Ответы на экзамен по физике. Свободными колебаниями мы называет такие колебания, которые совершаются без внешних воздействий, за счет первоначально полученной телом энергии (пружинный маятник). Незатухающие колебания

• Название: Свободными колебаниями мы называет такие колебания, которые совершаются без внешних воздействий, за счет первоначально полученной телом энергии (пружинный маятник). Незатухающие колебания
• Анкор: Ответы на экзамен по физике.doc
• Дата: 24.04.2017
• Размер: 484.5 Kb.
• Имя файла: Ответы на экзамен по физике.doc
• Тип: Документы; #3240
• Категория: Физика
• страница: 3 из 3

Вопрос 17

Для увеличения угла зрения используют: телескопы, лупы, микроскопы. Для получения больших увеличений используют микроскоп. Лупу в этом случае называют окуляром, а дополнительную систему линз – объективом. В современных оптических микроскопах объектив и окуляр состоят из нескольких линз представляющих собой единую центрированную оптическую систему.

При надлежащем выборе f1и f2 увеличение микроскопа будет сколь угодно большим. Но на практике врачи редко используют увеличение больше 1500-2000. Так как существует предел разрешения. Предел разрешения - это такое наименьшее расстояние между двумя точками предмета, когда эти точки различимы, т.е. воспринимаются в микроскопе как две точки. Разрешающая способность - это способность микроскопа давать раздельные изображения мелких деталей рассматриваемого предмета. Разрешающая способность микроскопа обусловлена волновыми свойствами света, поэтому выражения для предела разрешения можно получить, учитывая дифракционные явления. Реально свет от предмета распространяется к объективу микроскопа в некотором конусе, который характеризуется угловой апертурой - углом и между крайними лучами конического светового пучка, входящего в оптическую систему. Формула. (21.19)

Один из способов уменьшения предела разрешения микроскопа – использование света с меньшей длинной волны (ультрафиолетовый микроскоп). Другой способ – увеличение числовой апертуры. Полезное увеличение это когда глаз различает все элементы структуры объекта, которые разрешимы микроскопом.

Специальные приемы оптической микроскопии – микропроекция и мокрофоторгафия, метод фазового контраста (увидеть прозрачные объекты не возможно, иногда их окрашивают), ультрамикроскапия – метод обнаружения частиц, размеры которых лежат за пределами разрешения микроскопа.

Вопрос 18

Много лет в физике господствовала теория, согласно которой свет – это электромагнитная волн. После работ Планка (тепловое излучения), Эйнштейна (фото эффект) стало очевидным, что свет обладает корпускулярными свойствами. Необходимо рассматривать свет как поток частиц – фотонов. Фотон – элементарная частица, движущаяся со скоростью света, обладающая волновыми свойствами, и имеющая энергию. Логично считать, что и другие частицы – электроны и нейтроны также обладают волновыми свойствами.

Дифракция электронов — процесс рассеяния электронов на совокупности частиц вещества, при котором электрон проявляет свойства, аналогичные свойствам волны. При выполнении некоторых условий, пропуская пучок электронов через материал можно зафиксировать дифракционную картину, соответствующую структуре материала. Способностью дифрагировать обладают и другие частицы, как заряженные (протоны, ионы), так и нейтральные (нейтроны, атомы, молекулы).

Электронный микроскоп (ЭМ) — прибор, позволяющий получать изображение объектов с максимальным увеличением до 10⁶ раз, благодаря использованию вместо светового потока пучка электронов с энергиями 30÷200 кЭв и более. Разрешающая способность электронного микроскопа в 1000÷10000 раз превосходит разрешение светового микроскопа и для лучших современных приборов может составлять несколько ангстрем. Для получения изображения в электронном микроскопе используются специальные магнитные линзы, управляющие движением электронов в колонне прибора при помощи магнитного поля. В электронном микроскопе носителем информации об образе являются электроны, а их источником – подогреваемый катод. Ускорение электрона и образования пучка осуществляется фокусирующим электродом и анодом – системой, называемой электронной пушкой. Формирование потока электронов происходит под воздействием электрического поля. Эти системы называют электронными линзами.

