Фотоэлектрические используются для измерения световых потоков и основаны обычно на фотогальваническом эффекте, т.е. на возникновении ЭДС на облучаемом светом p-n- переходе в полупроводниках.
Температурные датчики – в технике, медицине. К ним относится ТЕРМОПАРА, действие которой основано на эффекте Зеебека: в цепи, состоящей из двух спаянных концами разнородных металлов, возникает ЭДС, величина которой пропорциональна разности температур спаев. Эти металлы отличаются концентрацией n в них свободных электронов, допустим nA>nB. Из А электроны будут переходить в В. Равновесие между этими двумя потоками электронов будет достигнуто при некоторой разности потенциалов: U=(RT/F)*ln(nA/nB) или U=(kT/e)*ln(nA/nB), R=kNA, F=eNA. Если отношение nA/nBпостоянно, то контактная разность потенциалов зависит только от температуры спая: U=αT, где α=(k/e)*ln(nA/nB) – величина, постоянная для данной пары металлов.
Если спаять и вторые концы этих металлов, то в образовавшейся цепи возникнет ЭДС, пропорциональная разности температур спаев: ЭДС=U1-U2=α(T1-T2). Для измерения температуры один спай помещают в этот объект, а второй – в термостат с известной температурой. Эффект Пельтье: если в цепь включить источник постоянного напряжения, то в ней возникнет постоянный ток, то один спай будет нагреваться, а второй – охлаждаться. Будет выделяться и поглощаться теплота пропорциональная силе тока: Q=ПIt, П – зависит от природы металлов.
Параметрические (пассивные) датчики под действием измеряемой величины не генерируют электрический сигнал, но изменяют свои электрические параметры.
Резистивные под действием измеряемого параметра изменяют свое сопротивление. Вводят ТКС (температурный коэф. сопротивления): ТКС=(1/R0)*(dR/dT). Чем больше ТКС, тем чувствительнее датчик.
Сопротивление металлического проводника линейно зависит от температуры: R=R0(1+αt). Зависимость R(t) линейна в широком диапазоне температур, tкр указывает на переход в сверхпроводящее состояние (R=0). Угол β (в точке пересечения ОУ и линии проводим параллель с ОХ) определяет быстроту изменения сопротивления с температурой, определяет чувствительность датчика: tgβ=(dR/dt)αR0.
Термисторы – полупроводниковые температурные пассивные датчики. Сопротивление уменьшается с увеличением их абсолютной температуры по закону: R(T)=AeB/T, где А (Ом) и В (град) – константы, зависящие от материала полупроводника. Зависимость нелинейна, с ростом температуры падает и сопротивление, и ТКС=(-B/T2).
3. Полоса частот ЭКГ-сигнала составляет 0,5-400Гц. Что это за частоты? Ведь частота сердечных сокращений приблизительно равна 1Гц.
Полоса частот, подлежащая обработке и анализу, составляет, в зависимости от вида исследования, от 0,5 Гц до 50 Гц (в устройствах мониторинга при интенсивной терапии), и до 1 кГц при исследовании водителей сердечного ритма (пейсмейкеров). Стандартный клинический аппарат ЭКГ работает с полосой частот 0,05–400 Гц. Сердце сокращается с частотой 1-1,2 Гц. Когда частота сердца ниже 1 Гц, точеловек ещё жив, а если ниже 0,5 Гц, то мертв. 400Гц – это не частота сокращения сердца, а последняя гармоника, возникающая при разложении сложной периодической функции.0,1-5мВ- динамический диапазон ЭКГ.
4. Укажите основные ионы, определяющие потенциал покоя мембраны и запишите уравнение стационарного мембранного потенциала.
