Дмитриева В.Ф., Базина И.В., Икренникова Ю.Б.

Стр 1 из 6Следующая ⇒

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ

(образован в 1953 году)

Кафедра физики

Дмитриева В.Ф., Базина И.В., Икренникова Ю.Б.

Концепции современного естествознания

Лабораторный практикум

для студентов всех форм обучения

специальностей:

080105(0604), 080109(0605), 080102(0606),

080507(0611), 030501(0211), 030301(0204).

070601(0524), 050701(3513)

www. mgutm.ru

МОСКВА 2009

УДК 5

Дмитриева В.Ф., Базина И.В., Икренникова Ю.Б. Лабораторный практикум по дисциплине «Концепции современного естествознания.»– М.: МГУТУ, 2009.

Данное пособие включает описание техники лабораторных работ, краткие теоретические сведения по соответствующим разделам дисциплины КСЕ, а также контрольные вопросы и тестовые задания для контроля усвоения материала.

Предназначено для студентов I курса всех форм обучения

специальностей: 080105(0604), 080109(0605), 080102(0606), 080507(0611), 030501(0211), 030301(0204). 070601(0524), 050701(3513)

Авторы: Дмитриева В.Ф., Базина И.В., Икренникова Ю.Б.

Рецензент к.т.н. Самсонов Г.А.

Редактор Свешникова Н.И.

Московский Государственный университет технологий и управления, 2008.

109004, Москва, Земляной вал, 73.

Содержание

Лабораторная работа №1А…………………………………………….4

Лабораторная работа №1Б…………………………………………….10

Лабораторная работа №2.….………………………………………….13

Лабораторная работа №3..…………………………………………….21

Лабораторная работа №4..…………………………………………….30

Лабораторная работа №1

Лабораторная работа №1А

Определение длины волны при помощи дифракционной решетки

1.Дифракция света

Развитие оптики вплоть до начала XX века базировалось в основном, на представлении о прямолинейности распространения света. Но уже в XVII веке были известны факты, указывающие на отступление от закона прямолинейного распространения. Это бывает в следующих случаях: когда луч света проходит через малое отверстие в непрозрачном экране; если на пути луча находится малое непрозрачное тело и если свет проходит около края непрозрачного предмета.

Если пучок параллельных лучей света встречает на своем пути непрозрачное круглое тело, то при достаточно малых размерах тела на экране, в середине геометрической тени, будет заметно светлое пятно в центре чередующихся темных и светлых колец. Это указывает на то, что свет распространяется и в область геометрической тени.

Если же пучок параллельных лучей света пропустить через достаточно малое круглое отверстие, то на экране, начиная с некоторого расстояния, по мере изменения расстояния между отверстием и экраном, будет появляться то светлое, то темное пятно в центре чередующихся темных и светлых колец, диаметр которых значительно больше диаметра отверстия. Свет здесь распространяется в область геометрической тени.

Явление отклонения света от прямолинейного распространения в однородной среде, выражающееся в распространении света в область геометрической тени, называется дифракцией света.

Дифракция света показывает, что законы геометрической оптики, базирующиеся на законе прямолинейности распространения света, так же как и ряд других законов физики, оказываются справедливыми только в известных условиях.

Дифракционная решетка

Для получения ярких дифракционных спектров применяются дифракционные решетки. Дифракционная решетка представляет собою совокупность большого числа узких параллельных щелей одинаковой ширины, расположенных на равных расстояниях друг от друга. Простейшим примером дифракционной решетки является стеклянная пластинка, на которой делительной машиной нанесен ряд параллельных штрихов. Места прочерченные машиной являются практически непрозрачными промежутками. Неповрежденные части пластинки играют роль щелей.

Рассмотрим дифракционную картину, даваемую решеткой. Картина дифракционных максимумов и минимумов, даваемых одной щелью, не зависит от положения щели, т.е. если щель переместить параллельно самой себе, то параллельно переместится и вся дифракционная картина. Поэтому, если в пластинке проделаны одинаковые параллельные щели (рис.1), то они дадут одинаковые дифракционные картины. Если на пути лучей, распространяющихся от щелей решетки, поместить линзу, а в фокальной плоскости линзы экран, то на экране в одну точку соберутся все параллельные лучи, идущие под одним и тем же углом j к нормали.

