Чем определяется Поляризация электромагнитных волн.
1/Чем определяется поляризация электромагнитных волн? Укажите ее основные виды, степень поляризации. Опишите основные методы получения линейного поляризованного света.
В электромагнитной волне векторы напряженности электрического поля Е, индукции магнитного поля В и вектор скорости волны vобразуют взаимно перпендикулярную правую тройку векторов.
Плоскость наблюдения – плоскость, перпендикулярная направлению распространения волны, при этом свет должен распространяться к наблюдателю. Плоскость поляризации – плоскость, в которой колеблется световой вектор. Поляризация электромагнитной волны зависит от поведения её электрического и магнитного полей в пространстве при распространении волны и определяется видом той кривой, которую описывает электрический вектор волны за один период колебания в плоскости наблюдения.
Линейная (плоская) поляризация – проекция вектора Е на плоскость наблюдения имеет вид отрезка.
Круговая (циркулярная) поляризация – вектор Е за один период волны делает полный оборот вокруг направления распространения волны, длина постоянная. Вращение по часовой стрелке – правая круговая, против – левая круговая. Эллиптическая - вектор Е за один период волны делает полный оборот вокруг направления распространения волны, длина изменяется таким образом, что образует эллипс.
Естественный свет – свет, испускаемый обычными источниками – солнце, пламя, лампочка- неполяризованный. Его можно рассматривать как совокупность множества линейно поляризованных волн с одинаковыми амплитудами и всеми возможными ориентациями вектора Е в плоскости наблюдения.
Частично поляризованный свет можно рассматривать как совокупность линейно поляризованного и естественного света или как совокупность множества линейно поляризованных волн с различными направлениями вектора Е, амплитуда которого неодинакова в различных направлениях – эллипс.
Степень поляризации р – параметр, позволяющий провести кол-венное описание частично поляризованного света, который может принимать значения от 0 до 1.
р=(Imax-Imin)/(Imax+Imin)= 0 – естественный свет(неполяризованный), Imax=Imin; 1-линейно поляризованный свет, Imin=0; <1- частично поляризованный свет.
Методы получения поляризованного света:
Поляризация света при отражении от диэлектрика (стопка пластинок). Если световой вектор Е параллелен плоскости падения, изображается чертой. Если падающий свет не поляризован, то отраженная и преломлённая волны будут частично поляризованы. Степень их поляризации будет зависеть от угла падения αБР (угол полной поляризации). tg αБР=n2/n1. Возрастает с увеличением угла Брюстера.
Изотропные среды –среды, св-ва которых одинаковы по всем направлениям, анизотропные – среды, св-ва которых не одинаковы в различных направлениях.
Оптическая анизотропия характерна для кристаллов. В них всегда есть одно или два направления, в которых скорость света одинакова для волн любой поляризации – оптические оси (одноосные или двуосные).Главная плоскость кристалла- плоскость, содержащая оптическую ось кристалла и световой луч, распространяющийся в нём. Плоскополяризованная волна – обыкновенная, если скорость ее распространения одинакова во всех направлениях, показатель преломления n0=c/v0. У обыкновенной волны плоскость колебаний электрического вектора всегда перпендикулярна главной плоскости кристалла. Необыкновенная, если скорость распространения различна в разных направлениях, nе=c/vе. Плоскость колебаний электрического вектора Е всегда ll главной плоскости кристалла.
Явление двулучепреломления. Если на кристалл под углом α падает естественный свет, то возникают два преломлённых луча. Углы преломления обыкновенной и необыкновенной волн будут разными из-за разных значений показателя преломлений: sinβ0=sinα/n0; sinβе=sinα/nе. Широко используется для создания прозрачных поляризационных призм, основная задача который состоит в том, чтобы пропустить через кристалл только одну из линейно поляризованных вон и не пропустить другую.
Призма Николя из кристалла исландского шпата, n0-nе=0,017. Призма распиливается, полируется и склеивается канадским бальзамом. Обыкновенный луч падает на склейку (n0>nб) и полностью отражается, а затем поглощается черной краской. Необыкновенный луч падает на склейку из оптически менее плотной среды в наиболее плотную (nе<nб) и почти полностью проходит через склейку.
