|
|
Колебания и волны. Звук. Ультразвук. Колебания. Гармонические колебания. Характеристики колебаний амплитуда, период, частота, циклическая частота, фаза
22. Оптический микроскоп. Ход лучей в микроскопе. Полезное увеличение микроскопа.
Микроскоп — оптический прибор для получения увеличенных изображений объектов (или деталей их структуры), невидимых невооружённым глазом.
Микроскоп применяют для получения больших увеличений при наблюдении мелких предметов. Увеличенное изображение предмета в микроскопе получается с помощью оптической системы, состоящей из двух короткофокусных линз — объектива O1 и окуляра O2. Объектив даст действительное перевернутое увеличенное изображение предмета. Это промежуточное изображение рассматривается глазом через окуляр, действие которого аналогично действию лупы. То есть изображение в микроскопе получается перевернутым. Окуляр располагают так, чтобы промежуточное изображение находилось в его фокальной плоскости; в этом случае лучи от каждой точки предмета распространяются после окуляра параллельным пучком.
Полезное увеличение микроскопа - такое увеличение, при котором предмет, имеющий размер, равный пределу разрешения микроскопа, имеет изображение, размер которого равен пределу разрешения глаза.
Полезное увеличение микроскопа находится в области 500 - 1000-кратной величины апертуры объектива. Нормальным увеличением микроскопа называется такое, которое получается при 500 А и диаметре зрачка выхода, равном 1 мм.
Полезное увеличение микроскопа в среднем равно 1000-кратному.
Полезное увеличение микроскопа определяется увеличением объектива, поэтому на совершенствование объективов обращается серьезное внимание.
Полезное увеличение N микроскопа должно быть подобрано так, чтобы при этом была рациональным образом использована разрешающая сила объектива микроскопа. Для этого необходимо, чтобы угловая величина изображения наблюдаемой детали по отношению к центру зрачка глаза была бы не меньше 2 минут, а еще лучше, как принято считать, доходила бы до 4 минут, что обусловлено разрешающей способностью глаза.
23. Разрешающая способность и предел разрешения микроскопа. Пути повышения разрешающей способности.
Одной из важнейших характеристик микроскопа является его разрешающая способность. Разрешение — способность оптического прибора воспроизводить изображение близко расположенных объектов. Линейный предел разрешения микроскопа, то есть минимальное расстояние между точками предмета, которые изображаются как раздельные, зависит от длины волны и числовой апертуры микроскопа:
σ=λ/2A
Апертура — характеристика оптического прибора, описывающая его способность собирать свет и противостоять дифракционному размытию деталей изображения.
A = nSin(α/2), где n — показатель преломления той среды, в которой находится предмет и из которой исходят лучи, а α — угол, составляемый крайними лучами, идущими из предмета и попадающими еще в объектив.
Повысить разрешающую способность микроскопа можно двумя способами: либо увеличивая апертуру объектива, либо уменьшая длину волны света, освещающего препарат.
24.Специальные методы микроскопии: метод темного поля, поляризационный, люминесцентный микроскоп.
Метод исследования в темном поле впервые был предложен австрийскими
учеными Р. Зигмонди и Р. Зидентопфом в 1903 году и подходит для
рассеивающих свет объектов.
В основе метода лежит освещение препарата полым конусом света,
внутренняя апертура которого превосходит числовую апертуру применяемого
объектива. Поскольку ни один прямой луч от
осветителя в объектив попасть не может, при
отсутствии объекта поле зрения микроскопа
будет темным. Объект, помещенный на
предметный столик, будет рассеивать свет во
все стороны, в том числе и в сторону объектива,
благодаря чему на темном фоне будет видно
контрастное изображение объекта.
В микроскопе проходящего света тип
освещения создается посредством кольцевой
диафрагмы в конденсоре (рис. 8). В случае,
когда в исследованиях используется объектив с
высокой числовой апертурой, есть вероятность,
что часть света все же будет попадать объектив.