Лучи идущие под другим углом, соберутся в другой точке. Освещенность каждой точки экрана будет зависеть как от интенсивности света, даваемого каждой щелью в отдельности, так и от результата интерференции лучей, прошедших через равные щели. В тех местах, где каждая из щелей дает минимум, будет минимум и при нескольких щелях. Но в тех местах, где каждая из щелей дает свет, не обязательно будет свет и при нескольких щелях. В некоторых направлениях лучи света, прошедшие через разные щели, могут вследствие интерференции гасить друг друга и давать добавочные, к даваемым каждой щелью, минимумы. Точно также в других направлениях лучи, складываясь, могут усиливать друг друга, давать максимумы.

Обозначим на рис. 1 ширину щели АВ = а, ширину непрозрачного промежутка ВС = в. Расстояние а + в = с называют периодом решетки или постоянной решетки.

В направлении нормали лучи идут в одинаковой фазе и при сложении усилят друг друга, дадут светлую полоску, которую называют нулевым максимумом.

Возьмем лучи., распространяющиеся от щелей под некоторым углом j к нормали, и проведем линию АР перпендикулярно к направлению лучей. От этой линии до экрана лучи, распространяющиеся от щелей, будут проходить одинаковые расстояния. Но до этой линии пути, пройденные лучами, различны. Разность хода лучей, идущих от соответственных точек соседних щелей, т.е. лучей, начинающихся у тождественных точек равна:

d = РС = АС × Sin j = с Sin j

На рис. 1 ряд таких соответственных точек показан стрелками.

Если разность хода d равна целому числу волн, т.е. четному числу полуволн, то все лучи, идущие от одной щели, будут при сложении усиливаться лучами, идущими от соответственных точек соседних щелей и в направлении, определяемом равенством:

с Sin j = 2k

или Sin j =

мы увидим светлую полоску, максимум. Величина k, равная любому целому числу начиная с 1, показывает порядок максимума. Из этого равенства следует, что положение максимумов не зависит от числа щелей решетки, а зависит только от длины волны падающего света и постоянной решетки.

Если разность хода d будет равна нечетному числу полуволн, то все лучи щели при сложении погасятся лучами, идущими от соответствующих точек соседних щелей. В направлении определяемом равенством

с Sin j = (2 k + 1)

, или Sin j =

мы увидим темную полоску, добавочный минимум.

Из формулы (7) следует, что лучи различной длины волны будут иметь максимум в различных направлениях. Поэтому, если на дифракционную решетку падает белый луч, то решетка разложит его, и на экране мы увидим дифракционный спектр, обращенный к центральной полосе фиолетовой линией.

Дифракционная решетка находит большое применение в спектральном анализе, обладая рядом преимуществ по сравнению с призматическим спектрографом. Разрешающая способность спектрографов с дифракционной решеткой выше, чем у спектрографов призматических. Для определения длины волны достаточно знать период решетки и расстояние от решетки до экрана, предварительной градуировки спектрометра не требуется.

Дифракционной решеткой могут служить прозрачная жидкость или газ, в которых распространяются ультразвуковые волны. В этом случае по дифракционной картине можно определить длину ультразвуковых волн и скорость их распространения. Дифракция рентгеновских лучей при прохождении через кристалл позволяет определить структуру кристалла.

Таблица результатов измерения

Длина волны крайних красных лучей 0, 76 мкм

определение С	определение l
h	l	C	DС	h	l	l	Dl

Лабораторная работа №1Б

Определение чувствительности фотоэлемента

1. Основные понятия

Фотоэлектрическим эффектом, или фотоэффектом, называют явление вырывания электронов из атомов и молекул вещества под действием света.