Дихроизм поглощения – зависимость показатель поглощения среды от поляризации волны. В поглощающих средах интенсивность света уменьшается по закону Бугера: I=I0e-kx. Показатели поглощения для обыкновенной и необыкновенной различны: k0≠ke. Можно подобрать такую толщину кристалла Х, что одна из этих волн практически полностью поглотится кристаллом, а другая выйдет из него. Природные кристаллы – турмалин толщиной 1мм, искусственно выращиваемый – герапатит 0,1мм – они являются поляроидами.
2/В чём сущность метода дефибрилляции сердца? Укажите примерное значение 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.
3/Объясните образование спектров характеристического рентгеновского излучения.
При высоких напряжениях на рентгеновской трубке на фоне сплошного спектра тормозного рентгеновского излучения появляются узкие линии, которые соответствуют характеристическому излучению. Оно возникает из-за выбивания электронов из внутренних оболочек атомов (эффект Оже). Спектр характеристического излучения состоит из отдельных групп узких линий, образующих спектральный R-серии, которые соответствуют переходам электронов с верхних слоёв на одну и ту же внутреннюю оболочку атомов. Оболочки: K,L,M,N. Частоты v линий характеристического излучения зависят от порядкового номера элемента Z по закону Мозли: √v=А(Z-B), где А и В постоянные, зависящие от вида R-серии. Характеристические спектры атомов не зависят от хим. Окружения и всегда одинаковы для данного вида атомов. На этом основан рентгеновский спектральный анализ – по измеренным частотам излучения образца определяют его элементный состав на основании соотношения.
4/Приведите формулу для расчёта работы сердца. Оцените соотношение составляющих работы сердца по преодолению статического давления крови и сообщению крови кинетической энергии движения.
Работа сердца складывается из работы левого и правого желудочков: А=Ал +Апр; Апр=0,2Ал; А=1,2Ал.
Работа левого желудочка при выбросе крови в аорту затрачивается: на преодоление сил давления крови в сосудистой системе (статический компонент Аст) и на сообщение крови Екин.
Статический компонент Аст=Pср*Vс=0,8Дж, где Рср – среднее давление крови в аорте: Рср=100мм.рт.ст. =13,3кПа; Vc – систолический объем крови в покое: Vc=60мл=6*10-5м3.
Кинетический компонент Акин=mv2/2=( pVcv2)/2=0,008Дж, где р – плотность крови (=1,05*10-3кг/м3); v – линейная скорость крови в аорте (=0,5 м/c); Vc – систолический объём крови в покое.
Работа сердца за одно сокращение А=1,2 (Pср*Vс+ ( pVcv2)/2))= 1Дж. Работа за сутки =86400Дж.
Средняя мощность сердца за время одного сокращения: W=А/tсистолы=1/0,3Дж=3,3Вт.
5/Какие факторы определяют естественный радиационный фон. Каково его среднее значение?
Естественный радиационный фон – излучение, создаваемое космическими лучами и естественными радиоактивными в-вами, содержащимися в окружающей среде и теле человека.
Первичные космические лучи состоят из протонов и α-частиц высоких энергий (до 1014МэВ), падающих в земную атмосферу из космического пространства и проникающих до высоты около 20км над уровнем моря. В результате их взаимодействия с ядрами атомов, входящих в состав земной коры, образуется вторичное космическое излучение. За счёт космического излучения человек получает эффективную эквивалентную дозу 0,31мЗв в год. В земной коре содержится ряд долгоживущих радионуклидов, которые при своём распаде также радиоактивны. Более 60 радионуклидов, содержащихся в биосфере Земли, увеличивает фоновую дозу внешнего облучения в среднем до 0,65 мЗв в год. Средняя мощность фоновой экспозиционной дозы в Беларуси составляет в норме 10-12мкР/ч.
Внутреннее облучение – создаётся радионуклидами, поступающими в организм с пищей, воздухом, водой. Среди естественных радионуклидов наибольшее значение имеют 40К,14С,226Ra, 220Rn, 222Rn. Эффективная эквивалентная доза внутреннего облучения 1,35мЗв в год. Среднемировая суммарная эквивалентная доза от естественных источников радиации 2мЗв в год.
6/Показатель преломления одного водного р-ра в-ва равен 1,38, а второго р-ра этого же в-ва 1,43. Во сколько раз различаются концентрации р-ров, если для воды n=1,33?
n1=n0+kC, C= n1-n0=1,38-1,33=0,05; n2= n0+kC, C= n2-n0=1,43-1,33=0,1
C2/C1=0,1/0,05=2 раза. Ответ: в 2 раза.
