теория к экзамену матан. Линзы, тонкие линзы и их характеристики (фокус, главная оптическая ось, оптическая сила, линейное увеличение). Формула тонкой линзы
 Скачать 477.98 Kb.
|
|
1 к скорости их распространения во второй среде 
Рис.23.3. Возникновение полного внутреннего отражения (n1 > n2)
| |
Рефрактометр и его свойства с его помощью измеряют концентрацию раствора.
Чаще всего используется рефрактометр Аббе, действие которого основано на измерении предельного угла преломления. Исследуемый раствор помещают между плоскостями двух призм - осветительно и измерительной, изготовленных из стекла с большим показателем преломления (n = 1.9).
Большой показатель преломления измерительной призмы позволяет сохранять условие np
От источника пучок света направляется на входную грань осветительной призмы. Пройдя осветительную призму, свет падает на матовую гипотенузную граньданной призмы, граничащую с тонким слоем исследуемой жидкости. Матовая поверхность имеет неровности, размеры которых составляют несколько длин волн. Свет рассеивается на этих неровностях по всей поверхности и, пройдя через тонкий слой раствора, падает на границу раздела “раствор-стекло” под всевозможными углами падения, т.е. угол падения изменяется в пределах от 00 до 900 .
На зеркальной гипотенузной грани измерительной призмы свет преломляется. Вследствие того, что np
Ход лучей света при выходе его из измерительной призмы легко учитывается при градуировке прибора т. к. преломление света происходит на границе “стекло-воздух”, причем показатели преломления обеих сред известны. Угол преломления света на этой границе не влияет на точность измерения np.
Благодаря засветке всего слоя раствора граница света и тени наблюдается достаточно резко. Поэтому, настраивая прибор к работе, свет от осветителя нужно направить на призму так, чтобы он равномерно осветил всю поверхность грани рассеивающей призмы.
Для определения угла, под которым выходят лучи из измерительной призмы, используется зрительная труба, образованная объективом и окуляром.
28.Поляризация света. Свет естественный и поляризованный. Оптически активные вещества. Измерение концентрации раствора по углу поворота плоскости поляризации (поляриметрия).
Поляризатор – вещество (или устройство) служащее для преобразования естественного света в плоскополяризованный.
Плоскость поляризации – плоскость, проходящая через направление колебаний светового вектора плоскополяризованной волны и направление распространения этой волны.
Поляризованным называется свет, в котором направления колебания вектора упорядочены каким-либо образом.
Свет со всевозможными равновероятными ориентациями вектора называется естественным.
Оптически активные вещества - вещества, способные отклонить плоскость поляризации.
Оптическая активность связана с ассиметричностью молекул, то есть с наличием в ней атомов и групп атомов, которые могут быть различным образом расположены в пространстве.
Оптически активными веществами являются природные соединения, например атомно-кислотные сахара , гормоны, витамины.
Поляриметрический метод анализа основан на способности веществ отклонять плоскость поляризации при прохождении через них поляризованного света.
Величину отклонения плоскости поляризации от начального положения, выраженную в угловых градусах, называют углом вращения и обозначают греческой буквой а.
Величина угла вращения зависит от природы оптически активного вещества, толщины его слоя, температуры, природы растворителя и длины волны света.
Как правило, определение оптического вращения проводят при 20 °С и при длине волны линии D спектра натрия.
Для жидких веществ удельное вращение определяют по формуле:
Для растворов веществ:
где а - измеренный угол вращения в градусах; l - толщина слоя жидкости, дм; с - концентрация раствора; d - плотность жидкости.
29.Особенности излучения и поглощения энергии атомами и молекулами. Спектры (излучения и поглощения) атомарные, молекулярные и спектры кристаллов. Спектрометрия и ее применение в медицине.
В 1913 году Бором предложена теория излучения света, которая основывается на двух постулатах:
1. Внутренняя энергия атома может принимать только определённые дозволенные значения или уровни, кратные характерным для данного атома количествам. Состояния атома, соответствующие этим уровням энергии, являются стационарными: в таком состоянии атом не излучает электромагнитных волн, несмотря на происходящее в нём движение электронов.
2. Испускание (или поглощение) электромагнитного излучения происходит при переходе атома из одного стационарного состояния в другое. При этом испускается (или поглощается) фотон монохроматического излучения с энергией, равной разности энергетических уровней Еm и En, соответствующих этим состояниям.
