Биофизика срс. Электромагнитные колебания и волны. Определение концентрации оптически активных веществ с помощью поляриметра
 Скачать 170.62 Kb.
|
 Кафедра «Медицинская биофизика и информационные технологии» Тема: Электромагнитные колебания и волны. Определение концентрации оптически активных веществ с помощью поляриметра. Выполнил:Ермекбаев А.А Группа:СТОМ-А-06-21 Принемала:Абдурахманова Ж.Ж 2022г План: 1.Введение……………………………………………….. 3 2.Оснавная часть A)Что такое Электромагнитные колебания…………...4 B)Что такое Поляриметрия……………………………..7 C)Поляризация света……………………………………8 3. В медицине (Аппаратура, использующая электромагнитные волны в лечебных целях) 4.Заключения Введение Волновые процессы чрезвычайно широко распространены в природе. В природе существует два вида волн: механические и электромагнитные. Механические волны распространяются в веществе: газе, жидкости или твердом теле. Электромагнитные волны не нуждаются в каком-либо веществе для своего распространения, к которым, в частности, относятся радиоволны и свет. Электромагнитное поле может существовать в вакууме, т. е. в пространстве, не содержащем атомов. Несмотря на существенное отличие электромагнитных волн от механических, электромагнитные волны при своем распространении ведут себя подобно механическим. Колебания – это движения или процессы, характеризующиеся определенной повторяемостью во времени. Колебательное движение одно из самых распространенных движений в природе и технике. Колеблются деревья в лесу, струны музыкальных инструментов, вагоны на стыках рельсов, в природе наблюдаются приливы и отливы, возникают землетрясения, колеблются атомы в кристаллической решетке и так далее. Физическая природа колебаний может быть различной (механические, электромагнитные, электромеханические и др.). Например, качание маятника в часах – это механические колебания, колебания напряжения в сети переменного тока – это электромагнитные колебания. Среди различных электрических явлений особое место занимают электромагнитные колебания, при которых электрические величины (заряды, токи, электрические и магнитные поля) изменяются периодически. Электромагнитные колебания используют в различных важных технических устройствах и применяют в целях связи (телефоны, телеграфы, радиосвязь). Технические переменные токи также являются электрическими колебаниями. И даже световые явления представляют собой не что иное, как электромагнитные колебания. Поляриметрия — методы физических исследований, основанные на измерении степени поляризации света и угла поворота плоскости поляризации света при прохождении его через оптически активные вещества. Угол поворота в растворах зависит от их концентрации; поэтому поляриметрия широко применяется для измерения концентрации оптически активных веществ. Методы исследования излучения, основанные на измерении: степени поляризации излучения (света, радиоволн) оптической активности веществ или их растворов Поляриметрия используется для исследования излучений, а также в аналитической и структурной химии. Электромагнитные колебания — это периодические изменения заряда, силы тока и напряжения, происходящие в электрической цепи. Электромагнитные волны были предсказаны теоретически великим английским физиком Джеймсом Кларком Максвеллом (вероятно, впервые в 1862 году в работе «О физических силовых линиях», хотя подробное описание теории вышло в 1867 году). Электромагнитными колебаниями являются радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи, гамма-лучи. Существует близкий термин — электрические колебания. Периодические ограниченные изменения величин заряда q, тока I или напряжения U называют электрическими колебаниями. Простейшей системой для наблюдения электромагнитных колебаний служит колебательный контур. Заставить колебаться можно любую материю. Так, колебаться могут не только физические тела, состоящие из вещества, но и электромагнитное поле — особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами. Когда происходят колебания в механической системе, говорят, что тело совершает периодически повторяющиеся движения — оно отклоняется от положения равновесия то в одну, то в другую сторону. Когда происходят электромагнитные колебания, говорят, что электромагнитное поле периодически изменяется во времени, то есть его характеристики, то уменьшаются, то увеличиваются относительного некоторого среднего значения, которое является для них «положением равновесия». Напомним, что напряженность E представляет собой количественную характеристику электромагнитного