101.Формула Аббе.Значение апертурного угла. Ультрафиолетовый микроскоп. Иммерсионные системы. Полезное увеличение. Специальные приемы микроскопии.

Аббе, взяв в качестве предмета дифракционную решетку, показал, что предел разрешения равен периоду решетки Z = d. Используя формулу дифракционной решетки d= / sin, получим

Z = / sin( /2)

при перпендикулярном падении света на предмет и

Z = / 2sin( /2) (1)

(при наклонном освещении), где  - апертурный угол - половина угла, образованного крайними лучами, попадающими в изображение от одной точки предмета.

Как видно из формулы (1), один из способов уменьшения предела разрешения микроскопа - использование света с меньшей длиной волны. В связи с этим применяют ультрафиолетовый микроскоп, в котором микрообъекты исследуются в ультрафиолетовых лучах. Принципиальная схема оптическая такого микроскопа аналогична схемам обычного микроскопа. Основное отличие заключается, во-первых, в использовании оптических устройств, прозрачных для УФ света, и, во-вторых, в особенности получения изображения. Т.к. глаз непосредственно не воспринимает этого излучения, то употребляются фотопластинки, люминесцентные экраны или электронно-оптические преобразователи.

Иммерсионные системы

Дальнейшим усовершенствованием микроскопа явилось применение иммерсионного объектива. Так называют объектив, у которого пространство между предметом (покровным стеклом препарата) и входной линзой заполняется жидкой средой - иммерсией - с показателем преломления, близким к стеклу, например, глицерином (n = 1,45) или монобромнафталином (n = 1,65). При иммерсионном объективе, во-первых, значительно увеличивается яркость изображения и, во-вторых, повышается разрешающая способность микроскопа.

При иммерсии свет от предмета до объектива проходит по оптически однородной среде и не дает потерь на отражение. Это значительно повышает яркость изображения, что имеет существенное значение особенно для микроскопа с большим увеличением.

Полезное увеличение

Таким образом, в оптическом микроскопе разрешаются объекты размером не менее 0,2 - 0,3 мкм. Для того, чтобы эти объекты были различимы также и глазом, увеличение К_м микроскопа должно быть не меньше величины, определяемой соотношением пределов разрешения Z_глаза и микроскопа Z_м: K_m = Z_гл / Z_м , подставляя в эту формулу значение Z, получим

K_m = 2A Z_гл / .

Специальные приемы микроскопии:

измерение размеров малых объектов,

микропроекция, микрофотография,

метод фазового контраста,

метод темного поля (ультрамикроскопия).

103.Основные характеристики теплового излучения. Энергетическая светимость, спектральная плотность энергетической светимости, монохроматический коэффициент поглощения. Абсолютно чёрное, серое и другие тела. Тепловое излучение- это электромагнитное излучение, возбуждаемое за счёт энергии теплового движения атомов и молекул.Если излучающее тело не получает теплоты извне, то оно охлаждается и его внутренняя энергия уменьшается до средней энергии теплового движения частиц окружающей среды. Тепловое излучение свойственно всем телам при температурах выше абсолютного нуля Характеристиками теплового излучения являются поток излучения, энергетическая светимость, спектральная плотность энергетической светимости, коэффициент поглощения.Потоком излучения Ф (лучистым потоком) называют среднюю мощность излучения за время, значительно большее периода световых колебаний: В си поток в Вт. Поток излучения, отнесённый к единице поверхности, называют энергетической светимостью R (плотность лучистого потока):

Единицей измерения энергетической светимости в СИ является 1 Вт/м².

Нагретое тело излучает электромагнитные волны различной длины. Выделим небольшой интеграл длин волн от  до  + d. Энергетическая светимость, соответствующая этому интервалу, пропорциональна ширине интервала: где r_ - спектральная плотность энергетической светимости тела,Способность тела поглощать лучистую энергию характеризуют коэффициентом поглощения, равным отношению потока излучения, поглощённого данным телом, к потоку излучения, упавшего на него.

. Коэффициент поглощения зависит от длины волны, поэтому для монохроматических потоков вводят понятие монохроматического коэффициента поглощения: . Тело, коэффициент поглощения которого равен единице для всех частот, называют абсолютно чёрным. Тело, коэффициент поглощения которого меньше единицы и не зависит от длины волны света, падающего на него, называют серым. 104. Тепловое излучение тел. Законы Кирхгофа Между спектральной плотностью энергетической светимости (испускательной способностью) и монохроматическим коэффициентом поглощения тел (поглощательной способностью) существует определённая связь, которая была установлена экспериментально в 1895 году Г. Кирхгофом.Закон Кирхгофа: для всех тел, независимо от их природы, отношение спектральной плотности энергетической светимости к монохроматическому коэффициенту поглощения при одной и той же температуре и одних и для тех же длин волн есть универсальная функция от длины волны и температуры, то есть: Для абсолютно чёрного тела _т = 1, тогда:

