Fizyka współczesna

1. Fizyka współczesna 97/49_MF_G1 II LO Wałcz grupa mat-fiz

2. WPŁYW PROMIENIOWANIA NA ORGANIZMY ŻYWE • Żyjące na Ziemi organizmy, narażone są na stały wpływ promieniowania jonizującego. Oddziałuje ono na organizm zarówno przy ekspozycji zewnętrznej, jak i w wyniku obecności radioizotopów wewnątrz organizmu. Najczęstszymi drogami przedostawania się radioizotopów do organizmu są: + drogi oddechowe + układ pokarmowy + skóra

4. 2) przeniesieniu nośników ładunku elektrycznego pomiędzy pasmami energetycznymi (tzw. zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne), w wyniku naświetlania promieniowaniem elektromagnetycznym (na przykład światłem widzialnym) o odpowiedniej częstotliwości, zależnej od rodzaju przedmiotu

5. gdzie: h – stała Plancka; ν – częstotliwość padającego fotonu; W – praca wyjścia; Ek – maksymalna energia kinetyczna emitowanych elektronów. Hipoteza kwantów wyjaśnia, dlaczego energia fotoelektronów jest zależna od częstości światła oraz, że poniżej pewnej częstotliwości światła, zjawisko fotoelektryczne nie zachodzi. Einstein opublikował swoją pracę, w której wyjaśnił zjawisko fotoelektryczne, w Annalen der Physik w 1905 r.

6. Dyfrakcja • Jest to zjawisko polegające na zaburzeniu prostoliniowego rozchodzenia się promieni świetlnych.Dyfrakcji ulega światło tylko na takich przeszkodach (szczelinach), których rozmiary są porównywalne z długością fali świetlnej.

7. Interferencja • Jest to nakładanie się dwóch lub większej liczby wiązek, w wyniku czego dochodzi do wzmocnienia lub wygaszenia interferencyjnego. • Możemy ją zaobserwować podczas nakładania się dwóch fal na wodzie.

8. LASER Lasery to urządzenia wytwarzające specyficzny rodzaj światła.Za ich pomocą można rozcinać tkanki, przesyłać światłowodowymi kablami programy TV,a także naprowadzać pociski na cel.

9. Światło lasera jest monochromatyczne (jednobarwne), czyli składa się wyłącznie z promieni o jednakowej długości fali i jest widoczne w postaci wiązki o bardzo czystym kolorze.

10. Światło lasera jest spójne, czyli składa się wyłącznie z promieni o identycznej długości fali, biegnących w tym samym kierunku i zsynchronizowanych ze sobą.

11. Fale elektromagnetyczne Można je podzielić ze względu na częstotliwość lub długość, taki podział nazywa się widmem fal elektromagnetycznych. Obejmuje ono fale radiowe, mikrofale, promieniowanie podczerwone, światło widzialne, promieniowanie ultrafioletowe, promieniowanie rentgenowskie, promieniowanie gamma. Zakresy poszczególnych rodzajów promieniowania nie mają wyraźnych i ostrych granic. Niektóre z nich wzajemnie zachodzą na siebie. Dzieje się tak np. w zakresie promieniowania nadfioletowego i rentgenowskiego czy też promieniowania podczerwonego i promieniowania radiowego.

12. Widmo fal elekromagnetycznych

13. Faleradiowe • Zakres ten obejmuje fale elektromagnetyczne o długościach od kilku milimetrów do setek kilometrów. Tak więc należą tutaj najdłuższe fale. Po raz pierwszy w sposób zamierzony zostały wytworzone przez Hertza. On również udowodnił, że mogą być przesyłane na duże odległości. Zakres fal radiowych dzieli się dodatkowo na fale krótkie, średnie i długie.

