Ход лучей в поляриметре:

В поляриметре применён принцип уравнивания яркостей разделённого на две части поля зрения. Разделение поля зрения на две части осуществлено введением в оптическую систему прибора кварцевой пластинки, которая занимает половину поля зрения. Уравнивание яркостей частей поля зрения происходит вблизи полного затемнения поля, что соответствует почти полному скрещиванию поляризатора и анализатора.

Свет от источника с помощью зеркала прибора направляется в узел поляризатора. Пройдя оранжевый светофильтр и поляризатор, монохроматический поляризованный свет одной половиной пучка проходит через кварцевую пластинку и анализатор, а другой половиной пучка – только через анализатор. Уравнивание яркостей частей поля зрения производится путём вращения анализатора. Наблюдая в окуляр, поворачивают анализатор таким образом, чтобы свет не проходил через него, т.е. устанавливают анализатор на “темноту”. Отсчёт положения анализатора производят по кругу, имеющему угловые деления.

Если между поляризатором и анализатором ввести трубку с оптически активным веществом, то равенство яркостей частей поля зрения нарушается, т.к. раствор повернёт плоскость поляризации на угол . Равенство яркостей может быть восстановлено поворотом анализатора на угол, равный углу поворота плоскости поляризации. Следовательно, разностью двух отсчётов, соответствующих равенству яркостей частей поля с оптически активным раствором и без него, определяется угол вращения плоскости поляризации. По углу вращения плоскости поляризации возможно определение концентрации вещества.

Устройство и работа составных частей прибора:

Составные части прибора (рис.4):

1 – кронштейн

2 – соединительная трубка

3 – головка анализатора

4 – оправа окуляра

5 – отсчётная лупа

6 – трубка для растворов

7 – втулка

8 – раковина

9 – зеркало

Головка анализатора состоит из зрительной трубки, неподвижного лимба с градусной шкалой и совместно вращающихся частей: анализатора, нониуса и отчётной лупы. Головка анализатора с поляризационным устройством соединены соединительной трубкой. В разрез соединительной трубки устанавливается трубка для растворов.

На соединительной трубке крепится зеркало в оправе. Анализатор, как и поляризатор, изготовлен из поляроидной плёнки, заклеенной между двумя защитными стёклами.

Поляризационное устройство состоит из поляризатора, оранжевого светофильтра, кварцевой пластинки.

Трубка для растворов имеет длину стеклянной трубки 95,04мм. На концах трубки запрессованы металлические втулки, на которые навинчиваются раковины, прижимающие покровные стёкла. Между раковиной и покровным стеклом помещается резиновая прокладка, предохраняющая покровное стекло от возникновения в нём натяжения при его закреплении.

Зрительная трубка служит для наблюдения двойного поля зрения и состоит из объектива и окуляра. Вращением оправы окуляра производится установка окуляра по глазу на резкость изображения линии раздела поля зрения.

На неподвижном лимбе (рис.5) вправо и влево от нуля нанесено 20 делений. Цена деления лимба 1. В плоскости лимба на подвижной втулке имеются два нониуса – левый и правый. Каждый нониус разделён на 10 делений. Минимальное значение величины отсчёта по нониусу 0,1.

Отсчёт производят в следующем порядке.

Сначала посмотреть, на сколько полных градусов повёрнут нуль нониуса по отношению к лимбу. Если нулевой штрих нониуса при установке на равенство яркостей частей поля зрения оказался относительно нулевого штриха лимба смещённым по часовой стрелке, то отсчёту приписывается знак (+), если против часовой стрелки – знак (-).

Затем подсчитать число делений от нуля нониуса до штриха нониуса, совпадающего с градусным штрихом лимба. Умножить полученное число делений на 0,1. К числу градусов, взятых по лимбу, прибавить отсчёт по нониусу.

Пример. Рассмотрим рис.5. Нуль нониуса по отношению к лимбу повёрнут на одно полное деление, т.е. на один градус. Нулевой штрих смещён по часовой стрелке. Следовательно, отсчёту приписывается знак (+). По правому нониусу считаем число делений от нуля нониуса до штриха, совпадающего с градусным штрихом лимба. Число делений равно 9, т.е. по

90,1= 0,9 .