поля, а индукция B — силовую. Причем электромагнитное поле — это взаимосвязанные между собой электрическое и магнитные поля. Так, проводник с током создает вокруг себя магнитное поле. Оно тем сильнее, чем выше сила тока в этом проводнике, которая напрямую зависит от напряжения в нем. Поэтому изменения напряжения и силы тока в проводнике вызывают изменения напряженности и индукции магнитного поля. Е  сли колебания физических тел наблюдать легко, то колебания электромагнитного поля обнаружить без специальных приборов нельзя. Ведь увидеть изменения заряда, силы тока или напряжения невозможно. Использовать для этого электроизмерительные приборы (гальванометры, вольтметры или амперметры) тоже неудобно, поскольку электромагнитные колебания происходят с гораздо большей частотой по сравнению с механическими. Поэтому специально для визуализации электромагнитных колебаний был создан прибор, который называется осциллографом.О  сциллограф, схему которого вы видите , представляет собой электронно-лучевую трубку. Через нее проходит узкий пучок электронов и попадает на экран, который начинает светиться при бомбардировке электронами.С течением времени электромагнитные колебания затухают. Такие колебания являются свободными. Напомним, что свободными колебаниями называют такие колебания, которые возникают в колебательной системе после выведения ее из положения равновесия. В нашем случае система выводится из равновесия при сообщении конденсатору заряда. Зарядка конденсатора эквивалента отклонения математического маятника от положения равновесия. В электрической цепи также можно получить вынужденные колебания, которые будут происходить до тех пор, пока на колебательную систему действует периодическая внешняя сила. Вынужденными электромагнитными колебаниями называют колебания в цепи под действием внешней периодической электродвижущей силы. К  олебательный контур — простейшая система, к которой могут происходить свободные электромагнитные колебания.Колебательный контур состоит из конденсатора и катушки, присоединенной к его обкладкам Сопротивление катушки R равно нулю. Колебательный контур — это замкнутый контур, образованный последовательно соединенными конденсатором и катушкой. Длина волны Это самая важная характеристика для волны. Ей называется расстояние между двумя точками этой волны, колеблющихся в одной фазе. Если проще, то это расстояние между двумя «гребнями». Обозначается эта величина буквой λ и измеряется в метрах. Еще длиной волны можно назвать расстояние, пройденное волной, за один период колебания. Для электромагнитной волны скорость равна скорости света — 𝑣 = 3*10^8 м/с. Поэтому формулу скорости чаще всего используют для нахождения из нее длины волны или периода. Свойства электромагнитных волн Электромагнитные волны обладают следующими свойствами: Электромагнитные волны (в отличие от упругих волн) могут распространяться не только в различных средах, но и в вакууме. Скорость электромагнитных волн в вакууме является фундаментальной физической константой, которая одинакова для всех эталонных систем: s = 299 792 458 м/с ≈ 300 000 км/с Скорость электромагнитных волн в веществе ниже, чем в вакууме. Электромагнитные волны с частотой от 400 до 800 ТГц производят ощущение света в человеке. Электромагнитные волны являются поперечными, т.е. векторы Е и В в электромагнитной волне перпендикулярны направлению распространения. Электромагнитные волны изгибаются вокруг препятствий, размеры которых сопоставимы с длиной волны (дифракция). Явление помех наблюдается когерентными электромагнитными волнами. Электромагнитные волны преломляются на границе раздела между двумя средами. Электромагнитные волны могут поглощаться веществом. Электромагнитные волны, особенно низкочастотные, хорошо отражаются от металлов. Есть дисперсия для электромагнитных волн, распространяющихся в веществе. Когда электромагнитная волна переходит из одной среды в другую, ее частота остается неизменной. Поляриметрия Поляриметрия — методы физических исследований, основанные на измерении степени поляризации света и угла поворота плоскости поляризации света при прохождении его через оптически активные вещества. Угол поворота в растворах зависит от их концентрации; поэтому поляриметрия широко применяется для измерения концентрации оптически активных веществ. Методы исследования излучения, основанные на измерении: Степени поляризации излучения (света, радиоволн) Оптической активности веществ или их растворов Поляриметрия используется для исследования излучений, а также в аналитической