88. Дифракция света. Принцип Гюйгенса – Френеля.

Дифракцией света называют явление отклонения света от прямолинейного распространения. Возможность наблюдения дифракции зависит от соотношения длины волны и размеров неоднородностей.

Принцип Гюйгенса - Френеля.Согласно Гюйгенсу: каждая точка волновой поверхности, которой достигла в этот момент волна, является центром элементарных вторичных волн, их внешняя огибающая будет волновой поверхностью в последующий момент времени. Френель дополнил это положение Гюйгенса, введя представлением о когерентности вторичных волн и их интерференции. В таком обобщенном виде эти идеи получили название принципа Гюйгенса - Френеля. Для того, чтобы определить результат дифракции в некоторой точке пространства, следует рассчитать согласно принципу Гюйгенса - Френеля, интерференцию вторичных волн, попавших в эту точку от волновой поверхности. Соотношение между шириной щели и длиной волны на возможность наблюдения дифракционной картины для первых минимумов, которые ограничивают центральную светлую полосу имеет вид: sin a = ± l/ а ,где а –ширина щели, a- угол образованный направлением падающего пучка и нормалью к решетке. Отсюда имеем | sin a | ³ 1. Это означает, что при a £ l, вместо системы максимумов и минимумов весь экран слабо освещен.

https://studopedia.ru/3_176535_interferometri-i-ih-primenenie-ponyatie-ob-interferentsionnom-mikroskope.html

Понятие о голографии и ее применение в медицине.(Ремезов, С.435 - 438)

Дифракционная решетка. Дифракционный спектр.

Дифракционная решетка - оптическое устройство, представляющее собой совокупность большого числа параллельных, обычно равноотстоящих друг от друга щелей.

Дифракционную решетку можно получить нанесением непрозрачных царапин (штрихов) на стеклянную пластину. Суммарную ширину щели a и промежуткаb между щелями называют постоянной или периодом решетки: c = a + b

Пусть на решетку нормально падает плоскопараллельный пучок когерентных волн, то вторичные волны идущие по всевозможным направлениям, будут интерферировать, формируя дифракционную картину. Выберем некоторое направление вторичных волн под углом aотносительно нормали к решетке. Лучи, идущие от крайних точек двух соседних щелей, имеют разность хода, равную с· sin a. Если это разность хода кратна целому числу длин волн, то при интерференции возникнут главные максимумы, для которых выполняются условия: (1) с · sin a = ± kl;гдеk=0,1,2,3…- порядок главных максимумов. Они располагаются симметрично относительно центрального (k=0, a=0). Равенство (1) является основной формулой дифракционной решетки. Между главными максимумами образуются минимумы (добавочные), число которых зависит от числа всех щелей решетки. Между любыми двумя соседними главными максимумами наблюдается N –1, удовлетворяющих условию: с· sin a = ± (N +1)l/ N , ± (N +2)l/ N ; ± (2N -1)l/ N ;

При падении на решетку белого или иного немонохроматического света каждый главный максимум, кроме центрального, окажется разложенным в спектр.В этом случае k указывает порядок спектра. Таким образом, решетка, как и щель, является спектральным прибором, поэтому для нее существенны характеристики, которые позволяют оценить возможность различения (разрешения) спектральных линий. Разрешение спектральных линий количественно оценивается разрешающей способностью, равной отношению длины волны к наименьшему интервалу длин волн, которые еще могут быть разрешены: R=l/Dl. R = kN – разрешающая способность дифракционной решетки тем больше, чем больше порядок k спектра и число N штрихов. Голография – метод записи и восстановления изображения, основанный на интерференции и дифракции волн.Голография позволяет фиксировать и воспроизводить более полные сведения об объекте с учетом амплитуд и фаз волн, рассеянных предметом. Регистрация фазы возможна вследствие интерференции волн. С этой целью на светофиксирующую поверхность посылают две когерентные волны: опорную, идущую непосредственно от источника света или зеркал, которые используются как вспомогательные устройства, и сигнальную, которая появляется при рассеянии (отражении) части опорной волны предметом и содержит соответствующую информацию о нем. Интерференционную картину, образованную сложением сигнальной и опорной волн и зафиксированную на светочувствительной пластинке, называют голограммой. Для восстановления изображения голограмму освещают той же опорной волной. При восстановлении изображении можно изменить длину опорной волны. Так, например, голограмму, образованную невидимыми электромагнитными волнами (ультрафиолетовыми, инфракрасными и т.п.), можно восстановить видимым светом.

https://studopedia.ru/3_176536_ponyatie-o-golografii-i-ee-primenenie-v-meditsineremezov-s---.html

Вещества, обладающие свойством вращения плоскости поляризации при прохождении через них поляризованного света называются оптически активными

Поляризация света. Поляриметрия.(Ремезов, С.439 - 447).