Виды электронной микроскопии.

Просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ) — это установка, в которой изображение от ультратонкого объекта (толщиной порядка 0,1 мкм) формируется в результате взаимодействия пучка электронов с веществом образца с последующим увеличением магнитными линзами (объектив) и регистрацией на флуоресцентном экране.

Растровый электронный микроскоп (РЭМ) — прибор, основанный на принципе взаимодействия электронного пучка с веществом, предназначенный для получения изображения поверхности объекта с высоким пространственным разрешением (несколько нанометров), а также о составе, строении и некоторых других свойствах приповерхностных слоёв.

Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) — вариант сканирующего зондового микроскопа, предназначенный для измерения рельефа проводящих поверхностей с высоким пространственным разрешением.

Сферы применения электронных микроскопов:

Полупроводники и хранение данных:

Редактирование схем; Метрология 3D; Анализ дефектов;

Биология и биологические науки; Криобиология, Локализация белков, Электронная томография

Клеточная томография, Биологическое производство и мониторинг загрузки вирусов

Фармацевтический контроль качества, Вирусология

Промышленность: Создание изображений высокого разрешение, Судебная экспертиза, Добыча и анализ полезных ископаемых, Химия/Нефтехимия.

Вопрос 19

Излучение электромагнитных волн происходит благодаря внутриатомным и внутримолекулярным процессам. Источник энергии разный: экран телевизора, лампа накаливания, гниющее дерево, светлячок. Из этого многообразия электромагнитных излучений видимых и не видимых человеком можно выделить одно, которое присуще всем телам. Это тепловое излучение. Оно возникает при любых температурах выше ОК, поэтому испускается всеми телами. Далеко не всегда тепловое излучение воспринимается глазом как свечение. Поток излучения, испускаемый 1 метром в квадрате поверхности называют - энергетической светимостью (R). Она выражается в ватах на квадратный метр.

Энергетическая светимость - коэффициент поглощения

Тело, коэффициент которого равен 1 для всех длин волн, называют черным. Оно поглощает все падающее на него излучения при любой температуре. Тело коэффициент которого меньше 1 и не зависит от длинны волны света, падающего на него, называют серым.

Закон Кирхгофа - 1859 – при одинаковой температуре отношение спектральной плотности энергетической светимости к монохроматическому коэффициенту поглощение одинаковая для любых тел, в том числе и для черных. Существует максимум спектральной плотности энергетической светимости, который с повышение температуры смещается в строну коротких волн. Макс Планк высказал гипотезу из которой следовало, что черное тело излучает и поглощает энергию не непрерывно, а определенными порциями – квантами. А ученые Стефан и Больцман вывели закон: энергетическая светимость черного тела пропорциональна 4ой степени его термодинамической температуры. Закон Стефана – Больцмана можно качественно проиллюстрировать на разных телах (печь, электро плита, металлическая болванка). По мери их нагревания ощущается все более интенсивное излучение. Оптическая пирометрия, регистрируя излучения тел может определять их температуры.

Тело человека имеет определенную температуру, благодаря терморегуляции. Теплообмен происходит по средствам теплопроводности, конвекции, испарения и излучения. В условиях умеренного климата 15-20% теплоотдачи человека осуществляется конвекцией. Испарение происходит с кожи и легких, теряется 30% У здоровых людей распределение температуры по различным точкам поверхности тела достаточно характерно. Температуру изменяют воспалительные процессы, опухоли т.д. Регистрация излучения разных участков поверхности тела и определения температуры, является диагностические методом – термографией. Второй метод – тепловизоры. Части тела, имеющие разные температуры, изображаются на экране разным цветом.
Вопрос 20

Поглощение света – это ослабление интенсивности света при прохождении через любое вещество вследствие превращения световой энергии в другие виды энергии.

