48.Магнитная нейтронография

Магнитная нейтронография. Атомы некоторых элементов (переходных металлов, редкоземельных элементов и актинидов) обладают ненулевым спиновым и (или) орбитальным магнитным моментом. Ниже определённой критической температуры магнитные моменты этих атомов в чистых металлах или в соединениях устанавливаются упорядоченно — возникает упорядоченная атомная магнитная структура. Это существенным образом влияет на свойства магнетика. Магнитная Н. — практически единственный метод обнаружения и исследования магнитной структуры металлов. Наличие магнитного упорядочения обнаруживается обычно по появлению на нейтронограммах на фоне ядерного рассеяния дополнительных максимумов когерентного магнитного рассеяния, интенсивность которых зависит от температуры. По положению этих максимумов и их интенсивности можно определить тип магнитной структуры кристалла и величину магнитного момента атомов. В экспериментах с монокристаллами можно, кроме того, установить абсолютное направление магнитных моментов в кристалле и построить распределение спиновой плотности (т. е. плотности той части электронов, спин которых не скомпенсирован в пределах одного атома) в элементарной ячейке кристалла. На рис. 6, а представлена спиновая плотность 3d-электронов в элементарной ячейке железа. Небольшая асферичность в распределении спиновой плотности становится ярко выраженной, если из общей картины вычесть сферически-симметричную часть. Форма максимумов спиновой плотности позволяет сделать определённые выводы о строении электронной оболочки атома железа в кристалле. В частности, вытянутость максимумов вдоль осей куба показывает, что из двух возможных d-подуровней атома железа eg и t2g (возникающих в результате снятия вырождения в поле кристалла) в данном случае преимущественно заполнен eg-подуровень.в дано полученное в специальных нейтронных измерениях распределение намагниченности в элементарной ячейке железа, вызванной частичной поляризацией 4s-электронов (как показали нейтронографические измерения, 4s-электроны дают некоторый вклад в магнитные свойства железа наряду с 3d-электронами). Неупругое когерентное магнитное рассеяние нейтронов даёт возможность исследовать динамическое состояние магнитоупорядоченных кристаллов, т. е. элементарные возбуждения в таких кристаллах (спиновые волны, или магноны).

Метод Н. позволяет решать широкий круг вопросов, относящихся к различным проблемам структуры вещества, например, проводить исследование строения биополимеров, аморфных тел, микроструктуры специальных сплавов, изучать фазовые переходы и др.

56. Регрессия: метод наименьших квадратов.

Метод определения констант при условии, чтобы общее отклонение S было минимальным, называется методом наименьших квадратов (МНК). Если одно отклонение равно 10, то вклад в S будет равен 100, а десять отклонений по 1 дадут вклад 10, таким образом МНК направлен на уменьшение самых больших отклонений. Чтобы найти значение

k , при котором S наименьшее, решаем dS/dk = 0. Отсюда имеем:

и далее

что дает

Если в каждом опыте точно y_n = кх_п, то имеем

Если для различных опытов к_п = y_n/x_n различно, то, подставляя вместо у_п его значение к_п x_n, получим

Среди разных к_п, полученных в разных опытах, есть k_max и k_min . Если в предыдущем уравнении заменить все kn на k_max или k_min, то получим к_п есть k_min < к < k_max, т.е. найденная из условия минимума S величина к действительно является средней из всех значений к_п, од­нако каждая величина к. входит в числитель со своим множителем х²_n, называемым весом. Ясно, что чем больше вес, тем сильнее влияет на величину к измерение, соответствующее значению х = х_п, т.е. из­мерения с большими х_п важнее для правильного определения к.

57. Решение трансцендентных уравнений. Все неалгебраические функции: показательная а х, логарифмическая log a x, тригонометрические sin x, cos x, tgx, ctgx и обратные тригонометрические arcsin x, arccos x, arctgx, arcctgx – наз трансцендентными.

Если в запись Ур-я входят трансцендентные ф-ции, то Ур-е наз трансцендентным, напр: tgx = ax .

Решение уравнения f ( x) = 0 с одним неизвестным х заключается в отыскании корней, т е тех значений х, кот обращают Ур-е в тождество. В общем случ для Ур-я f ( x) = 0 отсутствуют аналитические формулы, определяющие его корни. 1.наход все точки xi пересечения графика ф-ции f(x) с осью x. 2.ось x разбивают на такие отрезки, что в каждом из них содерж ток один корень Ур-я. После этого следует уточнить положение кажд корня в пределах допустимой погрешности. теорема: еи непрерывная ф-я f(x) принимает значения разных знаков на концах отрезка [a, b], то внутри этого отрезка содер, по меньш мере, один корень Ур-я f(x) = 0. На ее основе реализ самые прост и надежн методы численного опр-я корней Ур-ий: метод половинного деления и метод хорд.

