辐射到底是什么?入射辐射通过孔进入,如果外壳足够大,则几乎没有机会再排放。但是,当入射辐射波长超过孔的直径时,由于反射,该模型并不完美。[10]有限大小的腔体内的辐射不会遵循理想的planck频谱,而波长与腔的大小相当或大。[11]围栏中的一个小孔可以逃脱一些辐射,近似黑体辐射,该辐射表现出温度t的能量分布特征,并且与小于孔的大小的波长无关。[11]热力学的第二定律指出,如果不受干扰,腔内的辐射最终将达到热平衡,[12],尽管此过程可能需要很长时间。[13]通常,通过腔或壁中的材料对辐射的持续吸收和辐射发射达到平衡。这种机制“热化”传入辐射,将能量重新分布直至光子达到普朗克分布。与稀释的气体(如稀释气体)相比,凝结物质的存在速度显着加快了热量化的速度。与与物质的相互作用相比,低于数十亿的开尔文,直接光子 - 光子相互作用通常微不足道。[19]可以将光子视为一种相互作用的玻色子气,[20]在H Theorem下描述,任何相互作用的玻色子气体都将在一般条件下达到热平衡。通过热辐射的身体行为通过其传播(τ),吸收(α)和反射(ρ)来描述。身体及其周围环境之间的界面可能是粗糙的或光滑的。对于非反射界面,将区域与不同的折射率分开,反射和折射定律必须是粗糙的。理想化的不透明体不会传输辐射,但可能反映出某些辐射,而透明的身体会传递所有入射辐射。对于所有波长,灰色体具有常数α,ρ和τ。白色身体在各个方向均匀地反映了所有入射辐射。黑体的特征是τ= 0,α= 1,ρ= 0。普朗克的模型描述了完美的黑色身体,但由于表面缺陷而指出了它们在自然界的不存在。基尔乔夫(Kirchhoff)介绍了一个完美的黑体,具有完全吸收的表面层,但普朗克(Planck)指出了对这一想法的严重限制。黑体的实现包括1898年的Otto Lummer和Ferdinand Kurlbaum的腔辐射源,该辐射源已用于迄今为止用于辐射测量。类似黑体的材料是为了伪装和雷达吸附剂应用以及太阳能用途而寻求的。黑体材料是大多数波长的光吸收器,使它们有效地发射红外辐射。这些特性使其非常适合在空间或真空等极端环境中加热应用。此外,它们是有效的抗反射表面,可减少望远镜和相机中的流浪光,从而更准确地观察。具有高折射率的纳米孔材料也表现出较低的反射率,有些人的平均反射率为0.045%。研究人员一直在探索对传统灯泡涂料(例如碳纳米管)进行改进的新材料,这些材料可以实现近乎完美的黑体行为。创建诸如Nanoblack和Super Black之类的材料的创建已经突破了吸收率的边界,某些材料吸收了多达99.9%的传入光。恒星的有效温度取决于理想的黑体的温度,该温度辐射与恒星相同的能量。可以使用不同的颜色指数(例如B-V和U-B)来计算此值,这些颜色指数提供了有关恒星表面通量的信息。通过分析这些指数,天文学家可以估算恒星的有效温度,并将其与完美的黑体温度进行比较。对主要序列和超级恒星的研究揭示了它们的颜色与有效温度之间存在粗糙的相关性。这些恒星群的曲线位于相应的黑体U-B指数下方,表明它们比具有相同颜色指数的理想黑体发出的紫外线少。有趣的是,太阳的有效温度低于其光球温度,该温度随着深度而变化。还使用颜色颜色图中的B-V和U-B颜色指数计算了黑洞的有效温度。物理学家认为,黑洞的温度非零,辐射具有几乎完美的黑体光谱,最终通过真空波动蒸发。大爆炸理论的基础是宇宙学原理,表明在大范围内,宇宙是同质和各向同性的。最初,在编队后大约一秒钟,它是一个在10^10 K以上的温度下的黑色身体。随着它的扩展,物质和辐射冷却,导致当今的宇宙微波背景辐射,在2.7 k左右,它几乎是理想的planck频谱。这种辐射源于Anisotroproproy的真正黑体的完善,这一辐射由Anisotropropy变体的一部分,一部分大约100,000。