По этой причине используются
специализированные объективы, имеющие
встроенную внутреннюю ирисовую диафрагму,
которая позволяет уменьшать эффективное значение NAobj до величины,
достаточной для наблюдения в темном поле.
Поляризационная микроскопия – это метод наблюдения в поляризованном свете для микроскопического исследования препаратов, включающих оптически анизотропные элементы (или целиком состоящих из таких элементов). Таковыми являются многие минералы, зёрна в шлифах сплавов, некоторые животные и растительные ткани и пр. Оптические свойства анизотропных микрообъектов различны в различных направлениях и проявляются по-разному в зависимости от ориентации этих объектов относительно направления наблюдения и плоскости поляризации света, падающего на них. Наблюдение можно проводить как в проходящем, так и в отражённом свете. Свет, излучаемый осветителем, пропускают через поляризатор. Сообщенная ему при этом поляризация меняется при последующем прохождении света через препарат (или отражении от него). Эти изменения изучаются с помощью анализатора и различных оптических компенсаторов. Анализируя такие изменения, можно судить об основных оптических характеристиках анизотропных микрообъектов: силе двойного лучепреломления, количестве оптических осей и их ориентации, вращении плоскости поляризации, дихроизме.
Метод исследования в свете люминесценции (люминесцентная микроскопия, или флуоресцентная микроскопия) состоит в наблюдении под микроскопом зелено-оранжевого свечения микрообъектов, которое возникает при их освещении сине-фиолетовым светом или не видимыми глазом ультрафиолетовыми лучами. В оптическую схему микроскопа вводятся два светофильтра. Один из них помещают перед конденсором. Он пропускает от источника-осветителя излучение только тех длин волн, которые возбуждают люминесценцию либо самого объекта (собственная люминесценция), либо специальных красителей, введённых в препарат и поглощённых его частицами (вторичная люминесценция). Второй светофильтр, который установлен после объектива, пропускает к глазу наблюдателя (или на фоточувствительный слой) только свет люминесценции. В люминесцентной микроскопии используют освещение препаратов как сверху (через объектив, который в этом случае служит и конденсором), так и снизу, через обычный конденсор. Наблюдение при освещении сверху иногда называют «люминесцентной микроскопией в отражённом свете» (этот термин условен — возбуждение свечения препарата не является простым отражением света). Его часто используют совместно с наблюдением по фазово-контрастному методу в проходящем свете. Метод нашел широкое применение в микробиологии, вирусологии, гистологии, цитологии, в пищевой промышленности, при исследовании почв, в микрохимическом анализе, в дефектоскопии. Такое многообразие применений объясняется очень высокой цветовой чувствительностью глаза и высокой контрастностью изображения самосветящегося объекта на тёмном нелюминесцирующем фоне. Кроме того, информация о составе и свойствах исследуемых веществ, которую можно получить, зная интенсивность и спектральный состав их люминесцентного излучения, имеет огромную ценность.
Тепловое излучение.
25.Тепловое излучение. Распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела. Квантовая гипотеза Макса Планка.
Тепловое излучение — это электромагнитное излучение нагретых тел. Непосредственные излучатели – частицы, образующие тело (атомы, молекулы, ионы). В основном приходится на инфракрасный участок спектра, т.е на длины волн от 0,74 мкм до 1000 мкм. Отличительной особенностью является то, что оно может осуществляться между телами, находящимися не только в какой-либо среде, но и вакууме.
Примером теплового излучения является свет от лампы накаливания.
Абсолютное черное тело — это физическая абстракция (модель), под которой понимают тело, полностью поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение.
Изучение распределения энергии в спектре теплового излучения абсолютно черного тела при различных температурах привело к установлению следующих закономерностей:
1)спектр излучения абсолютно черного тела является сплошным, т. е. в спектре представлен непрерывный ряд длин волн;
2)распределение энергии в спектре излучения зависит от длины волны. С увеличением длины волны спектральная плотность энергетической светимости увеличивается, достигает отчетливо выраженного максимума при некоторой длине волны, затем уменьшается;
3)с повышением температуры максимум излучения смещается в сторону более коротких волн. Уменьшение в сторону более коротких волн выражено более резко, чем в сторону более длинных.