Процесс отделения корней начин с установления знаков f(x) в граничных точках отрезка x: x = a и x = b.

Затем опр знаки f(x) в ряде промежуточных точек x = α1, α2 ..., выбор кот учит особенности ф-ции f(x). Метод половинного деления: последовательно делить исходный отрезок [a, b] на 2, 4, 8 и т. д. равных частей и опр знаков f(x) в точках деления. В результате получ последовательность вложенных др в др отрезков все уменьшающейся длины: [a1, b1 ], [a2, b2 ],... [an, bn]. Этот повторяющийся (итерационный) процесс продолж до тех пор, пока длина отрезка [an, bn ] не станет меньше заданной погрешности ε вычислений.

Метод хорд (приближение к корню берется в точке x1, где хорда ф-ии f(x), соедин точки f(a) и f(b), пересекает ось абсцисс) -более быстрый, в двое меньшего числа итераций. Однако, еи f(x) в обл пересечения с осью абсцисс достаточно пологая, то очередная хорда может практически лечь на ось абсцисс, т е полностью попасть в полосу шумов - сильное увелич ошибки вычислений, так как в (3) разность двух близких величин f(a)−f(b) стоит в знаменателе. Метод касательных (метод Ньютона)– тангенс угла наклона соответствующей касательной к оси абсцисс. Метод простых итераций (метод последовательных приближений.

58. Спектральный анализ — совокупность методов определения состава (например, химического) объекта, основанный на изучении спектров взаим-вия материи с излучением, включая спектры электромагнитного излучения, радиации, акустических волн, распределения по массам и энергиям элементарных частиц и др. Традиционно различают атомный и молекулярный спектральный анализ, «эмиссионный» по спектрам испускания и «абсорбционный» по спектрам поглощения, а также «масс-спектрометрический» по спектрам масс атомарных или молекулярных ионов.

Принцип работы

Атомы каждого химического элемента имеют строго определённые резонансные частоты, в результате чего именно на этих частотах они излучают или поглощают свет. Это приводит к тому, что в спектроскопе на спектрах видны линии (тёмные или светлые) в определённых местах, характерных для каждого вещества. Интенсивность линий зависит от количества вещества и его состояния. В количественном спектральном анализе определяют содержание исследуемого вещества по относительной или абсолютной интенсивностям линий или полос в спектрах.Оптический спектральный анализ характеризуется относительной простотой выполнения, отсутствием сложной подготовки проб к анализу, незначительным количеством вещества (10—30 мг), необходимого для анализа на большое число элементов. Атомарные спектры (поглощения или испускания) получают переведением вещества в парообразное состояние путём нагревания пробы до 1000—10000 °C. В качестве источников возбуждения атомов при эмиссионном анализе токопроводящих материалов применяют искру, дугу переменного тока; при этом пробу помещают в кратер одного из угольных электродов. Для анализа растворов широко используют пламя или плазму различных газов.

Применение

В последнее время, наибольшее распространение получили эмиссионные и масс-спектрометрические методы спектрального анализа, основанные на возбуждении атомов и их ионизации в аргоновой плазме индукционных разрядов, а также в лазерной искре. Спектральный анализ — чувствительный метод и широко применяется в аналитической химии, астрофизике, металлургии, машиностроении, геологической разведке и других отраслях науки.

В теории обработки сигналов, спектральный анализ также означает анализ распределения энергии сигнала (например, звукового) по частотам,