На мембране, разделяющей цитоплазму и межклеточную жидкость, существует разность электрических потенциалов – мембранный потенциал. Потенциал внутри клетки относительно межклеточной жидкости составляет от -60мВ до -100мВ. Предположим, что мембрана в покое проницаема только для одного вида ионов. Равновесное состояние клетки достигается при равенстве электрохим. потенциалов по обе стороны мембраны µi=µe. Внутри клетки потенциал µi= µ0i+RTlnCi+ZFφi, вне клетки µе= µ0е+RTlnCе+ZFφе.. Т.к. с обеих сторон ионы находятся в одном растворителе – воде, то µ0i= µ0е и условие термодинамического равновесия: RTlnCi+ZFφi=RTlnCе+ZFφе; ZF(φi-φе)=RT(lnCi-lnCe). Получаем уравнение Нернста для равновесного мембранного потенциала:φi-φе=(-RT/ZF)ln(Ci/Ce). Потенциал среды, окружающей клетку, принимают за φе=0, поэтому мембранный потенциал представляет собой потенциал внутри клетки по отношению к межклеточной жидкости. Концентрация К+ внутри клетки значительно выше, чем вне её, поэтому потенциал Нернста отрицательный. Для Na+и Cl- концентрация вне клетки выше, чем внутри, поэтому равновесный потенциал Нернста для натрия – положительный, а для хлора - отрицательный. В состоянии покоя суммарный поток ионов через мембрану равен нулю, тогда из уравнения Нернста-Планка следует: (RT/C)*(dC/dx)=(-ZF)*(dφ/dx). В покое градиенты концентрации dC/dx и электрического потенциала dφ/dx на мембране направлены противоположно друг другу.
Полное выражение для мембранного потенциала было получено Гольдманом, Ходжкиным, Катцем:
φм=(-RT/F)ln(PKCi(K+)+ PNaCi(Na+)+ PClCe(Cl-))/(PKCe(K+)+ PNaCe(Na+)+ PClCi(Cl-)).
Проницаемость мембран аксона кальмара:
В покое РК+:РNa+:РCl- =1:0,04:0,45
В фазе деполяризацииРК+:РNa+:РCl- =1:20:0,45
5. Между скрещенными поляризатором и анализатором находится кювета длиной L=10см с р-ром оптически активного в-ва, удельное вращение которого равно 4,5град*см2/г. При какой концентрации р-ра поле анализатора станет max светлым?
Если эти плоскости параллельны, то свет проходит через поляризатор полностью (φ=0,cos0=1 и I=I0), а если они перпендикулярны, то свет через поляризатор не проходит (φ=900 или 2700,cos900=0и I=0) и поле анализатора max светлое. α=α0CL; С=α/α0L=90/4,5*10=2г/cм3. Ответ:2г/cм3
6. Что такое варианта, простой статистический ряд, интегральный ряд?
В экспериментах, проводимых с выборкой, исследуемая величина Х принимает определенные значения. Каждое полученное значение величины Х – варианта. Эти значения, записанные в том порядке, в котором они были получены в опытах, представляют собой простой статистический ряд. Вариационный ряд. Все полученные данные простого статистического ряда расположить в порядке возрастания или убывания (ранжированный статистический ряд).Вариационный ряд включает: хi– различные значения варианты; mi – частота встречаемости варианты; pi=mi/n – относительные частоты вариант, где n- объём выборки. Графическим представлением вариационного ряда является полигон частот или полигон относительных частот. Полигон частот – ломанная линия, отрезки которой соединяют точки (х1,m1), (х2,m2). На оси абсцисс – значения варианты, а на оси ординат – соответствующие им частоты. Полигон относительных частот – ломанная линия, отрезки которой соединяют точки (х1,m1/n), (х2,m2/n). Интервальный ряд удобно использовать, когда кол-венный признак Х непрерывен. Тогда интервальный ряд строится так: 1) область изменения признака (хmax-xmin)разбивают на несколько равных интервалов; 2) число интервалов k= 
n, где n–объём выборки; 3) ширина интервалов одинакова ∆х=h=(хmax-xmin)/k; 4) вычисляют границы интервалов: хmin=x0, х1=x0+h, х2=x1+h; 5) для каждого интервала подсчитывают частоты miи относительные частоты mi/n. Графическим представлением интервального ряда – гистограмма частот (диаграмма, состоящая из вертикальных прямоугольников, основаниями которых являются интервалы длиной h, а высоты равны отношению mi/h). На оси абсцисс – интервалы значений исследуемого показателя и на них строят прямоугольники высотой mi/h.
