- •Вопросы теории (исходный уровень):
- •Лабораторная работа №17 Определение длины волны излучения гелий-неонового лазера с помощью дифракционной решетки.
- •Дифракция на эритроците, наблюдаемая с помощью гелий-неонового лазера. Определение размера эритроцита.
- •14.7. Шкала электромагнитных волн. Классификация частотных интервалов, принятая в медицине
- •Интерференция и дифракция света. Голография
- •§ 19.1. Когерентные источники света. Условия для наибольшего усиления и ослабления волн
- •§ 19.2. Интерференция света в тонких пластинках (пленках). Просветление оптики
- •19.3. Интерферометры и их применение. Понятие об интерференционном микроскопе
- •19.4. Принцип Гюйгенса—Френеля
- •19.5. Дифракция на щели в параллельных лучах
- •19.6. Дифракционная решетка. Дифракционный спектр
- •19.7. Основы рентгеноструктурного анализа
- •19.8. Понятие о голографии и ее возможном применении в медицине
- •Основы устройства и работы лазеров
- •Классификация лазеров.
- •Гелий-неоновый лазер.
- •Рубиновый лазер.
- •Молекулярный лазер на двуокиси углерода (co2-лазер).
- •Биофизические основы действия лазерного излучения на организм. Использование низкоинтенсивных лазеров в медицине.
- •Использование высокоинтенсивного лазерного излучения в медицине. Лазерная хирургическая установка "ромашка -1".
- •Безопасность при эксплуатации лазерных установок.
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:
sin1= 1,64 /d;
sin2= 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 |
dd, 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,Еm и Вm — 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)].