59.Развитие компьютерной техники. Роль ее научных исследованиях.Возникновение электронно-вычислительных машин стало возможным после появления электронных ламп. ранние достижения в истории вычислительной техники, благодаря которым стало возможным в конечном итоге создание персональных компьютеров: машина Паскаля (1642 г.), механический арифмометр Лейбница (1673 г.), «Аналитическая машина» Чарльза Бэббиджа (1820-1856 гг.), использование двоичной системы счисления путем применения электрических цепей компьютера (Клод Шеннон, конец 30-х гг. ХХ в.). Первой действующей ЭВМ стал ENIAC (США, 1945-1946 гг.). Ее название по первым буквам соответствующих английских слов означает «электронно-числовой интегратор и вычислитель». Внешне такая ЭВМ, как и другие ЭВМ первого поколения, представляли собой десятки стоек, каждая размером с большой книжный шкаф, наполненных электронными лампами, громоздкие печатающие агрегаты, и все это на площади сотни квадратных метров, со специальными системами охлаждения, источниками питания, постоянно гудящее и вибрирующее. Солдаты, приписанные к этой огромной машине, постоянно носились вокруг нее, скрепя тележками, доверху набитыми электронными лампами. Иначе говоря, эта и ряд других ЭВМ первого поколения не имели важнейшего с точки зрения конструкторов последующих компьютеров качества - программа не хранилась в памяти машины, а набиралась достаточно сложным образом с помощью внешних коммутирующих устройств. Первая ЭВМ с хранимой программой (EDSAC) была простроена в Великобритании в 1949 г. Возникновение ЭВМ второго поколения было связано с приходом полупроводниковой техники - транзисторов. К началу шестидесятых годов они начали вытеснять электронные лампы из бытовой техники. Это произошло через десятилетие после того, как Bell Labs открыли, что крошечный кусочек кремния способен делать то же, что и электронная лампа. Транзисторы - подобно электронным лампам - действуют как электрические переключатели, потребляя при этом намного меньше электроэнергии, в результате выделяя гораздо меньше тепла и занимая меньше места. Первый транзистор был создан в 1948 г., а первая ЭВМ с его использованием - в 1956 г. Подлинную революцию в вычислительной технике произвело создание микропроцессора. В 1971 году компанией «Intel» было создано устройство, реализующее на крошечной микросхеме функции такие же, как центральный процессор большой ЭВМ. 15 ноября 1971 года «Intel 4004» - так назвали микропроцессор - был представлен общественности. Поскольку для хранения одной цифры калькулятору требуется 4 бита, «Intel 4004» был четырехразрядным процессором. Следующий микропроцессор предназначался для установки в терминал и должен был обрабатывать символьную информацию. Поскольку каждый символ кодируется одним байтом (8 бит), следующая модель «Intel 8008» стала 8-рарядной; она появилась в 1972 году и предназначалась для выполнения достаточно простых задач ввиду очень ограниченного объема памяти. Небольшие компьютеры, предназначенные для одного пользователя, который в каждый момент решает не более одной задачи, использовались в профессиональной деятельности уже в начале 70-х годов. Восьмиразрядные процессоры i8080 и Z80 в сочетании с операционной системой CP/М позволили создать ряд таких компьютеров, но, тем не менее, началом эры их массового появления стал 1976 год, когда появился знаменитый «Apple», созданный молодыми американскими инженерами Стивом Возняком и Стивом Джобсом. За несколько лет было продано около 2 млн. экземпляров лишь этих ПК (особенно «Apple-2»), то есть впервые в мировой практике компьютер стал устройством массового производства. Вскоре лидерство в этой области захватила фирма IBM - компьютерный гигант, представивший в 1981 году свой персональный компьютер IBM РС. Его модели РС ХТ (1983 г.), РС АТ (1984 г.), ПК с микропроцессором Pentium (начало 90-х годов) стали, каждый в свое время, ведущими на мировом рынке ПК. Успех IBM связывают с тем, что именно она начала разработку компьютеров с масштабируемой и открытой архитектурой. Вплоть до 1964 года каждая модель компьютера, даже от одного изготовителя была уникальна и требовала своей операционной системы - фундаментальной программы, управляющей компонентами компьютера, координирующей их взаим-вие, на основе которой работают все другие программы. Поэтому перенос программного обеспечения с одного компьютера на другой требовал немалых усилий.Подводя итог рассмотрению истории возникновения ПК, необходимо сказать следующее. На начальных этапах развития вычислительной техники компьютеры использовались исключительно в промышленных целях. Ввиду очень высокой себестоимости их не могли себе позволить обычные люди. Однако потребность в получении и обработке информации была у всех. И как только реализация этой потребности стала возможной (в основном за счет снижения себестоимости процессоров), появились персональные компьютеры. Массовое производство ПК привело к их повсеместному распространению и использованию как в быту, так и в коммерческих целях. Благодаря этому стало возможным и появление Интернета, который в свою очередь еще больше усилил популярность персональных компьютеров.

60. Моделирование в науке

Под М понимается процесс построения, изучения и применения моделей.

М в научных исследованиях стало применяться еще в глубокой древности и постепенно захватывало все новые области научных знаний: техническое конструирование, строительство и архитектуру, астрономию, физику, химию, биологию и, наконец, общественные науки. Большие успехи и признание практически во всех отраслях соврем-ой науки принес методу моделирования ХХ в.

Модель - это материальный или мысленно представляемый объект, кот в процессе исследования замещает объект-оригинал так, что его непосредственное изучение дает новые знания об объекте-оригинале.

Процесс моделирования включает три элемента: 1) субъект (исследователь), 2) объект исследования, 3) модель, опосредствующую отношения между объектом и субъектом.