Если электроны, выбитые светом, вылетают за пределы вещества, то фотоэффект называется внешним.

Внешний фотоэффект наблюдается главным образом у металлов. Если же, оторванные от своих атомов и молекул, электроны остаются внутри освещаемого вещества в качестве свободных электронов, то фотоэффект называется внутренним. Внутренний фотоэффект наблюдается у некоторых полупроводников и в меньшей степени, у диэлектриков. Явление внешнего фотоэффекта впервые было исследовано Столетовым в 1890 г. Явление внутреннего фотоэффекта было исследовано академиком Иоффе в 1908 г.

Приборы, действие которых основано на применении фотоэффекта, называются фотоэлементами.

Лабораторная работа №2

Градуирование спектроскопа и определение постоянной Планка.

Дисперсия света

Основным понятием геометрической оптики является понятие светового луча. Законы, определяющие направления световых лучей – закон прямолинейного распространения в однородной среде, законы отражения и преломления, – были открыты опытным путем.

Ньютоном было открыто, что показатель преломления не зависит от угла падения светового пучка, но он зависит от цвета. Занимаясь усовершенствованием телескопов, Ньютон обратил внимание на то, что изображение, даваемое объективом, по краям окрашено. Радужную окраску изображения, даваемого линзой, наблюдали, конечно, и до него. Было замечено также, что радужные края имеют предметы, рассматриваемые чрез призму. Пучок световых лучей, прошедших через призму, окрашивается по краям.

Ньютон направил на призму световой пучок малого поперечного сечения. Пучок солнечного света проходил в затемненную комнату через маленькое отверстие в ставне. Падая на стеклянную призму, он преломлялся и давал на противоположной стене удлиненное изображение с радужным чередованием цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Эту радужную полоску Ньютон назвал спектром. Спектром называют совокупность цветов, расположенных в соответствии с длиной волны.

Видимый белый свет – это результат наложения электромагнитных волн с различными длинами волн, которые по отдельности воспринимаются наблюдателем как различные цвета. Таким образом, цвета в спектре – это цвета, содержащиеся в свете белого цвета. Их последовательность соответствует уменьшению длины волны – от красного до фиолетового.

Важный вывод, к которому пришел Ньютон гласит: «Световые пучки, отличающиеся по цвету, отличаются по степени преломляемости. Наиболее сильно преломляются фиолетовые лучи, меньше других – красные».

Зависимость показателя преломления света от его цвета (длины волны) носит название дисперсии (от лат. dispergo – разбрасываю).

Сущностью явления дисперсии является неодинаковая скорость распространения лучей света с различной длиной волны в прозрачном веществе – оптической среде (тогда как в вакууме скорость света всегда одинакова, независимо от длины волны и следовательно цвета).

Различают нормальную и аномальную дисперсии. При нормальной дисперсии с уменьшением длины волны (ростом частоты) показатель преломления увеличивается. Нормальная дисперсия наблюдается у веществ, прозрачных для света. Обычно чем меньше длина (больше частота) волны, тем больше показатель преломления среды и меньше её скорость света в ней. Так, у фиолетового цвета минимальная скорость света в среде и максимальная степень преломления, у красного цвета максимальная скорость в среде и минимальная степень преломления,

Однако в некоторых веществах (например в парах йода) наблюдается эффект аномальной дисперсии, при котором синие лучи преломляются меньше, чем красные. То есть при аномальной дисперсии с уменьшением длины волны (ростом частоты) показатель преломления уменьшается. Аномальная дисперсия наблюдается в областях частот, соответствующих полосам интенсивного поглощения света в данной среде.

Дисперсия света позволила впервые вполне убедительно показать составную природу белого света.

Дисперсией объясняется факт появления разноцветной радуги после дождя.

Дисперсия является причиной хроматической аберрации (искажения изображения) – одного из тщательно устраняемых недостатков (аберраций) оптических систем, в том числе фото и видообъективов.

Благодаря дисперсии света, можно наблюдать цветную «игру света» на гранях бриллианта и других прозрачных гранёных материалов.