Соответственно, получаем:

1+ 0,9= 1,9 - отсчёт по нониусу.

Ход работы:

Упражнение 1. Определение нулевого отсчёта прибора.

Нулевой отсчёт определить без трубки для растворов:

а) вращением оправы окуляра установить окуляр по глазу на резкое изображение линии раздела поля зрения;

б) вращением кольца поворачивать анализатор и добиться равенства яркостей частей поля зрения (в чувствительном положении). Установку на равномерную яркость частей поля зрения повторить три раза. Каждый раз брать отсчёты по нониусу . Средняя величина из трёх отсчётов является нулевым отсчётом прибора;

в) посчитать абсолютную погрешность измерения :

и найти её среднее значение ;

г) результаты измерений занести в таблицу № 1.

Упражнение 2. Определение угла вращения плоскости поляризации оптически активным раствором.

а) для определения угла вращения плоскости поляризации трубку с раствором сахарозы поместить в соединительную трубку прибора;

б) установить окуляр по глазу на резкое изображение разделяющей линии поля зрения;

в) поворотом анализатора установить равенство яркостей частей поля зрения и взять отсчёт по нониусу . Измерения повторить три раза и вычислить среднее значение;

г) посчитать абсолютную погрешность измерения , вычислить среднее значение;

д) вычислить угол вращения плоскости поляризации с учётом поправки прибора, обязательно учитывая знак нулевого отсчёта:

;

е) проделать измерения для других концентраций раствора сахарозы, в том числе и для неизвестной;

ж) все данные внести в таблицу №1

Таблица №1

Упражнение 3. Определение концентрации сахарозы в растворе.

а) Подобно примеру, приведённому на рис.6, постройте ниже график зависимости .

б) затем рассчитать среднюю абсолютную погрешность угла вращения:

;

в) по графику найти неизвестную концентрацию с учётом погрешности:

.

По результатам выполненной работы записать вывод.

Контрольные вопросы:

Уравнение электромагнитной волны. Графическое изображение электромагнитной волны.

Понятие естественного и поляризованного света.

Закон Малюса.

Явление вращения плоскости поляризации оптически активными веществами.

Устройство и принцип действия поляриметра.

Применение поляриметра в медицине.

Поляризация света при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков (Закон Брюстера).

Поляризация света при двойном лучепреломлении.

Решить задачи по модульной единице (самостоятельно):

Какова концентрация раствора, если одинаковая освещённость фотометрических полей была получена при толщине l₁=8мм у эталонного 3 раствора и l₂=24мм у исследуемого раствора?

При прохождении монохроматического света через слой вещества толщиной l=15см его интенсивность убывает в 4 раза. Определите концентрацию вещества в растворе, если показатель поглощения k =0,025см^-1.

Оптическая плотность раствора D=0.8. Найти его коэффициент пропускания.

Два николя расположены так, что угол между их главными плоскостями составляет =60°. Во сколько раз уменьшится интенсивность естественного света при прохождении его: 1) через один николь; 2) через оба николя? При прохождении каждого из николей потери на отражение и поглощение составляют5 %.

Главные плоскости двух призм николя, поставленных на пути луча, образуют между собой угол ₁=60°. Как изме­нится интенсивность света, прошедшего через эти призмы, если угол между их плоскостями поляризации станет рав­ным ₂=ЗО⁰?

Во сколько раз ослабляется естественный свет, проходя через два николя, главные плоскости которых составляют угол =30°, если в каждом из николей на отражение и поглощение теряется 10% падающего на него светового потока?

Литература:

Ремизов, А.Н. Медицинская и биологическая физика: учебник / А.Н. Ремизов. – М.: Дрофа, 2010

Ремизов, А. Н. Сборник задач по медицинской и биологической физике: учебное пособие / А.Н. Ремизов, А.Г. Максина. – М.: Дрофа, 2010.