105.Тепловое излучение тел. Стефана-Больцмана. Закон Стефана-Больцмана: энергетическая светимость абсолютно чёрного тела пропорциональна четвёртой степени его абсолютной температуры. где =5,6710^-8 Вт/м²град⁴ – постоянная Стефана –Больцмана. Для серых тел закон Стефана-Больцмана имеет вид: где - коэффициент поглощения серого тела на отрезке длин волн. С увеличением температуры площадь под кривой спектральной плотности энергетической светимости увеличивается согласно закону Стефана-Больцмана. 106. Тепловое излучение тел. Вина Закон смещения Вина: длина волны, соответствующая максимуму излучения абсолютно черного тела, обратно пропорциональна его абсолютной температуре: где b=0.2897910^-2 мград – постоянная Вина.Закон Вина выполняется и для серых тел. Проявление закона Вина - при комнатной температуре тепловое излучение тел, в основном, приходится на ИК область и человеческим глазом не воспринимается. При повышении температуры тела начинают светиться тёмно-красным светом, а при очень высокой температуре с голубоватым оттенком.Законы Стефана-Больцмана и Вина позволяют, измеряя излучение тел, определять их температуры (оптическая пирометрия). 107. Тепловое излучение тел. Формула Планка. Для определения вида функции _т понадобилось совершенно новые идеи о механизме испускания света. В 1900 году М. Планк высказал гипотезу, что поглощение и испускание энергии электромагнитного излучения атомами возможно только отдельными “порциями”, которые получили название квантов энергии. Величина кванта энергии : где h = 6,625  10^-34 джсек и называется постояннойПланка 108. Законы теплового излучения, область их применения. Использование тепловидения и термографии в медицине. Закон смещения Вина: длина волны, соответствующая максимуму излучения абсолютно черного тела, обратно пропорциональна его абсолютной температуре: где b=0.2897910^-2 мград.Закон Стефана-Больцмана: энергетическая светимость абсолютно чёрного тела пропорциональна четвёртой степени его абсолютной температуры. где =5,6710^-8 Вт/м²град⁴. Закон Кирхгофа: для всех тел, независимо от их природы, отношение спектральной плотности энергетической светимости к монохроматическому коэффициенту поглощения при одной и той же температуре и одних и для тех же длин волн есть универсальная функция от длины волны и температуры, то есть: Для абсолютно чёрного тела _т = 1, тогда: У здоровых людей распределение температуры по различным точкам поверхности тела достаточно характерно.Однако воспитательные процессы,опухоли могут изменить местную температуру.Температура вен зависит от состояния кровообращения,а также от охлаждения или нагревания конечностей.

109.Электромагнитные волны, шкала электромагнитных волн. ИнтерференцияСвета. 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, то распространение плоской электромагнитной волны описывается двумя уравнениями — соответственно для электрической и магнитной компонент единого электромагнитного поля: здесь Е и В соответственно напряженность электрического поля и магнитная индукция, Е_m и В_m — их амплитудные значения.Выражение для скорости распространения электромагнитной волны:

где - скорость света в вакууме,  и  — соответственно диэлектрическая и магнитная проницаемости, ₀ и ₀ — соответственно электрическая и магнитная постоянные.Т.о, скорость распространения электромагнитных волн равна скорости света. Вся шкала условно подразделена на шесть диапазонов: радиоволны (длинные, средние и короткие), инфракрасные, видимые, ультрафиолетовые, рентгеновские волны и гамма-излучение. Эта классификация определяется либо механизмом образования волн, их частотой, либо возможностью их зрительного восприятия человеком.Под интерференцией света понимают такое сложение световых волн,в рез-те кот образ устойчивая картина их усиленияи ослабления. 110.Электромагнитные волны, шкала электромагнитных волн. Дифракция света. 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, то распространение плоской электромагнитной волны описывается двумя уравнениями — соответственно для электрической и магнитной компонент единого электромагнитного поля: здесь Е и В соответственно напряженность электрического поля и магнитная индукция, Е_m и В_m — их амплитудные значения.Выражение для скорости распространения электромагнитной волны:

где - скорость света в вакууме,  и  — соответственно диэлектрическая и магнитная проницаемости, ₀ и ₀ — соответственно электрическая и магнитная постоянные.Дифракцией света назыв явление отклонения света от прямолинейного распространения в среде с резкими неоднородностями.Возможность наблюдения дифракции зависит от соотношения длины волны и размеров неоднородностейРазличают дифракцию сферических волн(дифракция Френеля) и дифракцию плоскопараллельных волн(дифр Фраунгофера).