В медицине голографию применяют как метод интроскопии или внутривидения, основанный на зависимости условий отражения и поглощения электромагнитных волн телами, в частности, от длины волны. Еще одно приложение голографии в медицине связано с голографическим микроскопом. Его устройство основано на том, что изображение предмета получается увеличенным, если голограмму, записанную с плоской опорной волной, осветить расходящейся сферической волной. Электромагнитную волну, в которой векторы Е и, следовательно, Н лежат во вполне определенных плоскостях, называют плоскополяризованной.Плоскость, проходящая через электрический вектор Е в направлении распространения электромагнитной волны, является плоскостью поляризации. Плоскополяризованную волну излучает отдельный атом. Естественный свет складывается из излучения множества хаотически ориентированных атомов, поэтому направление Е не выдерживается в одной плоскости. Устройство, позволяющее получать поляризованный свет из естественного, называют поляризатором. Он пропускает только составляющую вектора Е и соответственно Н на некоторую плоскость – главную плоскость поляризации. При этом через поляризатор проходит поляризованный свет, интенсивность которого равна половине интенсивности падающего света. При вращении поляризатора относительно луча естественного света поворачивается плоскость колебаний вышедшего поляризованного света, но интенсивность его не изменяется. Поляризатор можно использовать для анализа поляризованного света, тогда его называют анализатором. Для определенной длины волны угол a поворота плоскости поляризации пропорционален расстоянию l, пройденному светом в оптически активном веществе:

a = a₀ l, где a₀ коэффициент пропорциональности, или постоянная вращения, град/мм. Оптически активным является, например, кварц, имеющий две модификации, одна из которых поворачивает плоскость поляризации по часовой, а другая – против часовой стрелки. Оптически активными являются многие некристаллические тела: чистые жидкости (например, скипидар), растворы оптически активных веществ в неактивных растворителях (раствор сахара в воде), некоторые газы и пары (пары камфоры).

Для растворов был установлен следующий количественный закон:

a = [a₀] C l, (2), где С – концентрация оптически активного вещества; l – толщина слоя раствора; [a₀] -удельное вращение, которое приблизительно обратно пропорционально квадрату длины волны и зависит от температуры и свойств растворителя. Соотношение (2) лежит в основе весьма чувствительного метода измерения концентрации растворенных веществ, в частности, сахара. Этот метод (поляриметрия или сахариметрия) широко используется в медицине для определения сахара в моче, в биофизических исследованиях, а также в пищевой промышленности. Соответствующие измерительные приборы называют поляриметрами или сахариметрами.

92. Поглощение света. Закон Бугера-Бера

Поглощением света называют ослабление светового потока (интенсивности света) при прохождении его через какое-либо вещество вследствие превращения в другие виды энергии (обычно в тепло).

I=I₀ e^-kl – закон Бугера.

k – натуральный показатель поглощения (зависит от свойств поглощающей среды и не зависит от интенсивности света);

I₀ –интенсивность падающего света;

I – интенсивность света, после прохождения его через слой вещества толщиной l.

Натуральный показатель поглощения зависит от длины волны света, поэтому к этому показателю добавляется индекс и формула запишется для монохроматического света:

I=I₀ e^-kll.

Поглощение света обусловлено взаимодействием фотонов с молекулами вещества, поэтому вводятся дополнительные характеристики:

1.s – эффективное сечение поглощения молекулы (некая площадь, при попадании в которую происходит захват фотона молекулой);

2. n – концентрация молекул.

Таким образом: I =I₀ e ^-snl

93. Поглощение света растворами. Закон Бугера-Бера-Бера. Концентрационная колориметрия. ("КК").

Поток световых квантов, проходя через раствор ослабляется. Это вызвано взаимодействием фотонов с веществом (взаимодействием фотонов с растворителем пренебрегаем). Ослабление интенсивности света dI зависит от количества столкновений квантов с молекулами вещества. При этом концентрацию вещества удобно выражать через С-молярную : n = C N_A, где N_A – число Авогадро.

sn = s N_A C = cC,где c – натуральный молярный показатель поглощения. Его физический смысл – суммарное эффективное сечение поглощения всех молекул одного моля растворённого вещества.

I = I₀ e ^-clС – это закон БУГЕРА-ЛАМБЕРТА-БЕРА показывает, что интенсивность прошедшего света зависит от c, l, С: интенсивность светового потока, проходящего через вещество, экспоненциально уменьшается в зависимости от длины оптического пути и концентрации вещества в образце.

