1. Задачи,приводящие к понятию производной а о скорости движения материальной точки

• Название: 1. Задачи,приводящие к понятию производной а о скорости движения материальной точки
• Анкор: FIZIKA1.docx
• Дата: 29.04.2018
• Размер: 1.34 Mb.
• Имя файла: FIZIKA1.docx
• Тип: Документы; #18650
• страница: 7 из 10

38.Поляризация света при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков. Закон Брюстера.
При отражении от границы двух диэлектриков естественный свет частично поляризуется (РИС1)

В отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные плоскости падения, а в преломленном - параллельные ей. Если угол падения удовлетворяет условию:



то отраженный луч полностью плоскополяризован(рис. 2). Соотношение (25.3) выражает законБрюстера.Здесь угол падения I_Б - угол Брюстера, или угол полной поляризации; η -относительный показатель преломления двух сред.

Преломленный луч при выполнении закона Брюстера частично поляризован, при этом

12

степень его поляризации наибольшая.

Используя (25.3) и закон преломления, нетрудно показать, что при полной поляризации

отраженного света угол между преломленным и отраженным лучами равен 90°.
39.Поляризация света при двойном лучепреломлении. Призма Николя. Вращение плоскости поляризации. Закон Био.

Некоторые прозрачные кристаллы обладают свойством двойного лучепреломления: при попадании света на кристалл луч раздваивается. Для одного из лучей выполняются обычные законы преломления, и поэтому этот луч называют обыкновенным, для другого – эти законы не выполняются и луч называют необыкновенным.

Двойное лучепреломление при нормальном падении света наповерхность кристалла обыкновенный (о) луч, как это следует из закона преломления, проходит не преломляясь, необыкновенный (е) — преломляется.



Направления, вдоль которых двойного лучепреломления нет и оба луча, обыкновенный и необыкновенный, распространяются с одной скоростью, называют оптическими осями кристалла(штриховая линия на рис. 10). Если такое направление одно, то кристаллы называют одноосными. К ним принадлежит исландский шпат (разновидность углекислого кальция СаС0₃ — кристалл гексагональной системы), кварц, турмалин (сложный алюмосиликат, кристаллы тригональной системы) и др. Плоскость, проходящая через оптическую ось и падающий луч, называется главной плоскостью кристалла.Колебания обыкновенного луча перпендикулярны главной плоскости, а необыкновенного — лежат в главной плоскости кристалла, т. е. этилучи поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Двойное лучепреломление обусловлено особенностями распространения электромагнитных волн в анизотропных средах

Из анизотропных кристаллов изготавливают специальные поляризационные призмы.

Рассмотрим наиболее распространенную призму, предложенную У. Николем (призма Николя,или простониколь).

Николь представляет собой призму из кристалла исландского шпата, разрезанного по диагонали и склеенного канадским бальзамом К(рис. 11). Для него n = 1.550 (у исландского шпата nо=1.6584) ; это значение лежит между показателями преломления обыкновенного и необыкновенного лучей исландского шпата. Это позволяет, подобрав соответствующим образом углы призмы, обеспечить полное отражение обыкновенного (о) луча на границе с канадским бальзамом. Отраженный луч в этом случае поглощается зачерненной нижней гранью или выводится из кристалла. Необыкновенный (е) луч выходит из николя параллельно нижней грани.
ращение плоскости поляризации, обнаруженное впервые на кристаллах кварца, заключается в повороте плоскости поляризацииплоскополяризованного светапри прохождении через вещество. Вещества, обладающие таким свойством, называют оптически активными.

Пусть монохроматический свет падает от источника S на систему поляризатор Р — анализатор А (рис. 12), которые поставленыскрещенно, т. е. их главные плоскости взаимно перпендикулярны. В этом случае свет до наблюдателя не дойдет, так как анализатор не пропустит плоскополяризованный свет в соответствии с законом Малюса (φ = 90°).


Если между поляризатором и анализатором поместить кварцевую пластинку так, чтобы свет проходил вдоль ее оптической оси, то в общем случае свет дойдет до наблюдателя. Если же анализатор повернуть на определенный угол, то можно вновь добиться затемнения. Это свидетельствует о том, что кварцевая пластинка вызвала поворот плоскости поляризации на угол, соответствующий повороту анализатора для получения затемнения.

Используя в опыте свет различных длин волн, можно обнаружить дисперсию вращения плоскости поляризации (вращательную дисперсию), т. е. зависимость угла поворота от длины волны.

α=α₀I ,где α_{0-постоянная вращения}

Для растворов был установлен следующий количественный закон:

а = [а₀]С l , (12)

где С — концентрация оптически активного вещества, l — толщина слоя раствора, [а₀] — удельное вращение,которое приблизительно обратно пропорционально квадрату длины волны и зависит от температуры и свойств растворителя.

