41. Оптическая система глаза. Аккомодация. Угол зрения. Разрешающая способность глаза.

Глаз человека - оптический прибор. Глаз может быть представлен как центрированная оптическая система, образованная роговицей, жидкостью передней камеры и хрусталиком (четыре преломляющие поверхности) и ограниченного спереди воздушной средой, сзади - стекловидным телом. Главная оптическая ось (ОО1) проходит через геометрические центры роговицы (I) зрачка (2) и хрусталика (3).

MN - зрительная ось, направление наибольшей светочувствительности

глаза. Для упрощения можно заменить глаз линзой, окруженной воздухом

со стороны пространства предметов(I) n1=1; и жидкостью с показателем

преломления n2 = 7,336 со стороны пространства изображений (II).

Основное преломление происходит на внешней границе роговицы,

оптическая сила которой D1=40днтp, хрусталика - D2 = 20дитр; всего глаза D=D1+D2.

Различно удалённые предметы должны давать на сетчатке одинаково

резкие изображения, этого добиваются тем, что хрусталик может изменить

свой радиус кривизны, т.е. фокусное расстояние. Приспособление глаза к

четкому видению различно удаленных предметов - «наводка на резкость» -

называется аккомодация. 25 см - расстояние до предмета носит название

расстояния наилучшего зрения. Размер изображения зависит от угла зрения

(бета), угла, под которым виден предмет (а он зависит от расстояния до

предмета). бета = В/L, где В - размер предмета, L - расстояние от предмета до

глаза.

Разрешающая способность глаза - (наименьший угол зрения) или наименьшие размеры предмета, которые дадут изображения на сетчатке.

Бета с ин. min= 1` (одна минута). Bmin = 5*10^(-6)м = 0,005мм.

42. Чувствительность глаза к цвету и свету.

Сетчатка глаза состоит из нескольких слоев и не одинакова по своей толщине и чувствительности к свету, в ней находятся светочувствительные зрительные клетки, периферические концы которых имеют различную форму, Продолговатые окончания называются палочками, конусообразные -колбочками. Длина палочек (63-81)*10^(-6)м, диаметр - около 106 мкм; для колбочек длина 35 мкм, диаметр(5-6)мкм. На сетчатке глаза человека расположено около 130млн. палочек и 7млн колбочек. В месте вхождения зрительного нерва находится не чувствительное к свету слепое пятно. В середине сетчатки, чуть ближе к височной области, лежит самое чувствительное к свету жёлтое пятно, центральная часть которого имеет диаметр около 0,4мкм. Палочки и колбочки распределены по сетчатке неравномерно. Колбочки в основном в центральной части сетчатки, в жёлтом пятне, в центре жёлтого пятна находятся исключительно колбочки; но края сетчатки - только палочки. Палочки более чувствительны к интенсивности света, но не различают цвета. Колбочки различают цвета, они чувствительны к восприятию деталей изображения, поэтому решающую способность глаза обуславливается размещением колбочек на сетчатке. Палочки относятся к аппарату сумеречного и ахроматического зрения, а колбочки - дневного и цветного. Светочувствительность глаза - минимальная яркость, вызывающая зрительное ощущение, светочувствительность изменяется благодаря адаптации глаза(изменение диаметра зрачка; уменьшение количества светочувствительного вещества; экранирование палочек и колбочек темным

пигментом; изменение в зависимости от яркости предмета степени участия палочек и колбочек в возбуждении(светового ощущения).

43. Оптический микроскоп. Ход лучей. Увеличение и т.д.

Для больших увеличений используют систему короткофокусных линз – объектив – окуляр. Такая система носит название – микроскоп. Изображение получается в фокальной плоскости окуляра.

АВ - предмет; A1B1- изображение; А2В2 - изображение, даваемое окуляром (оно увеличенное перевёрнутое мнимое). Для получения микрофотографий объектив (или окуляр) отодвигают, тогда A1B1 получается за передним фокусом F2, а изображение будет действительным, увеличенным справа от окуляра. Бета = А2В2/АВ - увеличение микроскопа Бета = L*S/F1F2, где L - длинна тубуса; S - расстояние наилучшего зрения. Но полученное увеличение зависит от разрешающей способности глаза Zгл. = 70мкм; и микроскопа, которое связано с дифракцией на мелких структурах;

Z= лямбда/2n sin фи;

n - показатель преломления веществ между объективом и предметом;

фи - апертурный угол (между крайними лучами входящими в объектив); лямбда -длинна волны света, освещающего предмет.

Г=Zгл/Z - полезное увеличение микроскопа.

Для увеличения разрешающей способности необходимо уменьшить предельное разрешение Z; для этого увеличивают n, вводя иммерсионную жидкость с показателе преломления близким к n - стекла между предметом и объективом.