Атомные спектры - спектры поглощения и испускания свободных или слабо взаимодействующих атомов. Атомные спектры наблюдаются для разреженных газов, паров или плазмы.
Молекулярные спектры, в отличие от атомных спектров, обусловлены:
1) электронными переходами;
2) колебаниями атомов в молекуле;
3) вращением молекулы как целого.
В зависимости от этого различают электронные, колебательные и вращательные молекулярные спектры.
Спектры кристаллов (С.к.) - спектры поглощения, люминесценции, рассеяния, фотопроводимости кристаллов в широком диапазоне длин волн.
С. к. обусловлены квантовыми переходами между уровнями энергии, принадлежащими как основному веществу кристалла, так и его примесям.
Спектрометрия - совокупность методов и теория измерений спектров электромагн. излучения и изучение спектральных свойств веществ и тел в оптическом диапазоне длин волн (1 нм - 1 мм).
Спектрометрия позволяет идентифицировать белки, определять, какие изменения произошли с их структурой вследствие различных взаимодействий, при их воспроизводстве, определить пути метаболизма различных лекарственных средств и других соединений, разрабатывать новые целевые лекарственные средства.
30.Поглощение света атомами и молекулами. Закон Бугера. Закон Бугера-Ламберта-Бера. Оптические характеристики вещества. Измерение концентрации раствора по оптической плотности.
Поглощение света – это явление уменьшения интенсивности света при прохождении его через вещество. Уменьшение интенсивности света происходит в результате того, что энергия света переходит в другие виды энергии: энергию активизации, ионизации молекул, энергию теплового хаотического движения частиц в веществе и др.
Поглощение света подчиняется закону Бугера: интенсивность света при прохождении через вещество толщиной d уменьшается по экспоненциальному закону.
Закон Бугера записывается:
где Iо – интенсивность пучка света, падающего на вещество;k – показатель поглощения, который зависит от природы вещества и длины волны падающего света. Закон поглощения света для окрашенных растворов называют законом Бугера-Ламберта-Бера:
Оптически Характеристики
Отношение интенсивности света, прошедшего сквозь данное тело или раствор к интенсивности света, падающего на тело, называется коэффициентом пропускания:
Десятичный логарифм величины, обратной коэффициенту пропускания, называют оптической плотностью раствора
Фотоэлектроколориметр ФЭК служит для определения концентраций окрашенных растворов по поглощению света этими растворами. Включает в себя: лампа, светофильтр, кювета для растворов, фотоприемник, приеобразователь сигнала, измерительный элемент (гальванометр).
Принцип измерения коэффициента пропускания и оптической плотности состоит в том, что на фотоприёмник направляют поочерёдно световые потоки – полный и прошедший через анализируемый раствор . Вначале в световой поток помещают кювету с раствором сравнения (растворитель или дистиллированная вода). Изменением чувствительности фотоэлектроколориметра добиваются, чтобы отсчёт по шкале коэффициентов пропускания был равен 100 делениям (или был равен нулю по шкале оптической плотности). Таким образом, полный световой поток условно принимается за 100%. Затем в световой поток помещают кювету с исследуемым раствором. Вследствие поглощения света раствором световой поток ослабляется, и стрелка гальванометра отклоняется от нуля. По показаниям стрелки на шкале определяют значение оптической плотности или коэффициента пропускания исследуемого раствора.
31.Индуцированное излучение. Его источники. Устройство и принцип работы твердотельных, газовых, полупроводниковых и жидкостных лазеров и их применение в медицине.
Вы́нужденное излуче́ние, индуци́рованное излучение — генерация нового фотона при переходе квантовой системы из возбуждённого в стабильное состояние под воздействием индуцирующего фотона. Созданный фотон имеет ту же энергию, импульс, фазу и поляризацию, что и индуцирующий фотон Оба фотона являются когерентными. Лазеры – это современные источники когерентного излучения. Лазеры могут работать в импульсном и непрерывном режимах.
Одним из важнейших свойств лазерного излучения является чрезвычайно высокая степень его монохроматичности. Это и все другие уникальные свойства лазерного излучения возникают в результате согласованного, кооперативного испускания световых квантов многими атомами рабочего вещества. Именно индуцированное излучение является физической основой работы лазеров.