Физика и биофизика. Практикум: учебное пособие для вузов / В.Ф. Антонов и др. – М. ГЭОТАР-Медиа, 2008

Фёдорова, В.Н., Фаустов, Е.В. Медицинская и биологическая физика: учебное пособие для вузов. Курс лекций с задачами. - М.ГЭОТАР-Медиа, 2009.

ЗАНЯТИЕ 3.5

ТЕМА: «ИОНИЗИРУЮЩЕЕ ИЗЛУЧЕНИЕ. РЕНТГЕНОВСКАЯ ТРУБКА. ДОЗИМЕТРИЯ»

Цель занятия: Сформировать у студентов представления о физической природе ионизирующих излучений, механизмах их взаимодействия с веществом, а так же усвоить материал об элементах дозиметрии ионизирующих излучений.

Студент должен знать: Физическую природу ионизирующих излучений и элементы дозиметрии.

Студент должен уметь: Решать физические задачи по данной теме.

Вопросы, рассматриваемые на занятии:

Понятие ионизирующих излучений. Виды ионизирующих излучений. Источники ионизирующих излучений.

Радиоактивность. Естественная и искусственная радиоактивность.

Основной закон радиоактивного распада. Период полураспада. Активность.

Количественные характеристики взаимодействия ионизирующего излучения с веществом.

Рентгеновское излучение. Устройство и принцип работы рентгеновской трубки.

Тормозное рентгеновское излучение.

Характеристическое рентгеновское излучение. Закон Мозли.

Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом (когерентное, некогерентное рассеяние, фотоэффект). Закон ослабления.

Дозиметрия. Дозы излучения. Мощность дозы.

Биологические эффекты доз излучения. Предельные дозы.

Защита биологических объектов от повреждающего действия ионизирующих излучений.

Решить задачи:

Найдите границу тормозного рентгеновского излучения (частоту и длину волны) для напряжений и₁=2кВ и и₂=20 кВ. Во сколько раз энергия фотонов этих излучений больше энергии фотона, с длиной волны =760нм

Найдите поток рентгеновского излучения при разности потенциалов на рентгеновской трубке 15кВ и силе тока 3 мА.

Анод изготовлен из вольфрама. Скольким фотонам в секунду соответствует этот поток, если допустить, что излучается электромагнитная волна, длина которой равна 1/2 от длины волны, соответствующей границе спектра тормозного рентгеновского излучения.

Мощность экспозиционной дозы -излучения на расстоянии R = 1м от точечного источника составляет р=2,1510^-7 Кл/кг. Определите минимальное расстояние от источника, на котором можно ежедневно работать по 6 ч без защиты. Предельно допустимой эквивалентной доз при профессиональном облучении считать 510^-2 Дж/кг в течение года. Поглощение -излучения воздухом не учитывать.

Какова активность препарата, если в течение 10 мин распадается 10 000 ядер этого вещества?

Работа выхода электрона из лития А = 2,5 эВ. Будет ли фотоэффект при освещении лития монохроматическим светом с длиной волны  = 50 нм?

При естественном радиоактивном распаде радия испускается α – частица. Написать ядерную реакцию.

Известно, что разовая летальная доза для человека равна 400 Р (50 % смертности). Выразить эту дозу в системных и во внесистемных единицах.

Человек весом 60 кг в течении 6 ч подвергался действию γ-излучения, мощность которого составляла 30 мкР/ч. Считая, что основным поглощающим элементом являются мягкие ткани, найти экспозиционную, поглощенную и эквивалентную дозы облучения. Найти поглощённую энергию излучения в единицах СИ.

Примеры решения типовых задач по теме:

«Ионизирующие излучения. Дозиметрия.

Рентгеновская трубка»

Задача 1.

Телом массой m = 60 кг в течение t = 6 ч была поглощена энергия Е = 1 Дж. Найдите поглощенную дозу и мощность поглощенной дозы в единицах СИ и во внесистемных единицах.

Дано: Решение:

Ответ: D=1,7рад

P=7,87∙10^-5рад/c.

Задача 2.