Гипотеза Планка:
Нагретое тело испускает и поглощает свет не непрерывно, а определенными конечными порциями энергии – квантами (квант (от лат. quantum) – количество).
Энергия каждой порции прямо пропорциональна частоте излучения.
универсальная Планка (h) – постоянная универсальная величина. Формула Макса Планка позволяет определять различные характеристики квантов электромагнитного изучения.
26. Законы теплового излучения.
Основные законы теплового излучения
Закон Стефана — Больцмана
Закон излучения Кирхгофа
Закон смещения Вина
1)В 1879 г. Й. Стефан экспериментально, а в 1884 г. Л. Больцман теоретически определили энергетическую светимостьабсолютно черного тела.
Закон Стефана-Больцмана - энергетическая светимость абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры:
3)Немецкий физик В. Вин (1893) установил формулу для длины волны, на которую приходится максимум испускательной способности абсолютно черного тела. Соотношение, которое он получил, было названо его именем.
Закон смещения Вина даёт зависимость длины волны, на которой поток излучения энергии чёрного тела достигает своего максимума, от температуры чёрного тела λmax=0,0028999/T
где T — температура в кельвинах, а λmax — длина волны с максимальной интенсивностью в метрах.
2)Закон излучения Кирхгофа — физический закон, установленный немецким физиком Кирхгофом в 1859 году.
Отношение излучательной способности любого тела к его поглощательной способности одинаково для всех тел при данной температуре для данной частоты и не зависит от их формы и химической природы.
Известно, что при падении электромагнитного излучения на некоторое тело часть его отражается, часть поглощается и часть может пропускаться. Доля поглощаемого излучения на данной частоте называется поглощательной способностью тела aω,T. С другой стороны, каждое нагретое тело излучает энергию по некоторому закону rω,T, именуемым излучательной способностью тела.
Величины aω,T и rω,T могут сильно меняться при переходе от одного тела к другому, однако согласно закону излучения Кирхгофа отношение испускательной и поглощательной способностей не зависит от природы тела и является универсальной функцией частоты (длины волны) и температуры:
aω,T/ rω,T= fω,T
По определению, абсолютно чёрное тело поглощает всё падающее на него излучение, то есть для него aω,T=1 . Поэтому функция fω,T совпадает с излучательной способностью абсолютно чёрного тела, описываемой законом Стефана — Больцмана, вследствие чего излучательная способность любого тела может быть найдена исходя лишь из его поглощательной способности.
3)Закон смещения Вина даёт зависимость длины волны, на которой поток излучения энергии чёрного тела достигает своего максимума, от температуры чёрного тела λmax=0,0028999/T
где T — температура в кельвинах, а λmax — длина волны с максимальной интенсивностью в метрах.
27. Физиологические основы термографии.= 29. Медицинская термография.
Термография - диагностический метод, основанный на измерении и регистрации теплового излучения поверхности тела человека или его отдельных участков.
Физиологической основой термографии является увеличение интенсивности инфракрасного излучения над патологическими очагами.
Термографический метод облегчает дифференциальный диагноз между доброкачественными и злокачественными опухолями. Этот метод является объективным средством контроля за эффективностью терапевтических методов лечения. Так, при термографическом обследовании больных псориазом было установлено, что при наличии выраженной инфильтрации и гиперемии в бляшках отмечается повышение температуры. Снижение температуры до уровня окружающих участков в большинстве случаев свидетельствует о регрессии процесса на коже.
Повышенная температура часто является показателем инфекции. Чтобы определить температуру человека, достаточно взглянуть через инфракрасное устройство на его лицо и шею. Для здоровых людей отношение температуры лба к температуре в области сонной артерии лежит в диапазоне от 0,98 до 1,03. Это отношение и можно использовать при экспресс-диагностике во время эпидемий для проведения карантинных мероприятий.
