Поляризация света υ 1 Поляризация света В

Поляризация света υ 1

Поляризация света В естественном свете векторы разных фотонов колеблются во всевозможных направлениях. Такой свет называется неполяризованным. В случае, если колебания светового вектора в луче упорядочены каким-либо образом, то свет называется поляризованным. В частности, если плоскость колебании вектора занимает постоянное положение в пространстве, свет называется плоскополяризованным. Плоскость, в которой происходят колебания светового вектора, называется плоскостью поляризации. 2

Поляризация света E ГПП с E 3

Закон Малюса Интенсивность света, вышедшего из анализатора описывается законом Малюса: I=I 0 cos 2φ, где I 0 – интенсивность плоскополяризованного света, падающего на анализатор; φ - угол между плоскостью поляризации поляризованного света и плоскостью анализатора или угол между главными плоскостями поляризатора и 4 анализатора.

Оптическая активность и закон Био для растворов Δφ=[α] C L где [α] –удельное вращение вещества, C – концентрация ОАВ в растворе. E с ОАВ E L 5

Поляриметр - прибор для измерения Δφ в растворе ОАВ. 6

Сахариметр Этот метод называется поляриметрией. В клинической практике он применяется для количественного определения сахара в моче. Используемый для этого поляриметр называют сахариметром. 7

Тепловое излучение, его характеристики и законы, термография. 8

Тепловое или инфракрасное (ИК) излучение - электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красной границей видимого света (λ = 0, 76 мкм) и коротковолным радиоизлучением (λ = [1 – 2] мм). 9

Основные характеристики теплового излучения Поток излучения (Ф) – это мощность световой волны (измеряется в ваттах – Вт). Энергетическая светимость (R) – это плотность светового потока излучения, испускаемого поверхностью (измеряется в Вт/м 2). 10

Коэффициент поглощения характеризует способность тела поглощать энергию излучения. где Ф 1 – мощность поглощенная, Ф 2 – мощность падающая. 11

Черное тело - тело, коэффициент поглощения которого равен единице для всех частот. Оно поглощает все падающее на него излучение. Черных тел в природе нет, это понятие – физическая абстракция. 12

Серое тело - тело, коэффициент поглощения которого меньше единицы и не зависит от длины волны света, падающего на него. 13

Закон Стефана-Больцмана R(T) = σT 4 - интегральная энергетическая светимость тела, σ = 5, 671· 10– 8 Вт / (м 2 · К 4) – постоянная Стефана – Больцмана - коэффициент поглощения, T - абсолютная температура. 14

Теплоотдача организма Теплообмен происходит посредством теплопроводности, конвекции, испарения и излучения (поглощения). конвенция - 15— 20% испарение - 30% излучение в ИК-диапазоне с λ от 4 до 50 мкм - 50%. 15

Теплоотдача организма Зная температуру человека Т 1 и окружающего воздуха Т 2, можно определить интенсивность теплоотдачи организма за счет излучения I = (Т 14 – Т 24). 16

Теплоотдача организма Тело Хлопчатобумажная ткань Шерсть, шелк Кожа человека α 0, 73 0, 76 0, 90 раздетый человек I = (Т 24 – Т 14) ≈ 82 к. Вт/м 2 в хлопчатобумажной одежде I ≈ 25 к. Вт/м 2 17

Закон Вина Максимальное значение спектральной плотности энергетической светимости дает значение длины волны = b/T, b = 0, 3. 10 – 2 м·К – постоянная Вина Температура поверхности Солнца, определенная из закона Вина составляет около 6000 К. 18

Применение инфракрасного излучения в медицине 19

Применение в медицине инфракрасного излучения (760 нм – 2 мм) Инфракрасное излучение проникает в тело на глубину около 20 мм. Человеческое тело, имеющее температуру 37 о. С, имеет максимум спектральной плотности в инфракрасной области на длине волны 9– 10 мкм. Лечебное (физиотерапевтическое) применение инфракрасного излучения основано на его тепловом действии, за счет активизации деятельности терморегулирующей системы и усиления кровоснабжения облученного участка. 20

Применение инфракрасного излучения Для лечения используют специальные лампы (соллюкс - лампы). 21

Термография Излучательную способность человеческого тела используют для диагностики в термографии, в которой регистрируют излучение разных участков тела. Опухоль и воспаление имеет температуру отличную от здоровых органов. Температура вен и конечностей зависит от скорости кровотока. Приборы, принимающие тепловое излучение жидко-кристаллические индикаторы и тепловизоры, основу которых составляют электроннооптические преобразователи. 22

Термография 23

Основы квантовой механики Квантовая гипотеза Макса Планка (1900): любая энергия E поглощается или испускается только дискретными порциями, которые состоят из целого числа квантов. E =hν h=6, 626· 10 -34 Дж·c – постоянная Планка, ν – частота колебаний для излучения. 24

Планетарная модель атома 25

Корпускулярно-волновой дуализм • В ряде экспериментов свет ведет себя как волна, однако, в некоторых – как поток частиц. С другой стороны, многие элементарные частицы в некоторых экспериментах проявляют волновые свойства. Тогда о потоке частиц (корпускул) говорят как о волне де Бройля. 26