Постоянная Планка

Свет представляет собой форму лучистой энергии, которая распространяется в пространстве в виде электромагнитных волн. В 1900 году ученый Макс Планк – один из основоположников квантовой механики – предложил теорию, согласно которой лучистая энергия испускается и поглощается не непрерывным волновым потоком, а отдельными порциями, которые получили название квантов (фотонов).

Энергия, переносимая одним квантом, равна: E = hv, где v – частота излучения, а h – элементарный квант действия, представляющий собой новую универсальную константу, получившую вскоре название постоянная Планка (по современным данным h = 6, 626 × 10^–34 Дж·с).

В 1913 году Нильс Бор создал стройную, хотя и упрощенную модель атома, согласующуюся с распределением Планка. Бор предложил теорию излучения, в основу которой положил следующие постулаты:

1. В атоме существуют стационарные состояния, находясь в котором атом не излучает энергию. Стационарным состояниям атома соответствуют стационарные орбиты, по которым движутся электроны;

2. При переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую (из одного стационарного состояния в другое) излучается или поглощается квант энергии hν = ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ ‌ |E_i – E_n|, где ν – частота излучаемого кванта, E_i – энергия состояния, из которого переходит, а E_n – энергия состояния, в которое переходит электрон.

Если электрон под каким-либо воздействием переходит с орбиты, близкой к ядру на какую либо другую более удаленную, то энергия атома увеличивается, но что требуется затрата внешней энергии. Но такое возбужденное состояние атома малоустойчиво и электрон падает обратно по направлению к ядру на более близкую возможную орбиту.

А когда электрон перескакивает (падает) на орбиту, лежащую ближе к ядру атома, то потерянная атомом энергия переходит в один квант лучистой энергии, испускаемой атомом.

Соответственно, любой атом может излучать широкий спектр связанных между собой дискретных частот, который зависит от орбит электронов в составе атома.

Атом водорода состоит из протона и движущегося вокруг него электрона. Если электрон поглощает порцию энергии, то атом переходит в возбужденное состояние. Если же электрон отдает энергию, то атом переходит из более высокого в менее высокое энергетическое состояние. Обычно переходы из более высокого энергетического состояния в менее высокое сопровождаются излучением энергии в форме света. Однако, возможны также и безызлучательные переходы. В этом случае атом переходит в менее высокое энергетическое состояние без излучения света, а избыток энергии отдает, например, другому атому при их столкновении.

Если атом, переходя из одного энергетического состояния в другое, излучает спектральную линию с длиной волны λ, то, в соответствии со вторым постулатом Бора, излучается энергия Е равная: , где h - постоянная Планка; c - скорость света.

Совокупность всех спектральных линий, которые может излучать атом, называется его спектром испускания.

Как показывает квантовая механика, спектр атома водорода выражается формулой:

, где R – постоянная, называемая постоянной Ридберга; n₁и n₂числа, причем n₁< n₂.

Каждая спектральная линия характеризуется парой квантовых чисел n₂и n₁. Они указывают энергетические уровни атома соответственно до и после излучения.

При переходе электронов с возбужденных энергетических уровней на первый (n₁ = 1; соответственно n₂ = 2, 3, 4, 5…) образуется серия Лаймана. Все линии серии Лаймана находятся в ультрафиолетовом диапазоне.

Переходы электронов с возбужденных энергетических уровней на второй уровень (n₁ = 2; соответственно n₂ = 3, 4, 5, 6, 7…) образуют серию Бальмера. Первые четыре линии (то есть при n₂ = 3, 4, 5, 6) находятся в видимом спектре, остальные (то есть при n₂ = 7, 8, 9) в ультрафиолетовом.

То есть, видимые спектральные линии этой серии получаются, если электрон перескакивает на второй уровень (вторую орбиту): красная – с 3-ей орбиты, зеленая – с 4-ой орбиты, синяя – с 5-ой орбиты, фиолетовая – с 6-ой орбиты.