44. Характеристики теплового излучения тел. Абсолютно чёрное тело. Серые тела. Закон Кирхгофа. Выводы из него.

Всякое нагретое тело излучает энергию в виде элеткро-магнитных волн. Для того, чтобы определить количественно энергию излучения с поверхности нагретого тела используют энергетическую совместимость тела «R»

R = энергии, которая излучается 1 квадратным метром нагретого тела за 1 сек. Фактически его мощность

R = W/S*t. В этот диапозон входят все длины волн. Для того, чтобы определить какая энергия излучается в заданном диапозоне, вводят спектральную энергетическую светимость «r лямда-инд», зависящей от длины волны.

r лямда = dR/dлямда (2) [r лямда]=В*м^3 => dR = r лямда*d лямда

Если необходимо узнать всю энергию энергию, неужно просуммировать светимость по всем длинам волн

Re = опред интеграл от 0 до бескон от r лямда*dлямда

Энергия излучения солнца в видимом диапозоне:

Rв = опред интеграл от лямда1 до лямда2 от r лямда*dлямда (лямда1=400нм, лямда2=800нм)

Часть энергии солнца поглощается землёй.

Абсолютно чёрное тело – тело, для которого монохроматический коэффициент поглощения (альфа лямда-инд) =1

Серое тело – альфа лямда-инд которого меньше 1 и не зависит от длины волны падающего света. Серых тел в природе нет, но многие тела излучают в определённым интервале длин волн как серые.

Вводят величину коэффициент поглощения альфа

альфа = I погл/Iпад. I – интенсивность света.

Io->(тело)->I’

Iпогл = Io-I’=I.

альфа=I/Io

альфа=f(лямда)

Цвет обусловлен отражением и поглощением света.

Для описания процессов процессов с использованием формул вводятся альфа не зависящая от I; альфа=1;

альфа=1 – абсолютно чёрное тело.

Все длины волн поглощаются одинаково.

Солнце похоже на абсолютно чёрное тело.

альфа не зависит от I; альфа<1; альфа=0,8 – на всех длинах тел.

Человеческая кожа в некотором смысле тела похожа серое тело.

Нагретое тело – тело, по которому его температура >0 K.

Излучаемые и поглощаемые энергии =. (r лямда/альфа лямда)1 = (r лямда/альфа лямда)2 = (r лямда/альфа лямда)3 = Er/1 (1,2,3 – коэффициенты).

Закон Киргофа: r лямда = Er*альфа лямда

Если мы знаем как излучает тело и знаем коэффициент поглощения, мы можем определить энергетическую светимость.

Согласно закону Киргофа, в какой области спектра тело излучает, в такой области тело и поглощает.

Спектры излучения – графики зависимости r лямда от лямда и поглощения альфа от лямда одинаковы – волнообразные скачки с зазубринами.

45 3аконы излучения абсолютно чёрного тела (Стефана - Больцмана, Вина). Формула Планка. Использование термографии в диагностике.

Излучение чёрного тела имеет сплошной спектр. Графически это выглядит для разных температур так:

Существует максимум спектральной светимости, который при повышении

температуры смещается в сторону коротких волн.

По мере нагревания чёрного тела его энергетическая светимость (Re)

увеличивается: Re = опред интеграл от 0 до бескон от Eлямда*dлямда

Стефан и Больцман установили, что Re=сигма*T^4

Сигма = 5,6696*10^-8 Вт/K*м^2 - постоянная Стефана-Больцмана,

T=t+273 - абсолютная (термодинамическая) температура по шкале

Кельвина. Все замечали это на практике, чем выше температура спирали, нагретой печи, тем больше они излучают тепла.

ЛЯМДАmax=b/T - закон смещения Вина. Чем выше температура нагретого тела, тем более короткие волны оно излучает. Это также все замечали - человеческое тело излучает в области невидимых инфракрасных длин волн; чем более нагретым становится тело, тем оно начинает светиться цветом близким к фиолетовому: красное, оранжевое, жёлтое, голубое... Законы Стефана-Больцмана и Вина лежат в основе оптической пирометрии - определения температуры тел по их излучательной способности. Регистрация излучения разных участков поверхности тела и определение их температуры, диагностический метод - термография (воспалительные процессы изменяют местную температуру и по изменению температуры находят место воспаления) Планк получил формулу для спектральной плотности абсолютно черного тела (Eлямда) и серого тела (r лямда) (лямда-индекс): Eлямда=2п*h*c^2/лямда^5 * 1/exp[h*c/k*T*лямда-1]

альфа - коэффициент поглощения

h - постоянная Планка;

С - скорость света в вакууме;

лямда - длина волны;

k - постоянная Больцмана;

Т - абсолютная температура.