и структурной химии. Оптическая активность веществ очень чувствительна к изменениям пространственной структуры молекул и к межмолекулярному взаимодействию. Поляризуемость атомов, ионов и молекул определяет степень межмолекулярного взаимодействия и его влияние на оптическую активность среды. Поляриметрия даёт ценную информацию о природе заместителей в органических молекулах, о строении комплексных неорганических соединений. Поляриметрия широко применяется в аналитической химии для быстрого измерения концентрации оптически-активных веществ, для идентификации эфирных масел и в других исследованиях. Оптической активностью называется вращение плоскости поляризации света при прохождении через оптически активные вещества. К таковым относятся углеводы, аминокислоты, белки, антибиотики и многие лекарственные вещества. Понятие «поляризация света» ввел в физику английский ученый И. Ньютон в 1704 г. Поляризация света нашла свое объяснение в электромагнитной теории света английского физика Дж. Максвелла. Из этой теории следует, что электромагнитная волна является поперечной. А сейчас Поляриметрия широко применяется в медицине, биофизике и фармации для определения концентрации оптически активных веществ в растворе, для определения чистоты лекарственных препаратов, изучения превращений биополимеров. В электромагнитной волне вектора напряжѐнности электрического поля E и напряжѐнности магнитного поля H колеблются в одинаковых фазах во взаимно перпендикулярных плоскостях и одновременно перпендикулярно вектору скорости v распространения волны (перпендикулярно лучу). Поскольку E H , то при рассмотрении поляризации света достаточно исследовать поведение лишь одного из них. Наблюдения показывают, что физиологические, фотохимические, фотоэлектрические и другие свойства света обусловлены колебаниями электрического вектора E в световой волне. Поэтому вектор E называют обычно световым вектором и исследуют только его. Поляризатором называется устройство для получения поляризованного света. Человеческий глаз не отличает естественный свет от поляризованного, поэтому для анализа поляризации света используют устройство, называемое анализатором. Поляризатором и анализатором может служить один и тот же прибор в зависимости от того, для каких целей его используют. Для получения полностью или частично поляризованного света обычно используют одно из трѐх физических явлений: - поляризация при отражении и преломлении света на границе раздела двух диэлектриков, - явление двойного лучепреломления, - линейный дихроизм. 1)При падении на границу двух диэлектриков (например, воздух и стекло) естественного света, отраженый и преломленный лучи оказываются частично поляризованными во взаимно перпендикулярных направлениях, причѐм, в отражѐнном луче вектор E совершает колебания преимущественно в плоскости перпендикулярной плоскости падения света, а в преломлѐнном луче, преимущественно в плоскости падения. 2) Двойным лучепреломлением называется явление раздвоения падающего на анизотропную среду (например, прозрачный кристалл) светового луча, обусловленное зависимостью скорости распространения света в среде (т.е. показателя преломления среды) от направления колебания вектора E в световой волне. У кристаллов, обладающих двойным лучепреломлением, существует одно (одноосные кристаллы) или два (двуосные кристаллы) направления, в которых раздвоения луча не происходит. 3) Линейным дихроизмом называется явление, при котором среды, обладающие двойным лучепреломлением, неодинаково поглощают лучи с разными плоскостями поляризации. Метод исследования вещества, основанный на использовании явления вращения плоскости поляризации света, называется поляриметрией. Поляриметрия широко применяется в медицине, биофизике и фармации для определения концентрации оптически активных веществ в растворе, для определения чистоты лекарственных препаратов, для изучения превращений биополимеров. В последние годы интенсивно развиваются методы лечения с использованием преформированных физических факторов. Одним из новых направлений клинической медицины является использование электромагнитных волн крайне высокой частоты (КВЧ-терапия). Именно узкий когерентный спектр излучений, генерируемый внешним источником, на основе резонансно-когерентных явлений имитирует собственные резонансные колебания клеток организма, способствуя синхронизации их деятельности. Электромагнитные поля биологически активны — живые существа реагируют на их действие. Многочисленные экспериментальные данные свидетельствуют о высокой