Переходы электронов с возбужденных энергетических уровней на третий (n₁ = 3; соответственно n₂ = 4, 5, 6, 7…) образуют серию Пашена. Все линии серии Пашена расположены в инфракрасном диапазоне.

Переходы электронов с возбужденных энергетических уровней на четвертый (n₁ = 4; соответственно n₂ = 6, 7, 8…) образуют серию Брэккета. Все линии серии находятся в далёком инфракрасном диапазоне.

Также в спектральных сериях водорода выделяют серии Пфунда и Хэмпфри.

Наблюдая линейчатый спектр атома водорода в видимой области (серию Бальмера) и измеряя длину волны λ спектральных линий этой серии, можно определить постоянную Планка.

В системе СИ расчетная формула для нахождения постоянной Планка при выполнении лабораторной работы примет вид:

где n₁ = 2 (серия Бальмера); n₂ = 3, 4, 5, 6.

= 3, 2 × 10^-93

λ – длина волны (нм)

Постоянная Планка фигурирует во всех уравнениях и формулах квантовой механики. Она, в частности, определяет масштабы, начиная с которых вступает в силу принцип неопределенности Гейзенберга. Грубо говоря, постоянная Планка указывает нам нижний предел пространственных величин, после которого нельзя не принимать во внимание квантовые эффекты. Для песчинок, скажем, неопределенность произведения их линейного размера на скорость настолько незначительна, что ею можно пренебречь. Иными словами, постоянная Планка проводит границу между макромиром, где действуют законы механики Ньютона, и микромиром, где вступают в силу законы квантовой механики. Будучи получена всего лишь для теоретического описания единичного физического явления, постоянная Планка вскоре стала одной из фундаментальных констант теоретической физики, определяемых самой природой мироздания.

Лабораторная работа №3

Радиоактивность.

Радиоактивностью называется процесс самопроизвольного превращения неустойчивых элементов в устойчивые, сопровождающееся испусканием элементарных частиц или излучением энергии.

a - излучение - это излучение a-частиц, которые представляют собой ядра гелия;

b - излучение - это испускание электронов или позитронов;

g - излучение – это испускание электромагнитных волн чрезвычайно высоких энергий. Оно является результатом перехода ядер из возбужденных состояний в нормальное при радиоактивных превращениях.

Распад радиоактивных веществ количественно описывается законом радиоактивного распада:

N = N₀ e^-^l^t,

где N₀ - число радиоактивных ядер в момент времени t = 0; N - число радиоактивных ядер, оставшихся нераспавшимися к моменту t.

l - постоянная радиоактивного распада: l = , где Т_1/2- период полураспада. Период полураспада (Т_1/2) –это время, в течение которого распадается половина начального числа радиоактивных атомов.

3. Закон поглощения g -излучения.

Гамма-кванты состоят из фотонов одной энергии или содержат группу фотонов с дискретными значениями энергии. Чаще всего энергия гамма-лучей находится в диапазоне от нескольких КэВ до нескольких МэВ.

Прохождение g -излучения через вещество сопровождается его поглощением. При прохождении поглотителя толщиной x интенсивность J g -лучей уменьшается на J, причем относительная интенсивность поглощения излучения пропорциональна толщине поглотителя:

= -mDх (1)

где m - линейный коэффициент поглощения.

Если вместо конечной толщины Dх имеем бесконечно малую величину dx, бесконечно малое изменение интенсивности d J, то уравнение (1) примет вид:

= - m dx (2)

Интегрируя это уравнение, получим

J =J₀ е^-^m^х (3)

При рассмотрении процесса поглощения гамма-излучения веществом, полезным оказывается понятие о слое половинного поглощения х_1/2.

Слоем половинного поглощения называется толщина поглотителя, в котором поглощается половина падающих на него фотонов.

Эта величина выражается: = е ^-^m^х

Тогда, логарифмируя, получим:

х= (4)

До сих пор рассматривали явление поглощения гамма-лучей, не касаясь конкретного взаимодействия гамма-лучей с веществом, обусловливающего процесс поглощения и величину m - коэффициента поглощения.