Билет 20
1. Относительная биологическая эффективность ионизирующих излучений. Коэф. качества. Эквивалентная доза. Эффективная эквивалентная доза. Взвешивающий фактор (коэф. радиоактивного риска).
Эквивалентная доза Н. Опыты показали, что при одинаковой поглощенной дозе биологический эффект облучения существенно зависит от вида ионизирующего излучения. Для учёта этого фактора введена эквивалентная доза Н=kD, где k – коэф. качества излучения. При одинаковой эквивалентной дозе биологический эффект будет одинаковым не зависимо от вида излучения. СИ: 1Зиверт (Зв)=1Дж/кг, 1Зв=100бэр. Внесистемная 1бэр=0,01Зв. Бэр – биологический эквивалент рада. Для определения коэф. качества k излучения (относительной биологической эффективности ОБЭ) необходимо сравнить поглощенные дозы, вызывающие одинаковый биологический эффект, при воздействии исследуемым и эталонным ионизирующими излучениями. За эталон принимают рентгеновское излучение с энергией квантов 180-200кэВ. kизл=ОБЭ=Dэтал/Dиссл. В качестве стандартного биологического эффекта часто используют полулетальную дозу ЛД=50/30 – поглощенная доза, при которой в течение 30 суток погибает 50% подопытных животных. Коэф. качества имеет значения: для рентгеновского, у- и β-излучения k=1; для α-частиц с энергией, меньше 10МэВ, k=20; для протонов k=10; для нейтронов с энергией 0,1-5МэВk=3-10.
Эффективная эквивалентная доза Нэф учитывает разную чувствительность органов и тканей к действию ионизирующих излучений. Если известны дозы, полученные отдельными органами, то Нэф для организма равна Нэф=∑ωiHi (Зв).Чувствительность i органа к воздействию характеризует взвешивающий фактор ωi(коэф. радиационного риска). Чем он больше, тем опаснее облучение для данного органа. Он представляет собой отношение верочтного риска летального исхода про облучении органа в некоторой эквивалентной дозе к риску смерти от равномерного облучения всего организма в той же эквивалентной дозе. Человек получает в среднем эквивалентную дозу облучения около 400мбэр/год. Предельно допустимая эквивалентная доза при профессиональной деятельности – 5бэр/год.
2. Что такое реография (импедансная плетизмография)? Каковы основные принципы реализации этого диагностического исследования?
Реография (импедансная плетизмография) – метод исследования состояния сосудистой системы путём регистрации периодических изменений импеданса ткани. Омическое сопротивление ткани зависит от степени их кровенаполнения. При увеличении кровенаполнения ткани ее омическая составляющая R импеданса уменьшается, а при уменьшении кровенаполнения – увеличивается. Рассмотрим участок ткани между двумя электродами. Омическое сопротивление R= p L/S= p L2/V. На постоянном токе и на токах низких частот проводить измерения нельзя по соображениям безопасности. На высоких частотах >100кГц емкостное сопротивление стремится к 0 и тогда Z=R=1/Vкр. При постоянной токе из-за большого сопротивления кожи =1МОм практически невозможно зарегистрировать малые изменения общего высокого сопротивления цепи. Важнейшим фактором, определяющим электрическое сопротивление кожи, является толщина рогового слоя эпидермиса и его состояние. Если неороговевающие слои эпидермиса содержат до 70% воды, то роговой слой – лишь 10%, что обуславливает его высокое сопротивление. Но при выделении пота и при наложении влажных электродных прокладок роговой слой может впитывать воду, что снижает его сопротивление. Прокладки налаживают также для устранения прижигающего действия тока под сухими электродами. При увеличении площади электрода переходное сопротивление кожа-электрод уменьшается, но при этом увеличиваются помехи от биопотенциалов работающих мышц. Применяется переменный ток частотой 40-150кГц, что позволяет выделить из общего сопротивления цепи переменный компонент ее омической составляющей.