Соотношение (12) лежит в основе весьма чувствительного метода измерения концентрации растворенных веществ, в частности сахара.

Этот метод (поляриметрия,или сахариметрия)используют в медицине для определения концентрации сахара в моче, в биофизических исследованиях, а также в пищевой промышленности. Соответствующие измерительные приборы называют поляриметрамиили сахариметрами.

Поляриметр позволяет измерять не только концентрацию, но и удельное вращение.

40.Тепловое Законы теплового излучения. Формула Планка.

Тепловое (температурное) излучение обусловлено возбуждением атомов и молекул при их соударениях в процессе теплового движения. Оно является универсальным явлением и происходит при любой температуре, отличной от абсолютного нуля. При этом тела не только излучают, но и поглощают энергию от окружающих тел и атомов, находящихся в глубине самого тела.

Если тело (или система тел) в результате поглощения излучения или других процессов получает в единицу времени столько же энергии, сколько отдает путем излучения, то излучение называется равновесным.Равновесное излучение имеет место в изолированной системе тел, когда в процессе теплообмена в ней устанавливается постоянная температура.

Тепловое излучение - практически единственный вид излучения, который может быть равновесным

Излучательной способностью (энергетической светимостью) Е тела называется энергия электромагнитного излучения, испускаемого по всевозможным направлениям с единицы площади поверхности тела в единицу времени; выражается в Вт/м² .

Поглощательной способностью (коэффициентом поглощения) А тела называется отношение энергии электромагнитного излучения, поглощаемой телом, к энергии, падающей на него (величина безразмерная). Опыт показывает, что излучательная и поглощательная способности тела зависят от природы тела, состояния его поверхности, термодинамической температуры Т и длины волны λ излучения. Поэтому вводят понятия о спектральной излучательной способности (Е_λ,T) и спектральной поглощательной способности тела (А_λ,T). Эти величины относятся к определенной длине волны и температуре.

Тело, которое при любой температуре полностью поглощает все падающее на него излучение любой длины волны, называется абсолютно черным телом. Его поглощательная способность равна единице:

(А_{λ, T})_черн. = 1

Излучение,проникая в полость,многократно отражается от ее стенок и полностью поглощается. Если нагревать стенки полости, то в ней при определенной температуре возникает равновесное излучение, которое выходит наружу и представляет собой излучение а.

Основные законы теплового излучения абсолютно черного тела.

1.Закон Кирхгофа: отношение излучательной способности тела к его поглощательной способности не зависит от природы тела и для всех тел является одной и той же функцией длины волны и температуры:



называют функцией Кирхгофа. Она определяет излучательную способность абсолютно черного тела

так как (А_λ,T)_черн =1. Из закона Кирхгофа следует, что нагретые тела при определенной температуре преимущественно излучают те длины волн, которые они при этой же температуре сильнее поглощают (и наоборот

2. 2. Закон Стефана – Больцмана: полная (по всему спектру) излучательная способность абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры:



Коэффициент пропорциональности σ=5,7∙10^-8 Вт/м²∙К⁴называется постоянной Стефана-Больцмана.

3. Закон Вина (закон смещения): длина волны на которую приходится максимум энергии излучения абсолютно черного тела обратно пропорциональна абсолютной температуре:



с повышением температуры максимум энергии излучения смещается в сторону более коротких волн

Планк предположил, что свет распространяется определенными порциями или квантами. Энергия кванта ε = hν, где ν–частота излучения, h = 6,62 ∙ 10^-34 Дж∙с – постоянная Планка, не зависящая от частоты излучения.

Формула Планка для функции Кирхгофа имеет вид:



где k – постоянная Больцмана, с – скорость света в вакууме.

41.Излучение Солнца .Инфракрасное и ультрафиолетовое излучения и их применение в медицине.

Основным источником теплового излучения в природе является Солнце Полная плотность потока солнечного излучения на верхней границе земной атмосферы составляет 1,93 кал/см²∙мин и называется солнечной постоянной.При прохождении через атмосферу мощность солнечного излучения уменьшается. В зависимости от состояния атмосферы и высоты Солнца над горизонтом, уменьшается также и солнечная постоянная. Изменяется и спектральный состав излучения.

Электромагнитное излучение, занимающее спектральную область от 0,76 мкм до 400 мкм (от красной границы видимого света до коротковолнового радиоизлучения) называется инфракрасным (ИК) излучением.