При прохождении g - лучей через вещество происходит ослабление интенсивности первоначального пучка. Это ослабление интенсивности является результатом взаимодействия g - квантов с электронами и атомами вещества, через которые они проходят.

Практически наиболее существенны три процесса взаимодействия с веществом: фотоэффект, комптоновское рассеяние и образование пар, приводящих к поглощению g - излучения.

а. Фотоэлектрический эффект

Фотоэффектом называется такой процесс взаимодействия g - кванта (фотона) с веществом, при котором g - квант исчезает, полностью передавая свою энергию и импульс электрону и атому. При этом электроны выбрасываются за пределы атома с кинетической энергией

W_k = hn - Ai (5)

где hn - энергия g - кванта; А_i- работа выхода электрона с i -ой оболочки атома.

Фотоэффект наиболее вероятен в том случае, когда энергия фотона близка к работе выхода А. Именно поэтому, ослабление лучей вследствие фотоэффекта играет основную роль при малых энергиях (Еg £ 1 МэВ). Фотоэффект возможен лишь на связанных электронах.

б. Комптоновское рассеяние

Процесс рассеяния g - квантов на свободных или слабосвязанных электронах называется комптон-эффектом. В результате рассеяния изменяется направление движения g - кванта и уменьшается его длина волны:

Dl = l₂ - l₁

в. Образование пар

Третьим процессом, приводящим к ослаблению g - излучения при прохождении через вещество, является процесс образования пар. Согласно современной теории, падающий g - квант полностью поглощается в области кулоновского поля ядра ( или электрона), в результате чего возникает пара частиц: электрон-позитрон. Минимальная энергия фотона, необходимая для образования пары в области поля ядра, равна

Е = 2 Е_0е = 2 m₀ c²

m_o – масса покоя электрона.

Таким образом, поглощение g - излучения веществом и величина m обусловлена тремя рассмотренными процессами, каждый из которых, в зависимости от энергии g - излучения и свойств поглощающего вещества, вносит свой вклад в значение: m = m_фот+ m_комп + m_пар.

4. Описание установки и порядок выполнения работы.

В данной работе необходимо проверить закон поглощения g - излучения в веществе, построить график зависимости изменения интенсивности J g - излучения от толщины поглотителя. По графику определить слой половинного поглощения для g - излучения данной энергии и рассчитать коэффициент линейного поглощения m. В качестве источника излучения используется радиоактивный изотоп С₀⁶⁰ (Е = 1, 17 МэВ).

При выполнении работы используются приборы и принадлежности: радиометр-спектрометр (см. рис. 1); свинцовый домик типа " ТУР 74019 Robotron - masselectrone»; источник g - излучения С₀⁶⁰; набор пластин из оцинкованного железа (см. рис. 1). Радиометр-спектрометр состоит из сцинтилляционного датчика «Stintillation probe type - 484 В» и измерительного пульта «Nuclear analyzer - 482 В». Датчик присоединяется с помощью высоковольтного разъема (1) с измерительным пультом (1) и помещен внутри свинцового домика, напротив источника g - излучения С₀⁶⁰.

Между источником гамма-излучения и сцинтилляционным датчиком в свинцовом домике имеются приспособления для установки пластин, которые служат поглотителем g - излучения. Толщина поглотителя регулируется числом пластин.

1 - высоковольтный разъем датчика

2 - измеритель скорости счетчика и напряжения батарей

3 - переключатель поддиапазонов измерителя скорости счета

4 - дисплей

5 - переключатель дисплея

6 - тумблер Reset-start-star (cбор - пуск - стоп)

7 - переключатель селекции времени измерения

8 - регулятор высокого напряжения

9 - регулятор порога анализатора

10 - регулятор ширины окна анализатора

11 - переключатель режима измерения

12 - тумблер напряжения питания

Порядок выполнения: (см. обозначения на рис. 1 и приборе).