Stefan-Boltzmann定律将黑体辐射的总能量为σT^4,其中σ是Stefan-Boltzmann常数(5.67×10^-8 W/M^2/K^4)。一种简化的冷却方法涉及补充该法律的发射ε≤1,并考虑辐射,热容量和温度随时间变化的功率变化。但是,这些假设忽略了细节,例如热重新分布机制,变化的组成,相变和温度变化的发射率。这种简化可以通过将总发射功率与发射表面积联系起来来估计对象尺寸,该功率用于确定X射线突发源自中子星而不是黑洞。热辐射定律与物体如何在各种波长中发出或吸收光线有关。通过引入少量物质可以吸收并散发所有光频率,可以加速腔中辐射的热平衡。这是基于包括普朗克,劳登和曼德尔和狼在内的各种物理学家的工作。实现热力学平衡的关键在于光子之间的相互作用,当仅存在光子时,这可以忽略不计。需要少量物质来促进此过程。当光子彼此相互作用或与物质相互作用时,除非分子的分布达到平衡,否则随着时间的推移会导致热能降低。为了表征这种情况,可以定义称为“ H”的合适数量。这个概念对于理解气体如何随着碰撞而进行的行为和变化至关重要。此外,某些材料在吸收或反射光(包括极端黑暗)方面具有出色的特性。示例包括垂直排列的单壁碳纳米管和低密度纳米管阵列制造的极深的材料。这些概念对于理解量子水平的辐射和物质的行为至关重要,尤其是在热力学和统计力学中。在包括物理,天文学和材料科学在内的各个领域进行了广泛的研究,黑体光谱及其性质的概念已得到广泛的研究。由理查德·布朗(Richard Brown)及其同事在英国国家物理实验室创建的“有史以来最黑的黑色”材料就是这种现象的一个例子。对黑人光谱的研究可以追溯到古代,诸如亚里士多德(Lawrence Hugh Aller,1991年)等哲学家的观察以及后来的天文学家(如David F Gray)(1995年2月)。在天体物理学和恒星天文学的背景下,还探索了与材料相互作用的光子的研究(Kenneth R. Lang,2006; B. Bertotti等,2003)。黑体光谱的形成受源中温度曲线(例如太阳或恒星)的影响(Simon F. Green等,2004; David H. Kelley等,2011)。此外,近年来已经对热力学及其在黑洞中的应用进行了广泛研究(Robert M Wald,2005年)。最近的研究还探索了碳纳米管的特性,可用于创建接近完美的黑色表面(Ghai等,2019)。这些材料的开发对包括能源,电子和航空航天在内的各个领域具有重要意义。总体而言,对黑体光谱及其特性的研究继续促进我们对物理世界及其许多奥秘的理解。目前尚无实验或观察证据来支持黑洞热力学的理论。研究人员提出了各种例子,包括通过中微子的发射和辐射冷却中子恒星,但是这些想法尚未经过经验测试。中子恒星中的冷却过程受热容量和中微子发射之间的平衡的控制,其生命的前105 - 6年。后来,夸克物质核心变得惰性,由于核物质分数的中微子排放,恒星进一步冷却。请注意,此解释版本着重于原始文本中介绍的主要思想和概念,而不是提供有关提到的每个点的详细摘要。**基希霍夫的辐射法及其历史**在柏林,在公元783 - 787年之间,古斯塔夫·基希霍夫(Gustav Kirchhoff)就身体发射和吸收辐射的能力之间的关系做出了重大发现。这个概念后来被称为基尔霍夫的辐射法。**早期实验**基希霍夫(Kirchhoff)的论文之一,“关于光和热的不同物体的辐射和吸收力量之间的关系”,在1860年由弗朗西斯·古斯里(Francis Guthrie)从德语转换为英语。在本文中,基尔乔夫解释说,完美的辐射吸收器也是完美的发射极。**黑体理论的发展**在接下来的几十年中,其他研究人员建立在基希霍夫(Kirchhoff)的作品上,包括路德维希·鲍尔茨曼(Ludwig Boltzmann)和马克斯·普朗克(Max Planck)。他们开发了“黑体”的概念,它是一个理想化的物体,它吸收了所有传入的辐射而无需反映任何传入的辐射。