3. Человек с нормальной остротой зрения различает 2 точки предмета при расстоянии между ними А=0,075мм, если предмет расположен на расстоянии наилучшего зрения. Если же предмет будет находиться на расстоянии 2м от глаза, то каким будет наименьшее различимое глазом расстояние между 2 точками предмета?
Zгл=dφmin=250мм*3*10-4=75мкм.Zгл=dφmin=2000мм*3*10-4=0,6мм.
4. Запишите выражение для силы Лоренца и силы Ампера. На что они действуют и как направлены?
На электрический заряд q, движущийся со скоростью v в магнитном поле индукцией В,действует сила Лоренца, которая определяется выражением Fл=qvBsinα, где α – угол между векторами скорости и магнитной индукции. Направление силы Лоренца на положительный заряд определяется правилом левой руки: если расположить левую руку так, чтобы вектор магнитной индукции входил в ладонь, а 4 пальца левой руки направить вдоль вектора скорости, то оттянутый на 900 большой палец покажет направление силы Лоренца. Если заряд отрицательный, то направление силы Лоренца противоположно. Св-ва силы Лоренца: 1) она всегда перпендикулярна плоскости, в которой лежат векторы скорости и магнитной индукции, значит перпендикулярна каждому из них; 2)магнитное поле не действует на заряд, движущийся параллельно вектору магнитной индукции, так как в этом случае α=0 и Fл=0; 3) сила Лоренца max, если заряд движется перпендикулярно линиям магнитной индукции (sin 900=1). Благодаря этим св-вам электрический заряд q массой m, влетевший в однородное магнитное поле перпендикулярно линии индукции В, будет двигаться по окружности, поскольку сила Лоренца будет создавать центростремительное ускорение: qvB=mv2/R, тогда R=mv/qB, период и частота вращения не зависят от скорости и определяются св-вами заряда (q/m) и индукцией: T=2πR/v=2πm/qB; v=1/T=qB/2πm. Если заряд влетит под углом 0<α<900, то будет двигаться по винтовой проекции Rв=mvsinα/qB и шагом h=Tvcosα=2πmvcosα/qB.
На проводник с током I длиной l в магнитном поле индукцией В действует сила Ампера FA=IB l sinα, где α – угол между направлением тока и вектором магнитной индукции. Определяется правилом левой руки: если расположить левую руку так, чтобы вектор магнитной индукции входил в ладонь, а 4 пальца направить вдоль вектора тока, то оттянутый на 900 большой палец покажет направление силы Ампера. Св-ва: 1) она всегда перпендикулярна плоскости, в которой лежат векторы силы тока и магнитной индукции, значит перпендикулярна каждому из них; 2)магнитное поле не действует на проводник с током, параллельный вектору магнитной индукции, так как в этом случае α=0 и FА=0; 3) сила Ампера max, если проводник с током расположен перпендикулярно линиям магнитной индукции (sin 900=1).
5. Для чего необходимо знать частоту пропускания усилителя и как ее определить?
Если частотный спектр усиливаемого сигнала полностью попадает в полосу пропускания, то частотные искажения сигнала при усилении незначительны, не влияют на диагностическую ценность кривых и считаются допустимыми. Если же спектр усиливаемого сигнала хотя бы частично выходит за пределы полосы пропускания усилителя, то частотные искажения будут значительны и такой усилитель не пригоден для усиления данного сигнала. Полоса пропускания усилителя – область частот в пределах которой коэф. усиления не ниже 0,7Kmax. Коэф. усиления – отношение амплитуды сигнала на выходе к амплитуде на входе: K=Рвых/Рвх=Uвых/Uвх=Iвых/Iвх.
6. Назовите известные вам методы определения вязкости жидкости. Сопоставьте их достоинства и недостатки.
Вискозиметры – приборы для определения вязкости биологических жидкостей.
Метод Стокса (метод падающего шарика - только в технике, нужен V>1л).
Сила тяжести: F=mg=4/3πr3 p g; Сила Архимеда: FA=4/3πr3 pж g; Сила трения: Fтр=6πηr v.
При достижении равномерного движения сила тяжести становится равной сумме силы трения и силы Архимеда: 4/3πr3 p g=4/3πr3 pж g+6πηr v. Определяем искомую вязкость η=2(р-рж)r2g/9 v.