Газовые лазеры
Достоинством газов как активной среды лазера является высокая оптическая однородность. Кроме лазера, основой которого является смесь гелия и неона, создано большое количество разнообразных газовых лазеров. В них используются переходы нейтральных атомов, молекул и ионов, имеющих частоты в широком диапазоне: от ультрафиолетовой до далёкой инфракрасной частей спектра.
Полупроводниковые лазеры
Полупроводниковые инжекционные лазеры имеют очень высокий КПД преобразования электрической энергии в когерентное излучение.Они способны работать в непрерывном режиме. Им свойственна высокая эффективность преобразования электрической энергии в энергию когерентного излучения, малая степень инерционности, которая обусловливает широкую полосу частот прямой модуляции;простая конструкция;невысокая направленность излучения, трудность получения высокой монохроматичности.
Жидкостный лазер
Активным веществом которого является жидкость. Преимущества: возможность реализации циркуляции жидкости с целью её охлаждения.
В первых жидкостных лазерах использовались растворы редкоземельных хелатов. Жидкостные лазеры, работающие на неорганических активных жидкостях, обладают большими импульсными энергиями при значительной средней мощности. При этом жидкостные лазеры генерируют излучение с узким спектром частот.
Твердотельные лазеры
Наиболее распространены среди импульсных твердотельных лазеров – лазер на рубине и неодимовом стекле.
Лазеры на рубине, наряду с лазерами на неодимовом стекле, являются наиболее мощными импульсными лазерами.
Лазеры применяются в медицине. В хирургии, к примеру, они обеспечивают малое повреждение тканей и высокую стерильность при проведении операции. В косметологии лазером селективно воздействуют на корни волос, пигментные пятна и т. д.
32.Механические колебания (свободные: незатухающие и затухающие, вынужденные, автоколебания). Их характеристики и математическое описание.
Колебания – это движения или процессы, которые характеризуются определенной повторяемостью во времени.
Период колебаний T – интервал времени, в течение которого происходит одно полное колебание.
Частота колебаний ν – число полных колебаний в единицу времени. В системе СИ выражается в герцах (Гц).
Циклическая частота ω = 2πν. Она связана с периодом отношением:
 | |||
| Гармонические колебания – это колебания, при которых колеблющаяся величина, например смещение груза на пружине от положения равновесия, изменяется по закону синуса или косинуса:
где x0 – амплитуда, ω – циклическая частота, φ0 – начальная фаза колебания. Математический маятник – тело небольших размеров, подвешенное на тонкой нерастяжимой невесомой нити длиной l. Циклическая частота математического маятника равна:
а период колебаний:
В реальных условиях любая механическая система находится под действием сил трения (сопротивления). При этом часть механической энергии превращается во внутреннюю энергию теплового движения, и колебания становятся затухающими. |
Вынужденные колебания – колебания, возникающие под действием внешней периодически изменяющейся силы. Частота вынужденных колебаний равна частоте изменения внешней силы.
Если частота ν внешней силы совпадет с частотой свободных колебаний системы, то амплитуда колебаний резко возрастает. Это явление называется резонансом
Автоколебания – это незатухающие свободные колебания, поддерживаемые за счет периодической подкачки энергии от какого-либо источника внешней силы. Примером автоколебательной системы могут служить механические часы.
33.Механические волны. Уравнение волны. Поток энергии волны. Эффект Доплера и его применение в медицине.
| Механической волной называется механическое возмущение, распространяющееся в пространстве и несущая энергию. Механические волны бывают: Продольные, которые колеблются вдоль распространения волны: Поперечные, которые колеблются перпендикулярно. Поток энергии волны равен отношению энергии, переносимой волнами через некоторую поверхность ко времени, в течение которого эта энергия перенесена: Ф=dE/dt (Bm) Уравнение волны: S=A cos (w (t-x/V)), оно позволяет определить смещение любой точки, участвующей в волновом процессе, в любой момент времени. Аргумент при косинусе Ф=W (t-x/V) называется фазой волны. Множество точек, имеющих одновременно одинаковую фазу, называется фронтом волны. Длиной волны называется расстояние между двумя точками, фазы которых в один и тот же момент времени отличаются на 2П. Эффект Доплера заключается в том, что частота волн, воспринимаемых приемником, отличается от частоты волн, издаваемых источником, при их относительном движении. 1. Источник Приемник Vпр. = V+Vпр./V-Vист. *Vист. V – скорость распространения волны в среде Vпр.-Vист. Эффект Доплера используется для определения скорости кровотока, скорости движения клапанов и стенок сердца и других органов. |
34. Звук. Инфразвук. Физические характеристики звука и звуковые ощущения. Закон вебера-фехнера. Аудиометрия.