Корпускулярно-волновой дуализм • Опыты с фотоэффектом показывают, что свет ведет себя не как волна, а как поток отдельных частиц – фотонов, которые образуются при излучении, летят в каком-то направлении и, поглощаясь целиком, отдают свою энергию другой частице. Но если фотон ведет себя как частица, то он должен иметь определенный импульс: • Если в этом выражении c/ν=λ, то P=h/λ, где λ – длина волны де Бройля. 27

Соотношение неопределенности Гейзенберга Рх x >ћ, где x – неопределенность по координате х; Рх – неопределенность х–вой составляющей импульса, ћ = h/(2 ). • Соотношение Гейзенберга связано с невозможностью полного устранения влияния процесса измерения на измеряемые величины. 28

Постулаты Бора 1) Атомная система может находиться только в особых стационарных или квантовых состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия En. В стационарных состояниях атом не излучает. 2) При переходе атома из одного квантового состояния в другое атом испускает или поглощает квант электромагнитного излучения (фотон). hν = Em – Ek, 29

Излучение и поглощение Еm - излучение Еk< Еm Еk Еk< Еm Еm - поглощение Еk

Спектр - зависимость интенсивности, определяемой энергией квантовых переходов, или молярного коэффициента поглощения излучаемого света от длины волны. По виду спектра можно идентифицировать атомы и молекулы, а по интенсивности спектральных линий можно проводить количественный спектральный анализ с концентрацией до 10– 6 % в образцах малой массы (10– 5 г). 31

Спектры излучения и поглощения (по типу вещества) I I I а) – сплошной, б) – полосатый, с) – линейчатый спектры 32

Спектроскопия В зависимости от частоты фотона испускаемого или поглощаемого атомом или молекулой классифицируют следующие виды спектроскопии: радиоспектроскопия (спектр ядерного магнитного резонансного поглощения вещества – ЯМР), инфракрасная, видимого излучения, ультрафиолетовая и рентгеновская. 33

Спектроскопия В медицине эмиссионный спектральный анализ используют для определения микроэлементов в тканях организма, малых концентраций атомов тяжелых металлов в консервированных продуктах, некоторых видов ядов в трупных тканях для целей судебной медицины. 34

35

спектр поглощения суспензии эритроцитов спектр поглощения кожи человека - монохроматический молярный показатель поглощения 36

Лазеры Физической основой работы лазера служит явление вынужденного (индуцированного) излучения 37

Индуцированное излучение Атом, с электроном на более E E 2 высоком энергетическом E 2 m уровне, способен излучить фотон под действием другого E 1 фотона без его поглощения, если энергия этого фотона равняется разности энергий уровней атома до и после излучения. При этом излучённый (индуцированный) фотон является «точной копией» фотону, вызвавшему излучение. Таким образом происходит усиление света. 38

Устройство лазера 1 2 3 5 4 1 устройство накачки; 2 рабочее тело; 3 и 4 резонатор; 5 ось рабочего тела. 39

Принципы работы лазера В состоянии термодинамического равновесия электроны в атомах, преимущественно находятся на низких энергетических уровнях. Поэтому сначала применяется «накачка» , переводящая электроны в большинстве атомов на более высокий энергетический уровень. Затем часть электронов возвращаются на низкий энергетический уровень, спонтанно излучая фотоны. 40

Принципы работы лазера Часть этих фотонов полетят вдоль оси рабочего тела лазера. Наталкиваясь на атомы, с электроном на высоком энергетическом уровне, эти фотоны будут генерировать индуцированное излучение, свет будет усиливаться. Благодаря резонатору, возвращающему световой поток в рабочее тело, свет усиливается многократно. Поэтому лазерный луч имеет высокую интенсивность. 41

Свойства лазерного излучения • монохроматичность, т. е. кванты этого излучения имеет одинаковую энергию (и частоту); • когерентность, т. е. фотоны в излучении имеют одинаковую фазу электромагнитных колебаний; • поляризованность, т. е. фотоны имеют одну плоскость поляризации; • малый угол расходимости лазерного луча. 42

Преимущества лазерного скальпеля а) лазерный скальпель бесконтактен, что исключает опасность попадания инфекции в зону действия; б) лазерный луч стерилизует рану; в) он обладает гемостатическим действием, вызывая коагуляцию в мелких кровеносных сосудах; г) он действует только в точке фокусировки прилегающие ткани повреждаются меньше. 43

Применение лазеров в медицине • Хирургия (микрохирургия, офтальмология, косметическая хирургия и т. д. ) • Лазерная терапия 44

Применение лазера в хирургии основано на том, что его излучение имеет малый угол расходимости и поэтому может обладать высокой интенсивностью, до 105 Вт/м 2. При воздействии луча такой интенсивности на биологическую ткань, тепло не успевает отводиться от точки действия. В результате происходит взрывное испарение тканевой жидкости, сгорание органических и неорганических веществ, что обеспечивает прожигание (разрезание) ткани. 45

Применение лазерной терапии • стимуляция процессов в органах и тканях, • противовоспалительное действие (при стоматитах и артритах), • ускорение регенерации повреждённых тканей (при трофических язвах, ожоговых ранах и в послеоперационный период), • улучшение кровоснабжения органов и тканей. 46

Применение лазеров в биологических исследованиях основано на явлении дифракции лазерного излучения на микроструктурах. По возникающей дифракционной картине можно определить размеры этих микроструктур. Например, используя мазок крови, измеряют средний диаметр эритроцитов. 47