Дифракция на эритроците, наблюдаемая с помощью гелий-неонового лазера. Определение размера эритроцита.

В данной работе в качестве объекта исследования используется мазок крови. Структурными элементами, на которых происходит дифракция, являются эритроциты. Наблюдаемая на экране дифракционная картина представляет собой систему колец.

Точный расчет приводит к следующим выражениям для угловых положений максимумов освещенности в дифракционной картине:

sin₁= 1,64  /d;

sin₂= 2,68  /d;

- длина волны лазера, d- диаметр эритроцита:k= 1, 2, 3... - номер cветлого кольца.

Формулы для оценки диаметра эритроцита по первому и второму светлому кольцам записывается следующим образом:

Порядок выполнения работы такой же, как в предыдущем разделе.

1. Необходимо измерить пять раз радиус второго светлого кольца a₂ и расстояние от пластины с мазком крови и экраномb.Результаты занести в таблицу 2:

Таблица 2

Номер опыта	b, м	a, м	dd, м
1
2
3
4
5

2. Рассчитать период двумерной решетки d, оценить погрешность измерения.

3. Сравните полученную величину с известными размерами эритроцита. Т. к. период двумерной решетки (мазок крови на стекле) представляет собой размер высушенного эритроцита (s) и пространство между эритроцитами (r) (рис.2), то оцените количество эритроцитов в 1 мм². Для этого площадь в 1 мм²нужно разделить на площадь прямоугольникаd².

Рис.2. Электронная фотография эритроцитов на стеклянной пластинке. Хорошо видно, что эритроциты на пластинке представляют собой двумерную решетку с периодом:

d=s+r,

где s- средний диаметр эритроцита,r– среднее расстояние между эритроцитами..

Полученные численные оценки длины волны лазерного излучения, размеров эритроцитов, их количества в единице площади и сравнение с литературными данными запишите в выводе.

Лабораторная работа 14. Определение длины волны излучения гелий-неонового лазера с помощью дифракционной решетки. Определение размеров эритроцитов с помощью дифракции лазерного излучения на мазке крови.

Электромагнитные волны

Обобщая результаты опытов X. К. Эрстеда по воздействию электрического тока на магнитную стрелку, опытов Фарадея поэлектромагнитной индукции и других фактов, Максвелл создал в рамках классической физики теорию электромагнитного поля.

В основе теории Максвелла лежат два положения: а) всякое переменное электрическое поле порождает магнитное и б) всякое переменное магнитное поле порождает электрическое (явление электромагнитной индукции).

Взаимное образование электрических и магнитных полей приводит к понятию электромагнитной волны — распространение единого электромагнитного поля в пространстве.

Если распространение плоской механической волны описывалось одним уравнением (5.48), то распространение плоской электромагнитной волны описывается двумя уравнениями — соответственно для электрической и магнитной компонент единого электромагнитного поля:

(14.51)

здесь Е и В соответственно напряженность электрического поля и магнитная индукция,Е_m и В_m — их амплитудные значения.

Векторыи(скорость распространения волны) взаимноперпендикулярны (см. рис. 14.17).

В теории Максвелла было получено выражение для скорости распространения электромагнитной волны

(14.52)

где - скорость света в вакууме,  и  — соответственно диэлектрическая и магнитная проницаемости,₀ и ₀ — соответственно электрическая и магнитная постоянные.

Таким образом, скорость распространения электромагнитных волн равна скорости света. Это послужило основанием для создания Максвеллом электромагнитной теории света.

Сопоставляя (14.52) и выражение для показателя преломления п = с/, можно установить связь между п и диэлектрической и магнитной проницаемостями:

(14.53)

Объемная плотность энергии электромагнитного поля складывается из объемных плотностей энергии электрического (12.46) имагнитного(13.8) полей:

(14.54)

Электрическая и магнитная составляющие электромагнитного поля в диэлектрике энергетически равноправны, поэтому

(14.55)

тогда для объемной плотности энергии можно записать несколько выражений:

(14.56)

Подставляя в (14.56) выражение (14.51), получаем

(14.57)

Усредняя по времени (за период) выражение (14.57) и учитывая, что среднее значение получаем выражение для среднего значения объемной плотности энергии электромагнитной волны:

(14.58)

Плотность потока энергии волн (интенсивность волны) получим из общей формулы (5.54), подставляя в нее (14.58) и (14.52):

(14.59)

На основании (14.56) можно получить Если подставить это выражение в (14.59), то получим:

(14.60)

Как видно, интенсивность электромагнитной волны пропорциональна квадрату амплитуды напряженности электрического поля. Заметим, что аналогичная связь между интенсивностью и амплитудой существует и для механических волн [см. (5.56)].