**热力学和天体物理学的进步**在20世纪,科学家继续完善他们对黑体理论的理解。阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)对量子力学的发现,使人们对辐射及其与物质的相互作用有了更深入的了解。**现代发展**如今,研究人员正在努力开发可以模拟完美辐射吸收器的特性的新材料。这些材料在天体物理和光学等领域中有应用。注意:我保留了原始文本的结构和音调,但对其进行了改写,以使其更可读和简洁。一项开创性的实验导致发现了量子力学中的新领域,该领域深入研究了辐射下物质的行为。从定义上讲,没有材料是完美的“黑体”,但是有些像碳相似的东西已经接近。在本文中了解其复杂性,示例和特征。这种现象更多地是关于系统的特征,而不是对其进行震撼的实际辐射。黑体辐射:本质上是一种理论概念,一种完全吸收所有入射辐射的系统或物质,而无需重新传播任何一个辐射,都可以视为完美的黑体。根据热力学定律,这种系统必须发出与吸收的光一样,尽管在不同的温度和能量水平下。完美的黑色身体:理想的场景真正的黑色身体将完全黑色的身体看起来完全黑色,因为它能够吸收所有入射热辐射,而不论波长如何,而没有任何传输。但是,这种情况仍然纯粹是理论上的,因为没有任何材料能够真正体现这些特征。黑体辐射的例子和材料虽然没有完美满足黑体标准的材料,但是像石墨这样的物质在光吸收方面非常有效 - 达到96%。太阳也很近,发出了大量的阳光,但效率约为70%。其他示例包括加热物体,例如烤面包机元素和灯泡细丝。理解黑体辐射可视化吸收并以同样概率排放所有辐射的系统是具有挑战性的。但是,物理学家通常认为黑体是热平衡中理想化的空心金属盒 - 配有一个用于辐射逃生的小孔。这个思想实验有助于说明黑体辐射的概念。黑体辐射光谱:连续现象。任何加热物体发出的光谱落在黑体辐射的伞下。值得注意的是,这种现象表现出连续的特性,该特性受物体温度而不是其固有特征的控制。本质上,黑体根据温度在各种波长中排放热辐射。电子过渡和黑体辐射根据量子力学,电子从较高能量状态到较低的态度导致光的发射 - 导致黑体辐射的连续光谱。这种现象为排放提供了宝贵的见解,并在加热,照明,热成像等方面具有实际应用。黑体辐射特征:关键定律,黑体辐射的行为可以通过支配其特征的几个基本定律来解释...根据位移定律,黑体辐射曲线在与温度成正比的逆波长处达到峰值。Wien的公式λmax= b/t显示最大波长(λmax),Wein的常数(b = 2.8977*10^-3 m.k)和温度(kelvin中的t)。普朗克定律在特定温度下使用eλ= h*c*t^(-5)/cosh(h*c/λkt)-1在特定温度下使用黑体发射的光谱能密度。Stefan-Boltzmann法律显示总发射能量(E)与绝对温度成正比(T^4)。黑体辐射曲线显示,较热的身体在较短的波长处辐射峰值能量,而总能量随温度升高而增加,但在较小的波长下峰值。动物的辐射主要属于红外辐射,而肉眼看不到。然而,Max Planck提出能量以离散量(称为Quanta)来解决这一悖论。的应用包括观察灯泡在加热时从红色变为白光的细丝灯泡,并焊接金属碎片,由于温度的升高而发光不同的颜色,这也用于夜视设备中,通过将红外辐射转换为可见图像,以检测暖血动物和人。黑体辐射具有各种商业应用,包括安全性,测试,照明和供暖,因为它能够发射热能。这种现象用于许多过程中,例如电加热器,炉灶,白炽灯灯泡,太阳,星星,防盗警报,温水动物和夜视设备。Planck的辐射定律允许在任何波长和温度下计算能量强度,从而确定黑体辐射源的特性。选择此类来源取决于诸如发射率,温度,发射面积的大小,冷却时间,热身时间和调节稳定性等因素。在物理学中,理想黑体的概念导致了紫外线灾难,该灾难预测了热平衡时无限能量。偏离瑞利 - 吉恩法律的方程式,构成了量子力学的基础。