1. Включить сеть (тумблер ОN - 12).

2. Установить высокое напряжение 1200 В на многооборотном патенциометре " High - Vоltage" 400....1400 ® 8.

3. На блоке «Analyzer» - установить тумблер «int- diff» ® 12 в положение «int», ручку потенциометра 2 DE ® 10 в положение 0.0, ручку потенциометра «Е» ® 9в положение 860.

4.Переключатель «rate» ® 3 поставить в положение 3 × 10⁵.

5. Ручку переключателя «time» ® 7 поставить в положение «01».

6. Убедиться, что в свинцовом (защитном) домике нет пластин.

7.Тумблер «reset - start - stop» ® 6 поставить в положение «start». На экране дисплея 4 появится точка (отсчет начался) через 6 секунд (0, 1минуты) на экране дисплея 4 высветится число, соответствующее количеству g - квантов, зарегистрированных детектором (датчиком) в отсутствие поглотителя. Это число n₀ записать в таблицу.

8. Установить в защитный домик 3 пластины и повторить п.7. Записать число n1, которое высветится на экране дисплея. Оно будет соответствовать количеству g - квантов, прошедших 1-й поглощающий слой пластин.

9. Последовательно увеличивать число пластин, устанавливая в домик 6, 9, 12....i пластин и каждый раз повторять п.7, записывая значения n₂, n₃, ......n_i c экрана дисплея в таблицу.

10. По результатам измерения построить график зависимости n_i/n₀ = f (i) (по оси координат , по оси абсцисс – число пластин i). По графику определить слой половинного поглощения и вычислить значения m; для этого вычислить толщину поглотителя, соответствующую слою половинного поглощения: = i d, где d – толщина пластины (мм).

ПРИМЕЧАНИЕ.

Числа на экране дисплея высвечиваются в течении 4 секунд, если за это время Вы не успели записать показания, то необходимо нажать тумблер «Display» ® 5 вверх и на экране дисплея высветиться это число, оно будет на экране до тех пор, пока Вы не отпустите тумблер.

5.Контрольные вопросы

1. Назовите и охарактеризуйте виды радиоактивного излучения.

2. Напишите основной закон радиоактивного распада.

3. Какие виды радиоактивного излучения обладают максимальной проникающей способностью?

4. Какие основные виды нарушений могут возникать в организме человека в результате радиоактивного поражения?

5. Сформулируйте закон поглощения g -излучения.

6. Чем обусловлен процесс поглощения g -излучения в веществе?

6.Тестовые задания

1. Радиоактивность – это…

А) превращение устойчивых химических элементов в неустойчивые

Б) превращение неустойчивых элементов в устойчивые

В) самопроизвольное превращение неустойчивых элементов в устойчивые, сопровождающееся испусканием элементарных частиц или излучением энергии

Г) природное свойство стабильных изотопов

2. Период полураспада – это…

А) вероятность распада отдельного атома в единицу времени

Б) время, в течение которого распадается половина начального числа радиоактивных атомов

В) время, в течение которого распадается половина долго живущих изотопов

Г) обратная величина постоянного распада, которая определяет среднее время жизни отдельного радиоактивного атома

3. g - излучение – это …

А) испускание электронов и позитронов

Б) испускание ядер гелия

В) испускание электромагнитных волн чрезвычайно высоких энергий

Г) испускание электромагнитных волн любой энергии

Лабораторная работа №4

Влияние катализаторов

Наиболее сильное влияние на скорость реакции оказывает присутствие в реагирующей системе катализатора – вещества, которое повышает (а иногда и уменьшает – тогда его называют ингибитором) скорость химической реакции, но само не расходуется в этом процессе. Катализаторы подразделяют на три типа: гомогенные, гетерогенные и биологические (биокатализаторы или ферменты, реже можно встретить название энзимы).

Влияние катализаторов на скорость реакции называется катализом. Если взаимодействующие вещества и катализатор находятся в одном агрегатном состоянии, говорят о гомогенном катализе. При гетерогенном катализе реагирующие вещества и катализатор находятся в различных агрегатных состояниях: обычно катализатор – в твердом, а реагирующие вещества – в жидком или газообразном.