В медицине применяется более коротковолновая часть ИК-излучения. ИК-излучение невидимо для глаза. Основное его действие – тепловое, но может вызывать и химические реакции, например, действует на специальную фотоэмульсию.

Первичное действие ИК-излучения на организм состоит в прогревании поверхностно лежащих тканей; при этом излучение проникает в ткани на глубину до 2 см.

Искусственными источниками ИК-излучения являются лампы накаливания и специальные ИК-излучатели мощностью 500-600 Вт. Такой излучатель состоит из металлической спирали, которая навивается на керамическое основание.

Спираль нагревается электрическим током до температуры 400-500⁰ и становится источником ИК-излучения.

Электромагнитное излучение, занимающие спектральную область от 380 нм до 10 нм (от фиолетовой границы видимого света до длинноволнового рентгеновского излучения) называется ультрафиолетовым (УФ) излучением.

Оно делится на 2 области: от 380 до 200 нм – ближнее или флуоресцентное УФ-излучение; от 200 до 10 нм – дальнее или вакуумное.

УФ-излучение поглощается простым стеклом, а при длине волны меньше 200 нм поглощается тонким слоем любого вещества, включая воздух.

УФ-излучение оказывает сильное биологическое действие на живые организмы, которое может быть и полезным, и вредным. Его первичное действие связано с фотохимическими реакциями, происходящими в тканях при поглощении излучения. В ткани оно проникает на глубину до 1 мм и проявляется на месте воздействия эритемой.

В соответствии с особенностями биологического действия выделяют следующие зоны УФ-излучения:

Зона А (380-315 нм) – антирахитная – отличается укрепляющим и закаливающим организм действием. Используется в профилактических и гигиенических целях.

Зона В (315-280 нм) – эритемная – характеризуется эритемным действием и используется в лечебных целях.

Зона С (280-200 нм) – бактерицидная – отличается бактерицидным действием; используется в качестве средства дезинфекции.

42.Теплоотдача организма.Физические основы термографии.

Тело человека имеет определенную температуру благодаря терморегуляции, важной частью которой является теплообмен организма с окружающей средой. Этот теплообмен происходит посредством теплопроводности, конвекции, испарения и излучения. Так как теплопроводность воздуха мала, то этот вид теплоотдачи незначителен. Испарение происходит с поверхности кожи и легких. На него приходится около 30% теплопотерь, а на конвекцию около 20%. Максимальная доля теплопотерь (около 50%) приходится на излучение во внешнюю среду от одежды и открытых частей тела. Вычислим эти теплопотери, сделав два допущения:

-----Излучающие тела (кожа человека, ткань одежды) примем за серые. У серых тел, подобно абсолютно черному телу коэффициент поглощения не зависит от длины волны и температуры, но по величине меньше единицы. Закон Стефана–Больцмана для серых тел имеет вид:

Е_Т = δ Т⁴,

где δ = α ∙ σ – приведенный коэффициент излучения, α – коэффициент поглощения серого тела, σ – постоянная Стефана-Больцмана.

• 
  Применим закон Стефана–Больцмана к неравновесному излучению, каковым является излучение тела человека.
  

Пусть раздетый человек, температура поверхности тела которого Т₁ находится в комнате с температурой Т₀ (Т₀<Т₁).

Тогда излучение с открытой поверхности тела площадью S имеет мощность:

Р₁ = δ S Т₁ ⁴ .

Поглощенная мощность от окружающих предметов равна:

Р₀ = δ S Т₀ ⁴ .

Таким образом, мощность, теряемая человеком при взаимодействии с окружающей средой посредством излучения, равна:

Р = Р₁ – Р₀ = δ S (Т₁ ⁴ – Т₀ ⁴) .

Для одетого человека под Т₁ понимается температура поверхности одежды.

Патологические процессы, такие как опухоли, воспалительные очаги, повышают местную температуру, поэтому изменение интенсивности ИК-излучения может служить диагностическим признаком наличия патологических процессов. Этот диагностический метод называется термографией.

Термография абсолютно безвредна и в перспективе может стать методом массового профилактического обследования населения.

Определение различия температуры поверхности тела при термографии в основном осуществляется двумя методами.

В одном случае используются жидкокристаллические индикаторы, оптические свойства которых очень чувствительны к небольшим изменениям температуры

Помещая эти индикаторы на тело больного, можно визуально по изменению их цвета определить местное различие температуры.

Другой метод, более распространенный, — технический, он основан на использовании тепловизоров.

Тепловизор — это техническая система, подобная телевизору, которая способна воспринимать инфракрасное излучение, идущее от тела, преобразовывать это излучение в оптический диапазон и воспроизводить изображение тела на экране. Части тела, имеющие разные температуры, изображаются на экране разным цветом.