Закон Бугера-Ламберта-Бера используют для фотометрического определения концентрации окрашенных веществ. Для этого непосредственно измеряют потоки падающего и прошедшего через раствор монохроматического света. Этот закон выполняется не всегда. Он справедлив при следующих предположениях: 1 используется монохроматический свет 2 молекулы растворенного вещества в растворе распределены равномерно 3 при изменении концентрации характер взаимодействия между растворенными молекулами не меняется 4 в процессе измерения не происходят химические превращения молекул под действием света 5 интенсивность падающего света должна быть достаточно низка. Существуют спектры поглощения молекул .Атомными спектрами называют как спектры поглощения так и спектры испускания ,которые возникают при квантовых переходах между энергетическими уровнями свободных либо слабо взаимодействующих атомов. Атомные спектры называют оптическими, если они лежат в ультрафиолетовом(100-400 нм), видимом(400-760нм) или инфракрасном(760 нм)диапазоне волн.

Молекулярные спектры(испускания и поглощения) возникают при квантовых переходах молекул с одного энергетического уровня на другой и состоят из совокупности более или менее или менее широких полос.

Сложность молекулярных спектров по сравнению с атомными обусловлена большим разнообразием движений и ,следовательно, энергетических переходах в молекуле.
Вопрос 21

Люминесценцией называют избыточное над тепловым излучение тела, имеющее длительность, значительно превышающую период (10 в минус 15) излучаемых световых волн. Люминесцируют электроно-возбужденные молекулы (атомы). Люминесценция, вызванная заряженными частицами: ионами – ионолюминесценция, электронами- катодолюминесценция ,ядерным излучением –радиолюминесценция. Люминесценцию под воздействием рентгеновского излучения называют рентгенолюминесценцией, фотонов видимого света –фотолюминесценцией. При растирании, раздавливании или раскалывании некоторых кристаллов возникает триболюминесценция. Электрическим полем возбуждается электролюминесценция. Люминесценцию,

сопровождающую экзотермическую химическую реакцию, называют хемилюминесценция. Фотолюминесценция бывает: Флуоресценция (кратковременное послесвечение) и фосфоресценция (сравнительно длительное послесвечение).

Закон Стокса: спектр люминесценции сдвинут в длинноволновую область относительно спектра поглощения того же соединения. Флуоресцентные зонды – это внутривенное введение пациентам флуоресцерина. Он с током крови разносится по всему организму и диффундирует в дерму и эпидермис Лазеры широко применяются в медицине. (Хирургии, стоматологии, дерматологии, онкологии). Все лазеры, используемые в медицине подразделяются на два вида: низко интенсивные (терепечтические) и высокоинтенсивные (хирургические). Принцип действия люминесцентных микроскопов основывается на свойствах флуоресцентного излучения. Микроскопы используются для исследования прозрачных и непрозрачных объектов. Люминесцентное излучение, по-разному отражается различными поверхностями и материалами, что и позволяет успешно применять его для проведения иммунохимических, иммунологических, иммуноморфологических и иммуногенетических исследований.
Вопрос 22

Фотобиологическими называют процессы, которые начинаются с поглощения квантов света молекулами, а заканчиваются физиологической реакцией организма. К фотобиологическим процессам относят фотосинтез, зрение, загар и эритема кожи фотопериодизм и многое другое. Условно всякий фотобиологический процесс можно разбить на несколько стадий: 1) поглощение кванта света молекулой 2) внутримолекулярные процессы размена энергии 3) межмолекулярные процессы переноса энергии и электронно-возбуждающего состояния 4) первичный фотодинамический акт 5) реакции нестабильных фотопродуктов, заканчивающаяся образованием стабильных продуктов 6) биохимические реакции с участием фотопродуктов 7) физиологический ответ на действие света. Важнейшей характеристикой воздействия света на биологические объекты является спектр фотобиологического действия – зависимость биологического эффекта от длинны волны действующего света. Спектр действия позволяет, определит какая область спектра наиболее эффективно вызывает биологический процесс, а также определить природу молекул, ответственных за поглощение света в данный момент.