Пусть имеется некоторый объект А.1) Мы находим в реальном мире другой объект В - модель объекта А,с теми же свойствами.

2)модель выступает как самостоятельный объект исследования. Надо провести "модельные" эксперименты.

3)осуществляется перенос знаний с модели на оригинал - формирование множества знаний об объекте. Знания о модели должны быть скорректированы с учетом тех свойств объекта-оригинала, которые не нашли отражения или были изменены при построении модели.

4)проверка получаемых знаний и их использование для построения обобщающей теории объекта, его преобразования или управления им.

Моделирование - циклический процесс. Это означает, что за первым четырехэтапным циклом может последовать второй, третий и т.д. При этом знания об исследуемом объекте расширяются и уточняются.

61. использование программных средств в научных исследованиях

Развитие электр вычисл техники, и информатики и применение их средств в нар хоз, науч исслед-ях, образовании и др сферах чел деят-ти явл-ся в наст время приоритетным направлением научно-технического прогресса. Это приводит к необх-ти широкой подготовки спец-ов по ЭВМ... Всем этим спец-ам необх глубокие знания принципов построения и функционирования современных ЭВМ, микропроцессорных средств, персональных компьютеров. В последние годы мир ЭВМ значительно расширился:супер-ЭВМ, малые ЭВМ,микропроцессоры и микро-ЭВМ, персональные компьютеры.

Российский ученый В.И. Вернадский* развил эволюционную теорию о преобразующей деятельности человека, способного переработать (преобра­зовать) биосферу планеты в ноосферу (сферу разума). Сего­дня на Земле создан и развивается сложней­ший телематический комплекс информатики: распределенная совокупность различных по мощности и комплектации компь­ютеров, линий свя­зи между ними, систем коммуникации информационных сигна­лов. Благодаря этим программным средствам любое собы­тие или информация, предназначенная для широкого исполь­зования практически мгновенно, становятся известными в лю­бом месте планеты Земля. Эта информация передается в реаль­ном масштабе времени, записывается в "памяти" телематического комплекса и может быть найдена там в любое другое время. Таким образом, человечество создало техническую ос­нову для объединения в планетарном масштабе мыслей и ре­зультатов действий всех людей, способных поставить свой ра­зум на службу человечеству. И это служение осуществляется все 365/366 дней в году, все 24 часа в сутки, в любое месте планеты Земля и в ближайшем космосе.

25 Гигантская магнитострикцмя. Магнитостр-изменение формы и разм тела при его намагнич.явл свойств как сильно магнитным (ферромагн),так и парамагн и диамагн в-вам.Магнитостр-рез-т проявл взаимод в магн телах. Изуч магнитостр помогает выяснить природу указанных взаимодействий. Магнитостр оценив относ измен размеров магнетика l = Dl / l, где Dl - удлин (или укорочение) при вкл магнитного поля Н, а l - длина образца. В экспериментах обычно измеряется l|| - продольная магнитостр, когда напряж поля Н совпадает с направл измерения, l^ - поперечная магнитостр, когда указанные направл взаимно перпендик. Величины l|| и l^ малы,и для их измерения применяются спец методы и установки.Различают изотропную (обменную) и анизотропную (магнитодипольную и одноионную). ОБМЕННАЯ МАГНИТОСТРИКЦИЯ возникает в результ измен обменного взаимод м\у магнитными моментами атомов Мат в крист решетке.АНИЗОТРОПНАЯ МАГНИТОСТРИКЦИЯ (МАГНИТОДИПОЛЬНАЯ И ОДНОИОННАЯ)Кроме рассмотренной выше обменной магнитострикции в ферромагнетиках при приложении поля Н возникает анизотропная магнитострикция. Она сопутствует процессам намагничивания в полях более слабых, чем те, в которых проявляется парапроцесс. Анизотропия ее состоит в том, что l по различным осям кристалла имеют разные величины и знаки. Характерная черта анизотропной магнитострикции состоит в том, что при ней меняется форма образца (при ничтожно малом изменении объема). ГИГАНТСКАЯ АНИЗОТРОПНАЯ МАГНИТОСТРИКЦИЯ Анизотропная магнитострикция редкоземельных металлов тербия Tb, диспрозия Dy, их сплавов и ферритов-гранатов при низких темп превышает анизотропную магнитостр железа, кобальта, никеля и их сплавов на порядки (в монокристаллах). В них эта магнитострикция реализуется не только при низких температурах, но и выше комнатных температур.используют в : генераторы мощного звука и ультразвука, сверхчувствительные приемники звука, магнитострикционные механизмы микроперемещений и нажимных устройств, линии задержки звуковых и электрических сигналов и другие устройства для радиотехники и электросвязи