Звук в широком смысле - упругие колебания и волны, распространяющиеся в газообразных, жидких и твердых веществах; в узком смысле - явление, субъективно воспринимаемое органами слуха человека и животных.
В норме ухо человека слышит звук в диапазоне частот от 16 Гц до 20 кГц.
Звук с частотой ниже 16-20 Гц называется инфразвуком.
Физические характеристики звука
1. Скорость (v). Звук распространяется в любой среде, кроме вакуума. Скорость его распространения зависит от упругости, плотности и температуры среды, но не зависит от частоты колебаний. Скорость звука в газе зависит от его молярной массы (М) и абсолютной температуры (Т):
Скорость звука в воде равна 1500 м/с; близкое значение имеет скорость звука и в мягких тканях организма.
Для того чтобы звуковая волна создала ощущение звука, необходимо, чтобы сила звука превышала некоторую минимальную величину. Порогом слышимости называется наименьшая сила звука данной частоты, которая еще воспринимается ухом. Значение порога слышимости различно для разных частот. Наиболее чувствительно человеческое ухо для колебаний с частотами в пределах 1-3 кГц.
Ощущение громкости не поддается точному количественному измерению. Однако оценку интенсивности слухового ощущения можно произвести на основе психофизического закона Вебера – Фехнера, согласно которому изменение интенсивности ощущения пропорционально логарифму отношения энергий раздражителей, вызывающих эти ощущения.
Уровень интенсивности звука определяется соотношением:
,где k- коэффициент пропорциональности, зависящий от единиц измерения. Если k=1, то единицей измерения уровня интенсивности звука является бел. Так же используются единицы, в 10 раз меньшие, называемые децибелами, тогда:
| Аудиограмма - это график, отображающий состояние слуха человека. По горизонтальной оси откладываются частоты (от 125 до 8000 Гц), а по вертикальной – пороги слышимости на соответствующих частотах, т.е. минимальные уровни звукового давления сигнала, при которых пациент слышит звук. При построении аудиограммы значения этих порогов измеряются специальным прибором – аудиометром. По характеру данного графика можно судить о нарушениях органа слуха и методах и их коррекции. 35.Ультразвук. Источники и приемники ультразвука. Применение ультразвука в медицине. Ультразву́к — звуковые волны, имеющие частоту выше воспринимаемых человеческим ухом, обычно, под ультразвуком понимают частоты выше 20 000 герц. Источники ультразвука - это все виды ультразвукового технологического оборудования, ультразвуковые приборы и аппаратура промышленного, медицинского, бытового назначения, генерирующие ультразвуковые колебания в диапазоне частот от 18 кГц до 100 МГц и выше.. Применение ультразвука: Эхоэнцефалография – определение опухолей головного мозга и отека головного мозга. Ультразвуковая кардиография- измерение размеров сердца в динамике; в офтальмологии– ультразвуковая локация для определения размеров глазных сред. Ультразвуковая физиотерапия. 36.Ионизирующее излучение и его виды. Рентгеновское излучение: характеристическое и тормозное. Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом. Защита от излучения. Применение рентгеновского излучения в медицине. Ионизирующими излучениями называются такие виды лучистой энергии, которые, попадая в определенные среды или проникая через них, производят в них ионизацию. Такими свойствами обладают радиоактивные излучения, излучения высоких энергий, рентгеновские лучи и др. Тормозное рентгеновское излучение- излучение, которое образуется при торможении быстрых электронов атомарным электрическим полем анода (полем атомарных электронов). Характеристическое рентгеновское излучение — излучение, возникающее при переходе электрона из внешней оболочки на вакансию, имеющуюся на нижнем уровне атома. Виды: Альфа-частица, Бета-излучение, Гамма-излучение, Рентгеновское излучение, Нейтронное излучение. Взаимодействие ренгеновского излучения с веществом. При прохождении рентгеновских лучей через какое-нибудь твердое, жидкое или газообразное вещество они взаимодействуют с электронами, и при этом теряют часть своей энергии вследствие: 1) истинного поглощения, т.