Определите (в эВ) работу выхода электрона из рубидия, если красная граница фотоэффекта для рубидия = 0,81 мкм

Литература:

Ремизов, А.Н. Медицинская и биологическая физика: учебник / А.Н. Ремизов. – М.: Дрофа, 2010

Ремизов, А. Н. Сборник задач по медицинской и биологической физике: учебное пособие / А.Н. Ремизов, А.Г. Максина. – М.: Дрофа, 2010.

Фёдорова, В.Н., Фаустов, Е.В. Медицинская и биологическая физика: учебное пособие для вузов. Курс лекций с задачами. - М.ГЭОТАР-Медиа, 2009.

ЗАНЯТИЕ 3.6

ТЕМА: ЗАЧЁТ ПО МОДУЛЮ 3

Вопросы:

Понятие о геометрической оптике.

Аберрации линз (сферическая аберрация, хроматическая аберрация, дисторсия, астигматизм).

Строение глазного яблока человека.

Глаз как центрированная оптическая система.

Механизм аккомодации глаза.

Разрешающая способность глаза, понятие об остроте зрения.

Компенсация аберраций оптической системой глаза.

Аномалии рефракции глаза (миопия, гиперметропия, пресбиопия), их коррекция.

Явление преломления света. Рефракция света.

Абсолютный и относительный показатель преломления.

Закон преломления света (Закон Снелля).

Что называют предельными углами преломления и полного отражения.

В чём заключается явление полного отражения и где оно применяется в медицине.

Устройство и принцип действия рефрактометра.

Методы определения показателя преломления растворов с помощью рефрактометра.

Волоконная оптика.

Современная эндоскопия и ее методы.

Определение поглощения света.

Законы поглощения света: Бугера, Бера, Бугера-Ламберта-Бера.

Понятие оптической плотности и коэффициента пропускания раствора.

Устройство и принцип действия фотоэлектроколориметра.

Применение фотоэлектроколориметра в медицине.

Уравнение электромагнитной волны. Графическое изображение электромагнитной волны.

Понятие естественного и поляризованного света.

Закон Малюса.

Явление вращения плоскости поляризации оптически активными веществами.

Устройство и принцип действия поляриметра.

Применение поляриметра в медицине.

Понятие ионизирующих излучений. Виды ионизирующих излучений. Источники ионизирующих излучений.

Радиоактивность. Естественная и искусственная радиоактивность.

Основной закон радиоактивного распада. Период полураспада. Активность.

Количественные характеристики взаимодействия ионизирующего излучения с веществом.

Рентгеновское излучение. Устройство и принцип работы рентгеновской трубки.

Тормозное рентгеновское излучение.

Характеристическое рентгеновское излучение. Закон Мозли.

Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом (когерентное, некогерентное рассеяние, фотоэффект). Закон ослабления.

Дозиметрия. Дозы излучения. Мощность дозы.

Биологические эффекты доз излучения. Предельные дозы.

Защита биологических объектов от повреждающего действия ионизирующих излучений.

Литература:

а) основная литература

Ремизов, А.Н. Медицинская и биологическая физика: учебник / А.Н. Ремизов. – М.: Дрофа, 2010

Ремизов, А. Н. Сборник задач по медицинской и биологической физике: учебное пособие / А.Н. Ремизов, А.Г. Максина. – М.: Дрофа, 2010.

б) дополнительная литература

Антонов, В.Ф. Физика и биофизика. Курс лекций для студентов медицинских вузов: учебное пособие для вузов / В.Ф. Антонов, А.В. Коржуев. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2007

Корнеев, Ю.А. Медицинская и биологическая физика / Ю.А. Корнеев, А.П. Коршунов, В.И. Погадаев. – М.: Медицинская книга; Н. Новгород: Изд-во НГМА

Ремизов, А.Н. Медицинская и биологическая физика: учебник / А.Н. Ремизов. – М.: Высшая школа, 1999.

Физика и биофизика. Практикум: учебное пособие для вузов / В.Ф. Антонов и др. – М. ГЭОТАР-Медиа, 2008

Фёдорова, В.Н., Фаустов, Е.В. Медицинская и биологическая физика: учебное пособие для вузов. Курс лекций с задачами. - М.ГЭОТАР-Медиа, 2009.