Какие физические процессы связаны с ощущением тепла от солнечного света?

Предположим, человек лежит на пляже. Он/она начинает чувствовать тепло после воздействия на его/ее кожи солнечного света. Я предполагаю, что это ощущение связано со способностью человеческого тела «измерять» повышение температуры кожи.

Теперь я хочу понять, какие физические процессы связаны с повышением температуры. Представьте себе группу фотонов, падающих на кожу через определенный промежуток времени. Я попытался перечислить возможные взаимодействия с точки зрения физики элементарных частиц между фотонами и тканями человека и пришел к выводу, что возможные взаимодействия могут быть следующими:

  1. Фотоионизация
  2. Комптоновское рассеяние
  3. Рэлеевское рассеяние
  4. Парное производство

Первые 3 кажутся разумными, но четвертый требует слишком высокого энергетического порога: нет падающих фотонов, которые могут иметь такую ​​энергию. Я заключаю это, глядя на спектр солнечного света, который на самом деле достигает земной поверхности под атмосферой. Так что я думаю, что парное производство не играет роли в этой ситуации.

Существуют ли какие-либо другие процессы взаимодействия между фотонами и молекулами ткани, участвующие в повышении температуры тканей человека?

После перечисления процессов мне интересно, что же на самом деле повышает температуру: температура повышается из-за того, что взаимодействия фотонов и молекул приводят к переходу молекул в возбужденные колебательные состояния? или, может быть, переходы в возбужденные вращательные состояния?

Я подумал, что другая возможность заключается в том, что взаимодействия фотонов увеличивают кинетическую энергию молекул воды в коже или, возможно, увеличивают решетчатую вибрацию других тканей (кожи, костей или других). Эти процессы происходят одновременно? Один из этих процессов (например, переход во вращательно-возбужденные состояния) доминирует над другими ?

Я ищу качественный ответ, не вдаваясь в подробности биологии человеческого тела. Я просто хочу создать в уме примерную картину этой ситуации. Я хочу создать мысленное «видео» от момента, когда фотон или группа фотонов попадает в кожу, до момента, когда воздействуют на молекулы ткани и начинает повышаться температура.

Заранее благодарю всех, кто ответит на этот вопрос.

В вашем списке отсутствует старое доброе фотопоглощение, которое, на мой взгляд, является здесь наиболее подходящим процессом. Я вполне уверен, что человеческая кожа обычно не ионизируется в значительной степени обычным светом.
Это действительно вопрос биологии, но здесь достаточно «пересечения», и я не за то, чтобы закрывать его здесь.

Ответы (1)

Вы забыли садовое поглощение! Здесь свет продвигает электроны из более низких энергетических состояний в более высокие энергетические состояния. Однако кожа состоит из множества мелких частиц, поэтому рассеяние также важно.

Вот мысленное видео:

  1. Солнечный свет освещает кожу.
  2. Свет сталкивается с неупорядоченной диэлектрической границей раздела, состоящей в основном из прозрачных частиц в масштабе длины волны.
  3. Возникает массивное рассеяние (в конечном счете обусловленное преломлением и дифракцией), и свет проникает на некоторую глубину в кожный слой.
  4. При этом происходит непрерывное фотопоглощение из-за взаимодействия света с молекулами кожи. Это возбуждает электроны в более высокие, неравновесные энергетические состояния.
  5. Электроны релаксируют обратно в свое основное состояние, но при этом передают свою избыточную энергию молекулярным колебаниям (тепло).
  6. Эти вибрации от всех клеток в пределах глубины поглощения сливаются и распространяются через межмолекулярные толчки (не технический термин), пока не возбуждают нервы в коже.
  7. Нервы посылают сигнал в мозг, который сообщает человеку, что кожа теперь теплая.
Хорошая последовательность. Обратите внимание, что второй механизм «ощущения тепла» — это физическое повреждение эпидермиса, т. е. солнечный ожог, но это проявляется гораздо позже.
Самое классное в этом то, что этот же процесс поглощения (фотоны ударяют по электронам) является началом фотосинтеза. За исключением того, что вместо того, чтобы просто генерировать тепло, он запускает химическую реакцию, которая выбивает углерод из CO2.
Какие физические процессы связаны с ощущением тепла от солнечного света?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v