е. превращения их энергии в другие виды энергии; 2) рассеяния, т.е. изменения направления распространения лучей без изменения длины и с изменением длины волны. Радиационная защита — комплекс мероприятий, направленный на защиту живых организмов от ионизирующего излучения, а также, изыскание способов ослабления поражающего действия ионизирующих излучений; одно из направлений радиобиологии. Рентгеновское излучение в медицине: Рентгенотерапия — это современный метод, с помощью которого производится лечение некоторых патологий суставов. Флюорография – диагностический метод, позволяющий получить изображение органов и тканей, был разработан еще в конце 20-го столетия, спустя год после того, как были обнаружены рентгеновские лучи. Рентгенография - метод рентгенодиагностики с регистрацией неподвижного изображения на светочувствительном материале - спец. фотоплёнке (рентгеновской плёнке) или фотобумаге с последующей фотообработкой; при цифровой рентгенографии изображение фиксируется в памяти компьютера Томография, Рентгеноскопия. 37.Радиоактивность. Виды радиоактивного распада. Закон радиоактивного распада. Период полураспада, активность. Радиоактивностью называют способность атомных ядер спонтанно превращаться в другие ядра с испусканием различных видов радиоактивных излучений и элементарных частиц. Радиоактивность можно разделить на два вида: Естественную и искусственную. Естественную можно наблюдать у существующих в природе неустойчивых изотопов. Искусственная радиоактивность наблюдается у изотопов, которые были получены в результате проведения ядерных реакций. Радиоактивное излучение бывает трех типов. a -излучение - этому излучению присущи отклонения электрическим и магнитными полями. Оно обладает высокой ионизирующей способностью. Также характеризуется малой проникающей способностью. По своей сути это поток ядер гелия. b -излучение - также как и a -излучение, данное излучение отклоняется электрическим и магнитным полями. Если продолжить сравнение то его ионизирующая способность значительно меньше (приблизительно на два порядка), а проникающая способность гораздо больше, чем у a -частиц. b -излучение - это поток быстрых электронов. g -излучение - в отличие от двух предыдущих, не отклоняется электрическим и магнитными полями. Ионизирующая способность невелика. А вот проникающая способность просто колоссальна. g -излучение это коротковолновое электромагнитное излучение у которого длина волны не велика. Следствием этого являются ярко выраженные корпускулярные свойства. Период полураспада (Т 1/2 ) сокращается, приблизительно в два раза. Период полураспада — время, за которое первоначальное количество радиоактивных ядер уменьшится в два раза. Закон радиоактивного распада Каждый радиоактивный элемент можно охарактеризовать промежутком времени Т, в течение которого распадается половина ядер, имевшихся в момент начала отсчета времени. Закон радиоактивного распада через период полураспада (Т) имеет вид:  Периодом полураспада может быть как очень большим, так и очень маленьким. Число ядер радиоактивного препарата распадающихся за единицу времени: А = dNрасп /dt За единицу активности в СИ принимают 1 беккерель (Бк) = 1 распад/с - активность препарата, в котором за 1 с происходит 1 распад. Более крупная единица активности - 1 резерфорд (Рд) =  Бк. Часто используется внесистемная единица активности - кюри (Ки). Альфа - распад Альфа-частицы испускаются только тяжелыми ядрами, т.е. содержащими большое число протонов и нейтронов. Прочность тяжелых ядер мала. Для того, чтобы покинуть ядро, нуклон должен преодолеть ядерные силы, а для этого он должен обладать достаточной энергией. При объединении двух протонов и двух нейтронов в альфа-частицу ядерные силы в подобном сочетании являются наиболее крепкими, а связи с другими нуклонами слабее, поэтому альфа-частица способна "выйти" из ядра. Вылетевшая альфа-частица уносит положительный заряд в 2 единицы и массу в 4 единицы. В результате альфа-распада радиоактивный элемент превращается в другой элемент, порядковый номер которого на 2 единицы, а массовое число на 4 единицы, меньше.  