"КК" - ФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ способ определения концентрации веществ основан на законе БУГЕРА-ЛАМБЕРТА-БЕРА : E = ln(I₀/ I) = clС. Отсюда с = E/cl - путем измерения световых потоков (до I₀ и после I прохождения света через раствор), определении коэффициента пропускания (t =I/I₀) и оптической плотности: D = lg (1/t)

https://studopedia.ru/3_176537_veshchestva-obladayushchie-svoystvom-vrashcheniya-ploskosti-polyarizatsii-pri-prohozhdenii-cherez-nih-polyarizovannogo-sveta-nazivayutsya-opticheski-aktivnimi.html

Фотобиологические процессы. Основые правила фотохимии

Согласно основному закону фотохимии, который является следствием закона сохранения энергии, фотохимическое действие может оказывать только тот свет, который поглощается данной системой. Поэтому для рассмотрения энергетики фотобиологического процесса важно знать поглощательную способность системы. Это позволяет определить законБУГЕРА-ЛАМБЕРТА-БЕРА

ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ оптика - раздел физики, в котором изучают законы распространения света, где световой луч представляют в виде линии вдоль которой распространяется энергия световой волны. ЦЕНТРИРОВАННЫМИ называют оптические системы, состоящие из сферических поверхностей (линз), центры которых лежат на одной прямой - главной оптической оси. ИДЕАЛЬНОЙ центрированной оптической системой является система, в которой каждой точке или линии пространства предметов соответствует только одна точка или линия пространства изображений. Оптической системе глаза свойственны недостатки: близорукость, дальнозоркость и астигматизм. Астигматизм обычно связан с несферичностью роговицы или хрусталика, вследствие чего изображение точечного объекта имеет вид короткой линии. В нормальном глазу при отсутствии аккомодации задний фокус совпадает с сетчаткой. Близорукость - недостаток глаза, когда при отсутствии аккомодации задний фокус лежит перед сетчаткой. Дальнозоркость - при отсутствии аккомодации задний фокус лежит за сетчаткой. Для коррекции близорукого глаза применяют рассеивающую линзу, дальнозоркого - собирающую. Недостатки оптических систем (аберрации): сферическая, хроматическая аберрации, астигматизм косых пучков и дисторсия.

Угловое увеличение (М) Лупы:. М = N/f, гдеN= 25 см для нормального глаза – расстояние наилучшего зрения, f - фокусное расстояние.

86.Интерференция света.

Интерференцией света называется такое сложение световых волн, при котором образуется устойчивая картина их усиления и ослабления. Усиление наблюдается на экране, если разность хода волн D= ml, m=0,1,2,…, где l -длина волны. Значение m называется порядком интерференционной полосы. Ослабление интерференция наблюдается в том случае, когда разность хода D=(m + ½)l, m=0,1,2,…

Оптическим путем называется произведение геометрического пути на показатель преломления среды.

Голография – метод записи и восстановления изображения, основанный на интерференции и дифракции волн. Закон Брюстера: отраженный луч полностью плоскополяризован, если угол падения удовлетворяет условию: tgi_s = n (1) Здесь угол падения i_s - угол Брюстера, или угол полной поляризации; n - относительный показатель преломления двух сред.

Закон Малюса: I = I₀·cos²j (3), где I₀ - интенсивность плоскополяризованного света, падающего на анализатор, I - интенсивность света, вышедшего из анализатора. При прохождении плоскополяризованного света определенной длины волны в оптически активном веществе: угол a поворота плоскости поляризации пропорционален расстоянию l, пройденному светом

a = a₀ l, где a₀ коэффициент пропорциональности, или постоянная вращения, град/мм

Для растворов был установлен следующий количественный закон: a = [a₀] C l, (2), где С – концентрация оптически активного вещества; l – толщина слоя раствора; [a₀] -удельное вращение, которое приблизительно обратно пропорционально квадрату длины волны и зависит от температуры и свойств растворителя.

https://studopedia.ru/3_176538_fotobiologicheskie-protsessi-osnovie-pravila-fotohimii.html

МОДУЛЬ 4 СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ БИОЛОГИЧЕСКИХ МЕМБРАН

_Темы_

4.1. Общая характеристика мембран. Строение и состав мембран

4.2. Транспорт веществ через мембраны

4.3. Трансмембранная передача сигналов_

Цели изучения Уметь:

1. Интерпретировать роль мембран в регуляции метаболизма, транспорте веществ в клетку и удалении метаболитов.

2. Объяснять молекулярные механизмы действия гормонов и других сигнальных молекул на органы-мишени.

Знать:

1. Строение биологических мембран и их роль в обмене веществ и энергии.

2. Основные способы переноса веществ через мембраны.

3. Главные компоненты и этапы трансмембранной передачи сигналов гормонов, медиаторов, цитокинов, эйкозаноидов.