В электромагнитной волне векторы напряженности электрического поля Е, индукции магнитного поля В и вектор скорости волны vобразуют взаимно перпендикулярную правую тройку векторов.
Плоскость наблюдения – плоскость, перпендикулярная направлению распространения волны, при этом свет должен распространяться к наблюдателю. Плоскость поляризации – плоскость, в которой колеблется световой вектор. Поляризация электромагнитной волны зависит от поведения её электрического и магнитного полей в пространстве при распространении волны и определяется видом той кривой, которую описывает электрический вектор волны за один период колебания в плоскости наблюдения.
Линейная (плоская) поляризация – проекция вектора Е на плоскость наблюдения имеет вид отрезка.
Круговая (циркулярная) поляризация – вектор Е за один период волны делает полный оборот вокруг направления распространения волны, длина постоянная. Вращение по часовой стрелке – правая круговая, против – левая круговая. Эллиптическая - вектор Е за один период волны делает полный оборот вокруг направления распространения волны, длина изменяется таким образом, что образует эллипс.
Естественный свет – свет, испускаемый обычными источниками – солнце, пламя, лампочка- неполяризованный. Его можно рассматривать как совокупность множества линейно поляризованных волн с одинаковыми амплитудами и всеми возможными ориентациями вектора Е в плоскости наблюдения.
Частично поляризованный свет можно рассматривать как совокупность линейно поляризованного и естественного света или как совокупность множества линейно поляризованных волн с различными направлениями вектора Е, амплитуда которого неодинакова в различных направлениях – эллипс.
Степень поляризации р – параметр, позволяющий провести кол-венное описание частично поляризованного света, который может принимать значения от 0 до 1.
р=(Imax-Imin)/(Imax+Imin)= 0 – естественный свет(неполяризованный), Imax=Imin; 1-линейно поляризованный свет, Imin=0; <1- частично поляризованный свет.
Методы получения поляризованного света:
Поляризация света при отражении от диэлектрика (стопка пластинок). Если световой вектор Е параллелен плоскости падения, изображается чертой. Если падающий свет не поляризован, то отраженная и преломлённая волны будут частично поляризованы. Степень их поляризации будет зависеть от угла падения αБР (угол полной поляризации). tg αБР=n2/n1. Возрастает с увеличением угла Брюстера.
Изотропные среды –среды, св-ва которых одинаковы по всем направлениям, анизотропные – среды, св-ва которых не одинаковы в различных направлениях.
Оптическая анизотропия характерна для кристаллов. В них всегда есть одно или два направления, в которых скорость света одинакова для волн любой поляризации – оптические оси (одноосные или двуосные).Главная плоскость кристалла- плоскость, содержащая оптическую ось кристалла и световой луч, распространяющийся в нём. Плоскополяризованная волна – обыкновенная, если скорость ее распространения одинакова во всех направлениях, показатель преломления n0=c/v0. У обыкновенной волны плоскость колебаний электрического вектора всегда перпендикулярна главной плоскости кристалла. Необыкновенная, если скорость распространения различна в разных направлениях, nе=c/vе. Плоскость колебаний электрического вектора Е всегда ll главной плоскости кристалла.
Явление двулучепреломления. Если на кристалл под углом α падает естественный свет, то возникают два преломлённых луча. Углы преломления обыкновенной и необыкновенной волн будут разными из-за разных значений показателя преломлений: sinβ0=sinα/n0; sinβе=sinα/nе. Широко используется для создания прозрачных поляризационных призм, основная задача который состоит в том, чтобы пропустить через кристалл только одну из линейно поляризованных вон и не пропустить другую.
Призма Николя из кристалла исландского шпата, n0-nе=0,017. Призма распиливается, полируется и склеивается канадским бальзамом. Обыкновенный луч падает на склейку (n0>nб) и полностью отражается, а затем поглощается черной краской. Необыкновенный луч падает на склейку из оптически менее плотной среды в наиболее плотную (nе<nб) и почти полностью проходит через склейку.
Дихроизм поглощения – зависимость показатель поглощения среды от поляризации волны. В поглощающих средах интенсивность света уменьшается по закону Бугера: I=I0e-kx. Показатели поглощения для обыкновенной и необыкновенной различны: k0≠ke. Можно подобрать такую толщину кристалла Х, что одна из этих волн практически полностью поглотится кристаллом, а другая выйдет из него. Природные кристаллы – турмалин толщиной 1мм, искусственно выращиваемый – герапатит 0,1мм – они являются поляроидами.
2/В чём сущность метода дефибрилляции сердца? Укажите примерное значение 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.
3/Объясните образование спектров характеристического рентгеновского излучения.
При высоких напряжениях на рентгеновской трубке на фоне сплошного спектра тормозного рентгеновского излучения появляются узкие линии, которые соответствуют характеристическому излучению. Оно возникает из-за выбивания электронов из внутренних оболочек атомов (эффект Оже). Спектр характеристического излучения состоит из отдельных групп узких линий, образующих спектральный R-серии, которые соответствуют переходам электронов с верхних слоёв на одну и ту же внутреннюю оболочку атомов. Оболочки: K,L,M,N. Частоты v линий характеристического излучения зависят от порядкового номера элемента Z по закону Мозли: √v=А(Z-B), где А и В постоянные, зависящие от вида R-серии. Характеристические спектры атомов не зависят от хим. Окружения и всегда одинаковы для данного вида атомов. На этом основан рентгеновский спектральный анализ – по измеренным частотам излучения образца определяют его элементный состав на основании соотношения.
4/Приведите формулу для расчёта работы сердца. Оцените соотношение составляющих работы сердца по преодолению статического давления крови и сообщению крови кинетической энергии движения.
Работа сердца складывается из работы левого и правого желудочков: А=Ал +Апр; Апр=0,2Ал; А=1,2Ал.
Работа левого желудочка при выбросе крови в аорту затрачивается: на преодоление сил давления крови в сосудистой системе (статический компонент Аст) и на сообщение крови Екин.
Статический компонент Аст=Pср*Vс=0,8Дж, где Рср – среднее давление крови в аорте: Рср=100мм.рт.ст. =13,3кПа; Vc – систолический объем крови в покое: Vc=60мл=6*10-5м3.
Кинетический компонент Акин=mv2/2=( pVcv2)/2=0,008Дж, где р – плотность крови (=1,05*10-3кг/м3); v – линейная скорость крови в аорте (=0,5 м/c); Vc – систолический объём крови в покое.
Работа сердца за одно сокращение А=1,2 (Pср*Vс+ ( pVcv2)/2))= 1Дж. Работа за сутки =86400Дж.
Средняя мощность сердца за время одного сокращения: W=А/tсистолы=1/0,3Дж=3,3Вт.
5/Какие факторы определяют естественный радиационный фон. Каково его среднее значение?
Естественный радиационный фон – излучение, создаваемое космическими лучами и естественными радиоактивными в-вами, содержащимися в окружающей среде и теле человека.
Первичные космические лучи состоят из протонов и α-частиц высоких энергий (до 1014МэВ), падающих в земную атмосферу из космического пространства и проникающих до высоты около 20км над уровнем моря. В результате их взаимодействия с ядрами атомов, входящих в состав земной коры, образуется вторичное космическое излучение. За счёт космического излучения человек получает эффективную эквивалентную дозу 0,31мЗв в год. В земной коре содержится ряд долгоживущих радионуклидов, которые при своём распаде также радиоактивны. Более 60 радионуклидов, содержащихся в биосфере Земли, увеличивает фоновую дозу внешнего облучения в среднем до 0,65 мЗв в год. Средняя мощность фоновой экспозиционной дозы в Беларуси составляет в норме 10-12мкР/ч.
Внутреннее облучение – создаётся радионуклидами, поступающими в организм с пищей, воздухом, водой. Среди естественных радионуклидов наибольшее значение имеют 40К,14С,226Ra, 220Rn, 222Rn. Эффективная эквивалентная доза внутреннего облучения 1,35мЗв в год. Среднемировая суммарная эквивалентная доза от естественных источников радиации 2мЗв в год.
6/Показатель преломления одного водного р-ра в-ва равен 1,38, а второго р-ра этого же в-ва 1,43. Во сколько раз различаются концентрации р-ров, если для воды n=1,33?
n1=n0+kC, C= n1-n0=1,38-1,33=0,05; n2= n0+kC, C= n2-n0=1,43-1,33=0,1
C2/C1=0,1/0,05=2 раза. Ответ: в 2 раза.