То ядро, которое распадается, называют материнским, а образовавшееся дочерним. Дочернее ядро оказывается обычно тоже радиоактивным и через некоторое время распадается. Процесс радиоактивного распада происходит до тех пор, пока не появится стабильное ядро, чаще всего ядро свинца или висмута. Бета-распад Явление бета-распада состоит в том, что ядра некоторых элементов самопроизвольно испускают электроны и элементарную частицу очень малой массы - антинейтрино. Так как электронов в ядрах нет, то появление бета-лучей из ядра атома можно объяснить способностью нейтронов ядра распадаться на протон, электрон и антинейтрино. Появившийся протон переходит во вновь образующееся ядро. Электрон, вылетающий из ядра, и является частицей бета-излучения. Такой процесс распада нейтронов характерен для ядер с большим количеством нейтронов.  В результате бета-распада образуется новое ядро с таким же массовым числом, но с большим на единицу зарядом. Гамма - распад - не существует. В процессе радиоактивного излучения ядра атомов могут испускать гамма-кванты. Испускание гамма-квантов не сопровождается распадом ядра атома. Гамма излучение зачастую сопровождает явления альфа- или бета-распада. При альфа- и бета-распаде новое возникшее ядро первоначально находится в возбужденном состоянии и, когда оно переходит в нормальное состояние, то испускает гамма-кванты (в оптическом или рентгеновском диапазоне волн).  Так как радиоактивное излучение состоит из альфа-частиц, бета-частиц и гамма-квантов, то явление радиоактивности сопровождается потерей массы и энергии ядра, атома и вещества в целом. Доказательством того, что радиоактивное излучение несет энергию, является опыт, показывающий, что при поглощении радиоактивного излучения вещество нагревается. 38.Дозы излучения, мощность дозы (определение, формулы, единицы измерения). Связь между мощностью и активностью радиоактивного препарата. Биологическое действие ионизирующих излучений. Способы защиты от ионизирующих излучений. Дозиметрия - называается выявления ионизируемого излучения и количесвенная оценка уровня радиации. Дозы излучения: 1)Экспозиционная - это общее количество падающей на объект энергии излучения, измеряется по ионизации воздуха. кл/кг D=f*x 2)Поглощенная - количество энергии ионизир.излучения поглощенное еденицей массой объекта за все время облучения . 1гр=100 рад D=(дельта )Е/(дельта)m 3)Эквивалентная - доза внешнего жесткого рентгеновского излучения, которая соответ. по биологическому эффекту расматриваемый вариант излучения . 1Зв=100 бэр H=K*D 4)Эффективная доза - сумма произведений эквивалентных доз в органах и тканяхна соответсвующие им весовые коэфиценты. зивер или бэр. Нэф.= знак суммы b1*H1 Мощность дозы излучения (уровень радиации) - это доза расчит. за 1 ед времени, она характеризует интенсивность лучевого воздействия. Связь между мощностью и активностью радиоактивного препарата: естественные радиоактивные источники (космические лучи, радиоактивность недр, воды, радиоактивность ядер, входящих в состав человеческого тела и др.) создают фон, соответствующий приблизительно дозе 125 мбэр в течении года. Предельно допустимой эквивалентной дозой при профессиональном облучении является 5 бэр за год. Летальной дозой от g-излучений считается 600 бэр. Эти данные соответствуют облучению всего организма. Биологическое действие ионизирующих излучений: 1)Мутации 2) Поражение мозга 3) Изменения в крови 4) Иммунодефицитное состояние 5) Потеря трудоспособности,инвалидизация 6) Смерть Способы защиты от ионизирующих излучений: 1)От альфа-лучей: использования спецодежды и спецобуви, т.к. проникающая способность альфа-частиц невысока;применение противогазов, масок, очков и т.п. 2) От бета-излучения используют: ограждения (экраны), лист алюминия толщиной несколько миллиметров полностью поглощает поток бета-частиц; 3) От рентгеновского излучения и гамма-излучения: сокращение времени пребывания в опасной зоне; экранирование источника излучения материалами с большой плотностью (свинец, железо, бетон и др.); использование защитных сооружений (противорадиационных укрытий, подвалов и т.п.) индивидуальных средств защиты органов дыхания, кожных покровов и слизистых оболочек; дозиметрический контроль внешней среды и продуктов питания. |