Скорость движения шарика определяется экспериментально. Для этого измеряют времяt, за которое шарик равномерно проходит в жидкости расстояние L: v =L/t.
Капиллярные методы. Вискозиметр Оствальда. U-образная трубка. Объемы вытекшей эталонной жидкости (воды) и исследуемой жидкости из верхней полости вискозиметра Оствальда объёмом V равны: V=πr4 p0 ght0/8η0L= πr4 p ght/8ηL. Отсюда вязкость исследуемой жидкости η= рt η0/ p 0 t 0.
Для определения вязкости проб крови часто используют вискозиметр Гесса, в котором определяют не время истечения жидкости из капилляра, а расстояние L0и L, на которые перемещаются вода и кровь за одно и тоже время. η=η0L0/L.
Ротационный метод (малое кол-во крови).Этот метод позволяет определить вязкость при различных скоростях сдвига, и поэтому позволяет определить зависимость вязкости от скорости сдвига: η=f(dv/dx). Два цилиндра, внутренний подвешен на нити, внешний может вращаться вокруг своей продольной оси с регулируемой угловой скоростью w. Зазор между цилиндрами наполняют исследуемой жидкостью. Из-за вязкости жидкости при вращении внешнего цилиндра внутренний начинает поворачиваться, достигая равновесия при некотором угле поворота θ=kη w.
Билет 21
1. Генерация потенциала действия. Его форма и характеристики. Рефрактерный период. Распространение потенциала действия по безмиелиновому нервному волокну.
Возбудимость – состояние ткани, клетки отвечать на раздражение активной специфической реакцией (генерацией нервного импульса, сокращением).
Раздражение или стимуляция – процесс воздействия на живой объект внешних факторов, (раздражители – электрический ток, возбуждение при условии I>=Iпор).
Порог возбуждения – min сила раздражителя, необходимая для возникновения возбуждения, (кол-венная мера возбудимости тканей).
Действие раздражителя приводит к изменению мембранного потенциала клетки: фм=ф0+U, где ф0 – потенциал покоя.
Деполяризация – если мембранный потенциал становится выше потенциала покоя, U>0.
Гиперполяризация - ниже потенциала покоя, U<0.
Возбуждение (только при деполяризации) до определенного значения – критический потенциал, Екр.
Потенциал действия - кратковременное изменение мембранного потенциала во времени, которое происходит при возбуждении клетки.
Если сила раздражителя ниже порога возбуждения фм<Екр – подпороговый раздражитель. Нет раздражения, есть локальный ответ, проявляющийся в небольшом изменении мембранного потенциала, не достигающем Екр.
Если фм>=Екр и клетка возбуждается – пороговый раздражитель.
Фаза деполяризации (0,5-1мс). Концентрация Na+ снаружи клетки в десятки раз больше, чем внутри. При достижении Екр в мембране увеличивается проницаемость натриевых каналов и Na+ начинают лавинообразно входить в клетку, быстро повышая мембранный потенциал до фmax. Тогда Na+ накалы закрываются.
Проницаемость мембран аксона кальмара:
В покое РК+:РNa+:РCl- =1:0,04:0,45
В фазе деполяризацииРК+:РNa+:РCl- =1:20:0,45
Фаза реполяризации обусловлена выходом ионов К+ из клетки.
Для нервных волокон: 0,5-1мс; для скелетных мышц: 5-10мс; для сердечной мышцы: 300мс.
Следовой потенциал продолжается до восстановления потенциала покоя клетки и обусловлен изменением проводимости К+ каналов при возбуждении клетки.
Амплитуда потенциала действия равна сумме абсолютных значений потенциала покоя и максимально достигаемого потенциала и составляет 90-120мВ: фд=фmax-ф0. Для каждых клеток она своя.
Рефрактерный период – min время, которое разделяет два последовательных потенциала действия.
Абсолютная рефрактерность – состояние полной не возбудимости мембран.