биологической активности электромагнитных полей практически всех участков спектра радиочастот. Под влиянием электрического поля ионы движутся с разной скоростью и скапливаются около клеточных мембран, образуя встречное электрическое поле, называемое поляризационным. Таким образом, первичное действие постоянного тока связано с движением ионов, их разделением и изменением их концентрации в разных элементах тканей. Непрерывный постоянный ток напряжением 60-80 В используют как лечебный метод физиотерапии — гальванизация. Дозируют силу постоянного тока по показаниям миллиамперметра, при этом обязательно учитывают предельно допустимую плотность тока — 0,1 мА/см2 (аппараты «АГП-33», «ГР-2», «Поток-1»). Постоянный ток используют в лечебной практике также и для введения лекарственных веществ через кожу и слизистые оболочки. Этот метод получил название электрофорезалекарственных веществ (аппарат «Поток-1»). Так как специфическое физиологическое действие электрического тока зависит от формы импульсов, то в медицине для воздействия на ЦНС (электросон, электронаркоз), нервно-мышечную, сердечно-сосудистую систему (кардиостимуляторы, дефибрилляторы) и т.д. используют токи с различной временной зависимостью. Ток с импульсами прямоугольной формы с длительностью импульсов т = 0,1-1 мс и диапазоном частот 5 — 150 Гц, малой силы (до 2-3 А) используют для лечения электросном (аппараты «ЭС-ЧТ», «ЭС-10-5»), токи с т = 0,8-3 мс и диапазоном частот 1 — 1,2 Гц применяют в имплантируемых кардиостимуляторах. Ток с импульсами треугольной формы т = 1 — 1,5 мс, частота 100 Гц, а также ток экспоненциальной формы, импульсы которого медленно нарастают и сравнительно быстро спадают (т = 3 — 60 мс, частоты 8 — 80 Гц) применяют для возбуждения мышц, в частности при электрогимнастике. Амплипульстерапия — метод электротерапии, при котором воздействуют импульсы синусоидального модулированного тока малой силы (аппараты «Амплипульс 1-2-3-4-5»). Рентгеновское излучение — электромагнитные волны, энергия фотонов которых лежит на шкале электромагнитных волн между ультрафиолетовым излучением и гамма-излучением. Т7+56 Рентгеновское излучение является ионизирующим. Оно воздействует на ткани живых организмов и может быть причиной лучевой болезни, лучевых ожогов и злокачественных опухолей. По причине этого при работе с рентгеновским излучением необходимо соблюдать меры защиты. Считается, что поражение прямо пропорционально поглощённой дозе излучения. Рентгеновское излучение является мутагенным фактором. Причиной применения рентгеновского излучения в диагностике послужила их высокая проникающая способность. В первое время после открытия, рентгеновское излучение использовалось по большей части, для исследования переломов костей и определения местоположения инородных тел (например, пуль) в теле человека. В настоящее время применяют несколько методов диагностики с помощью рентгеновских лучей (рентгенодиагностика). Заключение В данной работе были рассмотрены такие вопросы как понятие волн, электромагнитных волн и их экспериментальное обнаружение, свойства электромагнитных волн, шкала электромагнитных волн. Переменный электрический ток - возбуждения в цепях вынужденных электромагнитных колебаний. Эти вынужденные колебания создаются генераторами переменного тока. При электромагнитных колебаниях происходят периодические изменения электрического заряда, силы тока и напряжения. Электромагнитные колебания подразделяются на свободные, вынужденные и автоколебания. Электромагнитные колебания высокой частоты можно получить с помощью транзисторного или лампового генераторов. Колебания бывают механические, электромагнитные, химические, термодинамические и различные другие. Несмотря на такое разнообразие, все они имеют между собой много общего и поэтому описываются одними и теми же уравнениями. Поэтому появился целый раздел в современной физике – теория колебаний. Она занимается изучением закономерностей этих явлений и имеет очень большое практическое значение. Благодаря изучению физики колебаний, мы сделали множество открытий и изобретений в области радиоэлектроники, электроники, телефонографии и т.д. Литература: https://www.freepapers.ru/34/jelektromagnitnye-kolebaniya/123817.797537.list2.html6 https://skysmart.ru/articles/physics/elektromagnitnye-volny https://eduherald.ru/ru/article/view?id=18230 https://www.111.su/100/100_041.html https://meduniver.com/Medical/onkologia/luchevaia_nagruzka.html https://studbooks.net/2128533/matematika_himiya_fizika/elektromagnitnye_volny_i_ih_svoystva |