Механизм действия катализаторов является очень сложным. Основная гипотеза, объясняющая катализ – предположение об образовании промежуточных продуктов при взаимодействии катализатора и реагирующего вещества.

Для объяснения гетерогенного катализа чаще всего пользуются адсорбционной теорией катализа. Согласно этой теории при гетерогенном катализе происходит адсорбция реагирующих веществ поверхностью катализатора (за счет того, что поверхность катализатора неоднородна и на ней имеются так называемые активные центры). Под действием активных центров катализатора у адсорбированных молекул ослабляется связь между атомами, увеличиваются расстояния между атомами в реагирующей молекуле, реагирующие молекулы деформируются, а иногда даже диссоциируют на отдельные атомы.

Кроме того, нужно подчеркнуть, что для катализатора характерна избирательность действия, т. е. определенный катализатор, изменяя скорость одной реакции, не оказывает влияния на скорость какой то другой химической реакции. Поэтому понятно, что поиски, подбор, исследования и дальнейшее внедрение в практику все новых и новых катализаторов являются одной из сложнейших и важнейших задач современной химии.

Катализ играет большую роль не только в химии, но и в биологии, так как практически все биохимические превращения, происходящие в живых организмах, являются каталитическими. Роль катализаторов в этих реакциях выполняют специфические белки, называемые ферментами. Всем ферментам свойственна высокая каталитическая сила и специфичность.

Ферменты ускоряют реакции, по крайней мере, в миллионы раз. В самом деле, в отсутствие ферментов скорость большинства реакций в биологических системах была бы практически неощутима. Даже такая простая реакция, как гидратирование диоксида углерода катализируется ферментом:

СО₂+ Н₂О ® Н₂СО₃

В отсутствие фермента перенос СО₂ из тканей в кровь и затем в воздух легочных альвеол был бы не полон. Карбоангидраза, катализирующая эту реакцию, принадлежит к числу самых активных ферментов из всех известных. Каждая молекула карбоангидразы способна гидратировать 10⁵ молекул СО₂ в 1 секунду. Скорость реакции гидратирования СО₂ в присутствии фермента в 10⁷ раз выше, чем в его отсутствие.

Ферменты обладают высокой специфичностью как в отношении катализируемой ими реакции, так и в отношении субстратов, т. е. участвующих в реакции веществ. Степень специфичности к субстрату обычно высока, а иногда практически абсолютна.

Примером высокой специфичности ферментов может служить ДНК-полимераза I. Этот фермент синтезирует ДНК, соединяя друг с другом четыре типа нуклеотидов – строительных блоков ДНК. Последовательность нуклеотидов в синтезируемой цепи ДНК определяется последовательностью нуклеотидов в другой цепи ДНК, играющей роль матрицы. ДНК- полимераза I отличается поразительно высокой точностью в выполнении тех инструкций, которые задаются матрицей. В синтезируемых цепях ДНК ошибочно включенный нуклеотид встречается реже, чем один раз на миллион.

Некоторые ферменты синтезируются в форме неактивного предшественника и переходят в активное состояние в соответствующем месте и времени. Примером регуляции такого типа могут служить пищеварительные ферменты. Так, трипсиноген синтезируется в поджелудочной железе, а активируется в тонком кишечнике, где в результате расщепления пептидной связи образуется активная форма – трипсин. Каталитически неактивные предшественники ферментов называются проферментами или зимогенами.

Ферменты осуществляют трансформацию различных видов энергии. Так, например, при фотосинтезе энергия света превращается в энергию химических реакций. В митохондриях – энергетических станциях клетки, свободная энергия, содержащаяся в низкомолекулярных веществах, поступающих с пищей, переходит в энергию аденозинтрифосфата (АТФ). Энергия химических связей АТФ используется далее во многих процессах.

12 3 4 5 6 Следующая ⇒