Относительная рефрактерность – период, когда путем значительного порогового воздействия можно вызвать потенциал действия, хотя его амплитуда будет ниже нормы.
Возбуждение на каком-то участке приводит к полной деполяризации мембраны в этом месте, в результате чего потенциал внутри аксона в этом месте повышается до значения φmax, тог как в невозбужденных участках он остается отрицательным и равным потенциалу покоя φ0. Под действием разности потенциалов (φmax-φ0) между возбужденными и невозбужденными участками аксона в аксоплазме возникает локальный ответ, подобный и снаружи. Локальный токи приводят к изменению концентрации зарядов по обе стороны мембраны. Когда мембранный потенциал достигает величины порогового потенциала возбуждения, натриевые каналы открываются, ионы натрия входят в клетку. Тем временем в раннее возбужденном участке идет процесс реполяризации, обусловленный выходом калия наружу. Увеличение диаметра аксона приводит к снижению электрического сопротивления и увеличению силы локальных токов.
2. Как зависит сопротивление живой ткани от частоты переменного тока? Приведите график, формулу и соответствующую эквивалентную схему. Как определяется коэф. жизнестойкости ткани?
Сопротивление ткани max и равно R1 на постоянном токе (ω=0), а с увеличением частоты импеданс сначала быстро уменьшается, а затем, достигнув некоторого значения Z2, остаётся практически неизменным. Такая зависимость указывает на то, что в живой ткани нет элементов, обладающих индуктивностью, но есть элементы, обладающие св-вами ёмкости. Z=R1 
(R22+XC2)/ ((R1+R2)2+XC2). Емкостное сопротивление ткани XC=1/ωC определяется её диэлектрическими составляющими. На очень высоких частотах сопротивление емкости стремится к нулю и импеданс живой ткани стремится к min значению: Z=R1R2/R1+R2. R1- сопротивление кожи,R2 – сопротивление цитоплазмы, крови. Зависимость импеданса ткани от частоты переменного тока определяется физиологическими особенностями ткани, что позволяет использовать измерения их электропроводимости в биологических и мед. исследованиях. Для живой ткани обычно R1>>R2, поэтому на средних частотах, когда (1/ωC)<<R1, импеданс описывается формулойZ= (R22+(1/ωC)2). Три вида ткани: живая, дефектная, мертвая. Коэф. поляризации (жизнестойкость) ткани К=ZН(v =103)/ZB(v= 106). Для живой ткани К>>1.
3. В чём сущность метода дефибрилляции сердца? Укажите примерные значения параметров используемых при этом электрических импульсов.
Дефибрилляция – воздействие на сердце мощным одиночным импульсом тока длительностью tи=2-5мс,применяется либо при остановке сердца, либо при нерегулируемой аритмии. Один электрод под лопатку, другой на грудь. Напряжение 5-7 кВ, сила тока – 1А. На обнаженном сердце напряжение 1,5-2,5кВ. Мощный кратковременный импульс вызывает одновременное сокращение мышц миокарда.
4. Найдите эквивалентную дозу, полученную организмом при полном бета-распаде в нем фосфора 32Р (период полураспада 14 суток) с начальной активностью 0,3мКи. Эффективная энергия одного бета-распада 0,69МэВ. Масса человека равна 70кг. Считать, что радионуклид из организма не выводится.
14 суток – 120960секунд; 0,3мКи=0,3*10-3*3,7*1010=1,11*107Бк; 0,69МэВ=0,69*106*1,6*10-19=1,104*10-13Дж.
А=0,69N/T; N=АТ/0,69. D=E/m=E1N/m=E1AT/0,69m. k=1.
H=kD=1*1,104*10-13*1,11*107*120960/0,69*70=3,1*10-3Зв.
5. Явление самоиндукции. Энергия магнитного поля.