14. Mikrofale • Należą tutaj fale o długościach od 1 milimetra do 30 centymetrów. Promieniowanie mikrofalowe może być generowane przez klistrony i magnetrony. Natomiast do ich przesyłu stosuje się falowody. Mikrofale używane w radiolokacji to te o mniejszych długościach fal, od około 20 cm do 0.5 milimetra. • Poza tym mikrofale wykorzystywane są w telekomunikacji satelitarnej, medycynie a także powszechnie używanych kuchenkach mikrofalowych. Mikrofala

15. Promieniowanie podczerwone • To promieniowanie o długościach fali od 760 nanometrów do 2000 mikrometrów. Obszar ten dodatkowo dzieli się na trzy rejony: podczerwień bliską, średnią podczerwień i daleką podczerwień. Promieniowanie podczerwone zwane także promieniowaniem termicznym emitowane jest przez wszystkie rozgrzane obiekty oraz przez lampy wyładowcze. Promieniowanie podczerwone jest odbierane przez narządy zmysłów jako ciepło. Powszechnie używa się tego promieniowania w urządzeniach zwanych noktowizorami. Noktowizor

16. Światło widzialne • To zakres promieniowania elektromagnetycznego, które wywołuje w oku ludzkim wrażenie widzenia.. Są to fale z zakresu od 380 do 780 nanometrów. Zakres ten niekiedy nazywany jest zakresem tęczy, odpowiada bowiem kolorom od czerwieni przez pomarańczowy, żółty, zielony, niebieski aż do fioletowego.

17. Promieniowanie ultrafioletowe • Są to fale z przedziału od 390 do 10 nanometrów. Fale dłuższe, do około 190 nanometrów to ultrafiolet bliski, a fale krótsze to ultrafiolet daleki. Promieniowanie UV emitowane przez Słońce to zarówno UV- A jak i UV -B. Jednak warstwa ozonowa pochłania prawie cały UV-B i do Ziemi dociera głównie ultrafiolet UVA. Promieniowanie ultrafioletowe ma ważną własność. Może mianowicie powodować fluorescencję wielu ciał. Dlatego też z powodzeniem używa się go do wykrywania fałszywych banknotów czy w kryminalistyce przy oględzinach miejsc zbrodni. Znaczniki fluorescencyjne wykorzystuje się również do obserwowania metabolizmu niektórych substancji w organizmach. Tester do banknotów

18. Promienie rentgenowskie • To fale z zakresu 12 - 0.012 nanometrów. Dodatkowo obszar ten podzielono na promieniowanie X miękkie i twarde. Promieniami miękkimi nazywa się te , które mają najmniejsze energie. Natomiast promienie twarde to te o energii większej. Promieniowanie rentgenowskie jest bardzo przenikliwe. Promienie X zostały odkryte przez Rontgena w roku 1895 i od tamtej pory są powszechnie wykorzystywane m.in. w medycynie i przemyśle. Aparat do zdjęć rentgenowskich

19. Promieniowanie gamma • Są to fale najkrótsze. Promieniowanie gamma stanowi jeden z przykładów promieniowania jonizującego. Może powstawać w reakcjach rozpadu jąder izotopów promieniotwórczych, w reakcjach syntezy jąder, a także w procesie anihilacji. • Emisja promieniowania gamma towarzyszy przejściu jądra pierwiastka promieniotwórczego ze stanu wzbudzonego do stanu o niższej energii. Nie zachodzi przy tym zmiana składu jądra. • Promieniowanie gamma należy do najbardziej przenikliwego promieniowania. • W przemyśle wykorzystywane jest m.in. do badania metali i ich stopów w celu wykrycia ewentualnych defektów. Jest to tzw. defektoskopia Defektoskop

20. Fototranzystor

21. Fototranzystor – element optoelektroniczny złożony z trzech warstw półprzewodnika o kolejno zmieniających się typach przewodnictwa (n-p-n lub p-n-p). Łączy on w sobie właściwości fotodiody i wzmacniające działanie tranzystora. • Działanie fototranzystora: Złącze kolektor - baza jest wykonane jak fotodioda. Promieniowanie padające na ten obszar powoduje przepływ prądu bazy, który po wzmocnieniu powoduje prąd kolektora. Dzięki temu możliwe jest sterowanie prądem kolektora przez sygnały świetlne.

22. fotodioda

23. Fotodioda – dioda półprzewodnikowa pracująca jako ffotodetektor. • Fotodiody wykonane są jako elementy złącze p-n lub p-i-n, z warstwą samoistną Fotony padające na złącze są absorbowane (zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne) w rezultacie czego elektron zostaje przeniesiony do pasma przewodnictwa i powstaje para elektron-dziura. Elektrony swobodne są przyciągane przez dodatni ładunek przestrzenny na granicy obszaru typu n, dziury zaś wędrują do obszaru typu p. Prąd przewodzenia złącza p-n zwiększa się wraz ze wzrostem strumienia świetlnego. Złącze musi być polaryzowane zaporowo z zewnętrznego źródła napięcia.

24. Doświadczenie Younga • eksperyment polegający na przepuszczeniu światła poprzez dwa pobliskie otwory w przesłonie i rzutowaniu na ekran. Na ekranie wskutek interferencji tworzą się charakterystyczne prążki potwierdzające falową naturę światła.

25. Zachowanie fal, które napotkały ścianę z jedną szczeliną Zachowanie fal, które napotkały ścianę z dwoma szczelinami

26. Jak wyglądało doświadczenie Younga… • Thomas Young użył w swoim eksperymencie nieprzeźroczystego materiału w którym wyciął dwie bardzo małe dziurki. Jednakowe światło interferowało na szczelinach i tworzyło na ekranie umieszczonym po drugiej stronie nieprzeźroczystego materiału obraz interferencyjny (Young zaobserwował jasne prążki)

27. Czym jest foton? Foton jest kwantem pola elektromagnetycznego. Promieniowanie Roentgena jest strumieniem fotonów. Foton jest ruchomym elementem, który posiada określony zapas energii i pęd, a więc zachowuje się jak cząsteczka materii poruszająca się z c. Fotony wybijają elektron z atomu i poruszają się dalej, ale w innym kierunku i ze zmniejszoną energią. Elektron zostaje odrzucony zachowując energię przekazaną przez foton.

29. Doświadczenie Użyjemy prostego instrumentu: półprzepuszczalnego lustra. Patrząc w takie lustro widzimy własny ,odbity obraz twarzy i to, co jest za lustrem. Wiązka światła padająca na półprzepuszczalne lusterko rozdziela się na dwie: jedną odbitą i drugą przepuszczoną. Mają one jednakowe natężenie.

30. Wynik doświadczenia nr1 Na rysunku źródłem fotonu jest pojedyncza emisja atomowa. Dwa fotopowielacze P(1) oraz P(2) będą rejestrowały obecność fotonu. Wynik eksperymentu: Obydwa fotopowielacze nigdy nie zadziałają jednocześnie ! Zachowują się więc tak jakby cały foton, albo przechodził ,albo odbijał się od lustra SST. Z punktu widzenia falowej natury światła wynik jest absurdalny ! Albowiem część energii fali padającej na SST, a dokładnie połowa, powinna ulec odbiciu i pobiec drogą r, a druga połowa energii fali powinna pobiec drogą t i obydwie części jednocześnie powinny być zarejestrowane przez obydwa fotopowielacze. Jednak powyższe, w takim urządzeniu, nigdy nie jest potwierdzone eksperymentalnie ! Foton jest bytem niepodzielnym podczas padania na lustro półprzepuszczalne! Zjawisko z fotonami padającymi na lustro półprzepuszczalne jest podobne do rzutu monetą: zawsze otrzymujemy, albo reszkę albo orła a nie: trochę orła i trochę reszki, lub zawsze orła albo zawsze reszkę. Zachowanie każdego pojedynczego fotonu jest przypadkowe ! Możemy jedynie określić prawdopodobieństwo tych zdarzeń (jest równe w tym przypadku).Zabawa z fotonem jest zabawą jednobitową. Podobnie jak rzut monetą: do opisania danego rezultatu wystarcza nam jedna cyfra np. 1 lub 0.

31. WPŁYW PROMIENIOWANIA NA ORGANIZMY ŻYWE • Uszkodzenia somatyczne powodują choroby popromienne, które mogą zakończyć się śmiercią lub przejść w fazę przewlekłą ze stopniowym wyniszczeniem organizmu. Uszkodzenia genetyczne powodują zmianę w strukturze chromosomów komórek rozrodczych, których następstwem mogą być m. in. mutacje.

32. WPŁYW PROMIENIOWANIA NA ORGANIZMY ŻYWE Uszkodzenia popromienne Somatyczne Genetyczne Wpływające na procesy odpowiedzialne za utrzymanie organizmu przy życiu. Naruszające zdolność organizmu do prawidłowego przekazywania cech potomstwu.

33. DZIĘKUJEMY ZA UWAGĘ! Prezentację wykonała: Grupa matematyczno-fizyczna z Wałcza 97/49_MF_G1 II LO