28. Способы преобразования изображений.
фотоматериалы, жидкие кристаллы, электронно-оптические преобразователи.
Распределение температуры на небольшом участке поверхности тела можно определить с помощью специальных жидкокристаллических пленок. Такие пленки чувствительны к небольшим изменениям температуры (меняют цвет). Поэтому на пленке возникает цветной тепловой «портрет» участка тела, на который она наложена.
Более совершенный способ состоит в использовании тепловизоров, преобразующих инфракрасное излучение в видимый свет. Излучение тела с помощью специального объектива проецируется на матрицу тепловизора. После преобразования на экране формируется детальный тепловой портрет. Участки с различными температурами отличаются цветом или интенсивностью. Современные методы позволяют фиксировать различие в температурах до 0,2 градуса.
Тепловые портреты используются в функциональной диагностике. Различные патологии внутренних органов могут образовывать на поверхности кожные зоны с измененной температурой. Обнаружение таких зон указывает на наличие патологии.
15. Инфракрасное излучение. Тепловидение. Методы получения изображений в тепловидении: фотоматериалы, жидкие кристаллы, электронно-оптические преобразователи.
Инфракрасное излучение — электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны λ = 0,74 мкм) и микроволновым излучением (λ 1—2 мм).
Оптические свойства веществ в инфракрасном излучении значительно отличаются от их свойств в видимом излучении. Например, слой воды в несколько сантиметров непрозрачен для инфракрасного излучения с λ = 1 мкм. Инфракрасное излучение составляет большую часть излучения ламп накаливания, газоразрядных ламп, около 50 % излучения Солнца; инфракрасное излучение испускают некоторые лазеры. Инфракрасное излучение также называют «тепловым» излучением, так как инфракрасное излучение от нагретых предметов воспринимается кожей человека как ощущение тепла. При этом длины волн, излучаемые телом, зависят от температуры нагревания: чем выше температура, тем короче длина волны и выше интенсивность излучения.
Тепловидение — метод регистрации инфракрасного (теплового) излучения. При этом тепловой образ человека отражается на экране специального прибора — тепловизора. Метод используется для выявления локальных изменений температуры тела. Это бывает полезно при диагностике местных заболеваний кожи, а также при диагностике заболеваний некоторых внутренних органов, например, аппендикса, желчного пузыря и др.
Сначала с помощью оптико-механической сканирующей системы отдельные точки объекта попеременно проецировались на приёмник, а полученные с него электрические сигналы подавались на вход электроннолучевой трубки, аналогичной приёмной телевизионной трубке. На люминесцентном экране трубки формировалось видимое изображение объекта.
Позже были созданы новые устройства. В них тепловое изображение объекта непосредственно (без промежуточного преобразования инфракрасного излучения в электрические сигналы) проецируется на экран, покрытый тонким слоем вещества, которое в результате какого-либо физико-химического процесса, происходящего при его нагреве, изменяет свои оптические характеристики (коэффициент отражения или пропускания видимого света, интенсивность или цвет собственного свечения и т. д.). На экранах таких устройств можно наблюдать видимые изображения объектов и фотографировать их. В качестве температурно-чувствительных веществ используют Жидкие кристаллы. Жидкие кристаллы — это фазовое состояние, в которое переходят некоторые вещества при определенных условиях (температура, давление, концентрация в растворе). Жидкие кристаллы обладают одновременно свойствами как жидкостей (текучесть), так и кристаллов (анизотропия
Электронно-оптический преобразователь — это вакуумный фотоэлектронный прибор для преобразования невидимого глазом изображения объекта (в инфракрасном, ультрафиолетовом или рентгеновском спектре) в видимое либо для усиления яркости видимого изображения. В ЭОП оптическое или рентгеновское изображение преобразуется с помощью фотокатода в электронное, а электронное — в видимое, получаемое на катодолюминесцентном экране.
|
|
|
Скачать 1.35 Mb.