Рассмотрим замкнутый контур, по которому течет ток I, который создает магнитное поле, индукция И которого пропорциональна силе тока I.B=µµ0I/2r. Магнитный поток Ф через этот контур тоже будет пропорционален силе тока в контуре: Ф=LI, где L – коэф. пропорциональности (коэф. самоиндукции или индуктивность контура), [1Гн=1Вб/А] – индуктивность контура, в котором ток в 1 А создаёт магнитный поток через контур в 1 Вб. Если ток в контуре постоянный, то и магнитный поток Ф постоянный.Но если I контуре изменяется, то и Ф изменяется, в результате в контуре возникает ЭДС самоиндукции:
ЭДСсамоинд=(-dФ/dt)= -L(dI/dt). При быстром замыкании или размыкании цепи величина этой ЭДС может быть очень большой, и вызываемые ею индукционные токи (экстратоки) могут выводить из строя приборы, включенные в эту цепь. Поэтому мощные нагрузки включаются в цепь медленно, через специальные устройства (реостаты). Магнитное поле обладает энергией, которая зависит от силы тока, создающего это магнитное поле, и магнитного потока через контур с током, а также от силы тока и индуктивности контура:Wм=1/2ФI=1/2LI2=Ф2/2L. Электрический ток создаёт магнитное поле, которого определяется силой тока и индуктивностью контура.
6. В широкой части горизонтальной трубы вода (р=1000кг/м3) течет со скоростью 50cм/с (0,5м/с). Определите её скорость в узкой части трубы, если разность статических давлений в широкой и узкой частях равна 1,32кПа.
Всасывающее действие трубы. Уравнение Бернули: р v12/2+P1= р v22/2+P2; v2= (2∆P/ p +v12)=1,7м/с.
Билет 22
1. Волновые свойства электрона, длина волны де-Бройля. Электронная микроскопия. Принципиальное устройство электронного микроскопа. Предел разрешения электронного микроскопа.
Создание электронного микроскопа стало возможным после установления волновых св-в микрочастиц, в том числе и электронов. Началом стало установление корпускулярно-волнового дуализма света, что в итоге привело к установлению волновых св-в микрочастиц и развитию квантовой механики. Ньютон полагал, что свет – это поток частиц, чем объяснял прямолинейность его распространения. Опыты Френеля, Юнга по дифракции и интерференции света доказали, что свет – это волна, характеризующаяся частотой v, периодом Т и длиной волны L=c/v. Планк пришёл к выводу, что тела испускают и поглощают свет маленькими порциями – световыми квантами (фотонами), e=hv, где h=6,63*10-34Дж*с – постоянная Планка. Была доказана двойственная природа света: с одной стороны, свет – электромагнитная волна с частотой v и длиной волны L=c/v, а с другой – поток частиц (фотонов) с энергией е и импульсом р, причем эти характеристики связаны через h: е=h v; p=h/L. Де Бройль предложил, что: микрочастице с импульсом р=mv (имеющей массу и скорость) соответствует некий волновой процесс с длиной волны LБР=h/p=h/mv. Для проверки этой гипотезы взяли электроны, так как их масса хорошо известна, Екин зависит от ускоряющего напряжения U, приложенного между анодом и катодом электронной пушки: 1/2mv2=eU. Умножая обе части уравнения на 2m, найдём зависимость импульса и длины волны де Бройля электронов от ускоряющего напряжения: p=mv= 2meU. LБР=h/mv=h/ 2meU. Наличие у электронов заряда и волновых св-в с малой длины волны позволило создать электронный микроскоп. Все пространство микроскопа находится в высоком вакууме. Катод электронной пушки 1 является источников электронов, которые разгоняются под действием высокого напряжения U анода до необходимой скорости и длины волны де Бройля. Пучок электронов собирается линзой – конденсором на исследуемом образце АВ и после рассеивания на нём электроны проходят последовательно через две электронные линзы 4 и 5, поочередно создающие увеличенные электронные изображения. Затем изображение проецируется на люминесцентный экран 7, преобразующий электронное изображение в видимое. Предел разрешения определяется формулой Аббе: Zэл=0,5LБР/A=h/2А 2meU. Числовая апертура обычно мала А=sin u =0,001, но за сёт высокого ускоряющего напряжения U и малой длиной волны де Бройля предел разрешения может составлять единицы и доли нанометра. Недостаток: сложность приготовления образцов.
Дата добавления: 2015-11-04; просмотров: 23 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |