Билет 11
Микроскоп нового типа представляет собой систему микроэлектромеханических и оптических деталей, главные из которых – микролинзы и микросканеры, что делает этот микроскоп миниатюрным. Его линзы гораздо меньше обычно используемых в микроскопах: их диаметр примерно 300 мкм.
Такие линзы получают в результате отвердевания маленьких капель полимера в потоке ультрафиолетового излучения. Их поверхность при этом приобретает исключительную гладкость, поскольку формируется под действием сил поверхностного натяжения и не требует шлифовки.
Система трёх этих линз позволяет видеть трёхмерные изображения объектов благодаря применению опять таки трёх микросканеров, каждый из которых обеспечивает перемещение «своей» микролинзы. Фокусировка осуществляется изменением расстояния между линзой и образцом. Кроме того, с помощью электростатических сил, действующих на микроприводы, микролинзы могут перемещаться вперёд – назад 4500 раз в секунду.
Датчики регистрируют флуоресцентное свечение объектов, возбуждаемое лазерным излучением, направляя сигналы от них в компьютер, где в реальном времени формируется трёхмерное изображение.
Микроскопы нового типа позволяют получать изображения объектов размером порядка нанометра, причём даже находящихся внутри живых клеток, и могут быть использованы прежде всего для медицинских исследований.
Билет 12
Опыты Дж. Дж. Томсона были сильным, но не решающим доводом в пользу существования электрона. Не приходится доказывать, сколь важен был для физика эксперимент, в котором наличие элементарного заряда электричества было доказано с такой степенью наглядности, что все сомнения были тут же отброшены в сторону. Такой опыт поставлен в 1909 году американским физиком Робертом Милликеном.
Идея этого замечательного опыта основывается на простом факте. Так же, как стеклянная палочка, потёртая мехом, приобретает электрические свойства, так ведут себя и другие тела. Это явление называется электризацией трением. А не будут ли электризоваться капельки масла, которые мы будем впрыскивать в какую-либо камеру, - ведь, проходя через горлышко пульверизатора, масло будет подвергаться трению.
Чтобы убедиться в этом, надо приготовить очень несложную установку: направить струю масляных брызг в пространство между горизонтально расположенными обкладками конденсатора и приспособить микроскоп, который позволял бы следить за движением капель. Пока электрическое поле не подано, капельки, естественно, будут падать вниз под действием силы тяжести. Капельки лёгкие, поэтому сила тяжести почти немедленно уравновесится силой сопротивления воздуха, и они будут падать равномерно. Но как только на пластины накладывается напряжение, картина меняется. Движение капли становится либо ускоренным, либо замедленным, в зависимости от направления электрического поля. Милликен выбрал такое направление поля, которое заставляло капельку двигаться медленно. Постепенно увеличивая поле, ему удавалось, так сказать, подвесить каплю в воздухе. Целыми часами наблюдал исследователь за одной каплей. С помощью поля он мог управлять её движением и останавливать по желанию.
Что же можно вычислить с помощью такого опыта? Все величины, входящие в уравнение движения, известны, кроме заряда капли. Если всю установку поместить около рентгеновской трубки, то заряженные капли будут притягивать к себе ионы противоположного знака, которые образовались из-за ионизации воздуха рентгеновскими лучами. Как только ион прилипнет к капле, изменится её заряд, капля изменит скорость, которую сразу же найдут по измерениям. Не спуская глаз с одной капли, наблюдатель измерял разности скоростей до и после включения рентгеновской трубки, а затем вычислял значение заряда.
Проделав свои опыты для капель масла, воды, ртути и глицерина, меняя знаки заряда капель, Милликен вычислил сотни значений заряда q, и все они оказались кратными одной и той же величине. Результаты опытов не оставили сомнения в том, что электрический заряд встречается в природе дискретными порциями. Однако, строго говоря, это не доказывает непосредственно существование электрона как частицы. Но гипотезы опережают факты, и электрон получил признание ещё до того, как его «увидели».