46. Поглощение света веществом. Закон Бугера-Ламберта-Бера. Оптическая плотность, концентрационная калориметрия.

Явление уменьшения интенсивности (I) света при прохождении вещества называется поглощением. При этом световая энергия переходит в другие виды энергии (тепловую, химическую и др.), интенсивность света, вышедшего из вещества выражается законом Бугера-Ламберта-Бера: I=Io*e^-каппа*С*д

Io- интенсивность света, упавшего на вещество;

I - вышедшего из вещества; каппа (из транскрип англ) - молярный показатель поглощения;

С -молярная концентрация вещества в растворе;

l - толщина поглощающего слоя.

I/Io=r - коэффициент пропускания. D = lg(Io/I)=Xлямда оптическая плотность раствора.

Концентрационная калориметрия - метод (фотометрический) по определению концентрации вещества в окрашенном растворе. В этом методе непосредственно измеряют световые потоки, прошедшие через раствор, коэффициент пропускания или оптическую плотность. Зависимость коэффициента поглощения (k) от длины волны (А) или молярного показателя поглощения - являются спектрами поглощения вещества. Спектры поглощения являются источником информации о состоянии вещества, о структуре энергетических уровней его атомов и молекул для определения спектральной плотности абсолютно черного тела (Eлямда) и серого тела (r лямда) (лямда-индекс): Eлямда=2п*h*c^2/лямда^5 * 1/exp[h*c/k*T*лямда-1]

альфа - коэффициент поглощения

h - постоянная Планка;

С - скорость света в вакууме;

лямда - длина волны;

k - постоянная Больцмана;

Т - абсолютная температура.

47. Оптические атомные эмиссионные спектры. Молекулярные спектры. Применение спектрофотометрии в медицине и биологии.

Атомные спектры - спектры испускания (или поглощения), которые возникают при квантовых переходах между уровнями свободных или

слабовзаимодейтвующих атомов. Атомные спектры испускания возникают при переходе атомов возбуждённых (нагреванием, электрическим разрядом, химической реакцией и др.). При переходе атомов с различных возбуждённых энергетических уровней на один и тотже испускаются спектральные серии: серия Леймана (переход на первый энергетический уровень), атом испускает фотоны ультрафиолетовой области; серия Больцмана - переход на 2-ой энергетический уровень - видимый свет; серия Пашена - переход на 3-ий уровень - область инфракрасного излучения. Анализ эмиссионных спектров излучения в поглощения в медицине и биологии служат для определения микроэлементов в тканях организма, небольшого количества атомов металлов в консервированных продуктах, некоторых элементов в трупных тканях для целей судебной медицины др.

Молекулярные спектры (испускания и поглощения) возникают при квантовых переходах молекул с одного энергетического уровня на другой -

полосатые спектры, состоящие из тесно расположенных линий. Сложность их по сравнению с атомным обусловлена большим разнообразием энергетических переходов в молекуле.

Специфичность индивидуальность спектров отдельных молекул лежит в основе качественного и количественного спектрального анализа. Они являются важным источником информации о биологически функциональных молекулах и широко используются в современных биохимических и биофизических работах.

48. Тормозное рентгеновское излучение. Спектр излучения и

его характеристическое рентгеновское излучение.

Рентгеновское излучение - электромагнитные волны длиной от 80 до 10в-5 нм.

По способу возбуждения его подразделяют на тормозные и характеристические. Рентгеновская трубка - двухэлектродный вакуумный прибор. Подогреваемый катод испускает электроны. Haклоненный анод направляет излучение под углом к оси трубки. В результате торможения электронов анодом (электростатическим полем атомного ядра вещества анода) возникает тормозное рентгеновское излучение. Длинноволновое рентгеновское излучение ,более "мягкое", а коротковолновое- жесткое, оно обладает большой проникающей способностью, поглощение его зависит от плотности вещества. Если напряжение в рентгеновской трубке увеличить, то на фоне сплошного спектра появляется линейчатый - Характерестическoe рентгеновское излучение. Он возникает вследствие того, что ускоренные электроны проникают вглубь атома и из внутренних слоев выбивают электроны. На свободное место переходят электроны с верхних уровней, при этом излучаются фотоны характеристического излучения. В отличие от оптических спектров характеристические рентгеновские спектры разных атомов однотипны, однотипность обусловлена тем, что внутренний слой у разных атомов одинаковы и отличаются лишь энергетически. Характеристические спектры сдвигаются в сторону больших частот с увеличением заряда ядра. По закону Мозли !корень из НЮ=A(Z-B)!, где НЮ -частота спектральной линии, Z-атомный номер элемента, Аи В - постоянные. Характеристические спектры кислорода одинаковы и y O, O2, H2O в любом соединении, это и послужило названию характеристическое.