Особенностью биологического действия ультрафиолетового и видимого излучения является ярко выраженное зависимость биологического эффекта от длинны волны излучения. Бактерицидные эффекты вызываются волнами 200-315нм, покраснение (эритема) кожи наиболее эффективна вызывается излучением с длинной волн 280-315нм, зрительный эффект 400-750нм, лечение желтухи новорожденных – фиолетовым светом 400 нм. Меняя длину волны, можно избирательно инициировать те или иные фотобиологические процессы. Дело в том, что разные фотобиологические процессы начинаются с поглощения квантов света разными молекулами, положение полосы поглощения молекулы зависит от её химической структуры. Спектр фотобиологического действия – это зависимость биологического эффекта от длины волны действующего света

Описанная методика применяется к исследованию спектров действия бактерицидного света на ней основано использование в медицине для обеззараживания помещений ртутных бактерицидных ламп, излучающих монохроматический свет с длинно волны 254нм.
Вопрос 23

Вынужденное излучение, индуцированное излучение — генерация нового фотона при переходе квантовой системы (атома, молекулы, ядра и т. д.) из возбуждённого в стабильное состояние (меньший энергетический уровень) под воздействием индуцирующего фотона, энергия которого была равна разности энергий уровней. Созданный фотон имеет те же энергию, импульс, фазу и поляризацию, что и индуцирующий фотон (который при этом не поглощается). Оба фотона являются когерентными. Большой вклад в разработку вопроса о вынужденном излучении (испускании) внес А. Эйнштейн. Гипотеза Эйнштейна состоит в том, что под действием электромагнитного поля частоты ω молекула (атом) может:

перейти с более низкого энергетического уровня на более высокий с поглощением фотона энергией . В основе квантовой электроники и работы оптических квантовых генераторов (лазеров) лежат некоторые явления лазеры создали: 1) из за вынужденного излучения 2) из за создания термодинамически неравновесной инверсной населенности энергетических уровней атомов 3) из за использования положительной обратной связи. Первый лазер в диапазоне СВЧ (мазер) был сконструирован в 1955 году совецкими учеными Басовым, Прохоровым и американским учеными. 1969 – создали первый квантовый генератор видимого диапазона – лазер. Самым распространенным газовым лазером является гелий-неоновый, возбуждения в котором возникает при электрическом заряде. Применение лазеров основано на свойствах их излучения: высокая монохроматичность, большая мощность, узость пучка и когерентность. Лазеры применяются в хирургии, стоматологии, дерматологии, онкологии. Все лазеры, используемые в медицине подразделяются на два вида: низкоинтенсивные (терепечтические) и высокоинтенсивные (хирургические).

Вопрос 24

Магнитный резонанс – избирательное поглощение электромагнитных волн веществом, помещенном в магнитное поле. В зависимости от типа частиц различают электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) и ядерный магнитный резонанс (ЯМР).

ЯМР — резонансное поглощение электромагнитной энергии веществом, содержащим ядра с ненулевым спином во внешнем магнитном поле, обусловленное переориентацией магнитных моментов ядер. ЯМР не относится к разделу физики атомов и молекуле, одного рассматривается в одной главе с ЭПР как магнитного резонанса. В спектрах ЯМР различают два типа линий по их ширине. Спектры твердых тел, имеют большую ширину и эту область применения ЯМР называют ЯМР широких линий. В жидкостях наблюдают узкие линии, и это ЯМР высокого разрешения. В медицине применяют ЯМР интроскопию или магнитно-резонансный томограф. Он позволяет различать кости, сосуды, нормальные ткани и ткани с опухолями до доли мм.
Вопрос 25

Рентгеновское излучение — электромагнитные волны, энергия фотонов которых лежит на энергетической шкале между ультрафиолетовым излучением и гамма-излучением, что соответствует длинам волн от 10⁻⁴ до 10² Å (от 10⁻¹⁴ до 10⁻⁸ м). Самым распространенным источником рентгеновского излучения является рентгеновская трубка, которая представляет собой двухэлектродный вакуумный прибор. В результате торможения электрона электростатическим полем атомного ядра и атомных электронов веществ антикатода возникает тормозное рентгеновское излучение. Механизм его можно пояснит. С движущимся электрическим зарядом связанно магнитное поле, индукция которого зависит от скорости электрона. При торможении уменьшается магнитная индукция и появляется электромагнитная волна. Коротковолновое рентгеновское излучение обычно обладает большей приникающей способностью, чем длинноволновая, и называется жестким, а длинноволновая – мягким. Рентгеновские спектры разных атомов однотипны в отличии от оптических.

Когерентное (классическое рассеивание). Рассеивание длинно волнового рентгеновского излучения происходит в основном без изменения длинны волны. Оно возникает если энергия фотона меньше энергии ионизации. Некогерентное рассеяние. Рассеяние рентгеновского излучения с изменением длинны волны принято называть некогерентным, а само явление – эффектом Комптона (1922).

Вопрос 27

Для данного вида излучения биологическое действие обычно тем больше чем больше доза излучения. Однако различные излучения даже при одной и той же поглощенной дозе оказывают разные воздействия. В дозиметрии принято сравнивать биологические эффекты различных излучений с соответствующими излучениями, вызванными рентгеновским и гамма-излучением. Естественные радиоктивные источники (космические лучи, радиактивность недр, воды) создают фон равный дозе 125 мбэр в течение года. Предельно допустимой эквивалентной дозой при проф облучении считают 5 бэр за год. (биологический эквивалент рентгена). Летальная доза равно 600 бэр. Мощность дозы (интенсивность облучения) — приращение соответствующей дозы под воздействием данного излучения за единицу времени. Имеет размерность соответствующей дозы (поглощенной, экспозиционной и т. п.), делённую на единицу времени. Допускается использование различных специальных единиц (например, Зв/час, бэр/мин, сЗв/год и др.).


Вопрос 28

Для данного вида излучения биологическое действие обычно тем больше чем больше доза излучения. Однако различные излучения даже при одной и той же поглощенной дозе оказывают разные воздействия. В дозиметрии принято сравнивать биологические эффекты различных излучений с соответствующими излучениями, вызванными рентгеновским и гамма-излучением. Естественные радиоктивные источники (космические лучи, радиактивность недр, воды) создают фон равный дозе 125 мбэр в течение года. Предельно допустимой эквивалентной дозой при проф облучении считают 5 бэр за год. (биологический эквивалент рентгена). Летальная доза равно 600 бэр. Мощность дозы (интенсивность облучения) — приращение соответствующей дозы под воздействием данного излучения за единицу времени. Имеет размерность соответствующей дозы (поглощенной, экспозиционной и т. п.), делённую на единицу времени. Допускается использование различных специальных единиц (например, Зв/час, бэр/мин, сЗв/год и др.). Эквивалентная доза (E, H_T) отражает биологический эффект облучения.

Дозиметрическими приборами называют устройства для измерения доз ионизирующих излучений или величин, связанных с дозами. Они состоят из детектора ядерных излучений и измерительного устройства. В зависимости от используемого детектора различают дозиметры: ионизационные, люминесцентные, полупроводниковый и фотодозиметры. Дозиметры для измерения дозы рентгеновских и гамма-излучений называют – рентгена метры. Для измерения активности или концентрации радиоактивных изотопов применяют радиометры.

Защита от излучения. Работа с любыми источниками ионизирующих излучений требует защиты персонала от их вредного действия. Бывают три вида защиты: защита временем, расстоянием, материалом. Для защиты от бета излучений достаточно пластины из алюминия либо стекла толщенной несколько см.