Хi. Волновая оптика. Тепловое излучение

Основные законы и формулы

Наименование величины или физический закон

Формулы

Предел разрешения микроскопа длина волны света, апертурный угол, показатель преломления среды между предметным стеклом и объективом   Предельный угол при полном внутреннем отражении   Угол максимальной поляризации света при отражении (закон Брюстера)   Угол поворота плоскости поляризации света. концентрация раствора, длина пути света в растворе (закон Био) удельное вращение   Энергетическая светимость тела (закон Стефана-Больцмана)   Длина волны на которую приходится максимум теплового излучения (закон Вина)

 

Вопросы для самоконтроля

 

1. Что представляет собой явление интерференции волн? Каковы условия, при которых возникает явление интерференции?

2. Каковы методы наблюдения интерференции света? Почему не наблюдается интерференция при одновременном включении двух лампочек?

3. Что представляет собой явление дифракции? При каких условиях наблюдается дифракция?

4. Что называют разрешающей способностью оптического прибора? Какими причинами она вызывается? Дайте определение предела разрешения.

5. Каковы свойства ультрафиолетового и инфракрасного излучений? Каковы методы наблюдения этих излучений?

6. Как применяют ультрафиолетовое излучение в ветеринарии и зоотехнии? Расскажите о бактерицидном и эритемном действии ультрафиолетового излучения?

7. Расскажите о явлении поляризации света. Каковы методы наблюдения поляризации света?

8. Сформулируйте законы Малюса и Брюстера.

9. Расскажите о явлении двойного лучепреломления и о применении этого явления при исследовании микроструктур в поляризованном свете.

10. Расскажите о явлении вращения плоскости поляризации оптически активными веществами.

11. Расскажите об устройстве поляриметров и сахариметров. Каково их применение в ветеринарии?

12. Что называют лучеиспускательной и лучепоглощательной способностью тела?

13. Что называют абсолютно чёрным телом? Каковы модели абсолютно чёрного тела?

14. Сформулируйте законы Стефана-Больцмана, Кирхгофа и Вина.

 

Примеры решения задач

 

ЗАДАЧА № 1

 

Раствор глюкозы с концентрацией налитый в стеклянную трубку длиной поворачивает плоскость поляризации света на . Определить, удельное вращение глюкозы.

 

Решение

 

Согласно закону Био, угол поворота плоскости поляризации в оптически активных веществах Отсюда

Решение

 

 

 

ЗАДАЧА № 2

 

Какое количество теплоты излучает поверхности тела лошади за час, если температура воздуха в конюшне, а температура кожи лошади принять в среднем Приведённый коэффициент излучения кожи равен

 

Решение

 

Согласно закону Стефана-Больцмана тепловой поток, излучаемый нагретым телом, пропорционален четвёртой степени абсолютной температуры этого тела, а также площади поверхности и времени излучения. Теплообмен между двумя телами с разными температурами

температурами (например, между телом животного и окружающим воздухом), заключается в том, что тело с более высокой температурой (тело 1) излучает сильнее и передаёт телу с более низкой температурой (телу 2) больше энергии в единицу времени, чем само оно получает от тела 2. Таким образом, от тела 1 к телу 2 передаётся тепловой поток:

где приведённый коэффициент излучения, зависящий от природы тела, от его температуры и в значительной степени от состояния его поверхности. Проверим размерность.

 

Подставим в это выражение числовые значения заданных величин

 

Контрольные задачи

201. Можно ли рассмотреть эритроцит диаметром в микроскопе с апертурным углом с красным светофильтром, пропускающим свет с длиной волны

202. В ультрафиолетовом микроскопе используют лучи с длиной волны Можно ли обнаружить этим микроскопом рибосомы внутри клетки, если их диаметр Апертурный угол объектива микроскопа

203. Объект наблюдают в микроскоп с красным светофильтром, пропускающим длину волны а затем с зелёным светофильтром при длине волны Во втором случае была использована иммерсионная жидкость – монобромнафталин с показателем преломления Апертурный угол объектива микроскопа Вычислить в обоих случаях предел разрешения микроскопа.

204. Предельный угол полного внутреннего отражения для роговицы глаз равен Вычислить для роговицы угол полной поляризации (угол Брюстера).

205. Угол полной поляризации (угол Брюстера) для сыворотки крови здорового человека равен Вычислить для сыворотки предельный угол полного внутреннего отражения.

206. Определить концентрацию сахара в моче человека, больного диабетом, если в трубке сахариметра длиной плоскость поляризации света повернулась на удельное вращение сахара равно

207. Определить удельное вращение мятного масла, плотность которого В трубке поляриметра длиной угол поворота плоскости поляризации оказался равным

208. Считая Солнце абсолютно чёрным телом, определить температуру его поверхности. Радиус Солнца расстояние от Земли до Солнца Солнечная постоянная (энергетическая освещённость, создаваемая Солнцем на границе земной атмосферы) равна

209. Во сколько раз теплоотдача (т.е.количество теплоты, излучаемой с поверхности тела в секунду) лошади меньше, чем теплоотдача тела птицы при температуре окружающего воздуха Средние температуры кожи лошади и птицы соответственно принять равными и На какие длины волн приходятся максимумы излучения тел лошади и птицы?

210. Во сколько раз изменится теплоотдача с поверхности тела коровы при понижении температуры воздуха в коровнике от до ? Среднюю температуру кожи коровы принять равной На какую длину волны приходится максимум излучения тело коровы?

211. Инфракрасные лучи длинноволнового диапазона вызывают ощущение резкой боли при падении на кожу при интенсивности На каком расстоянии создаёт ощущение резкой боли лампа мощностью если её световой составляет , а остальная часть энергии расходуется на создание излучения?

212. Вычислить угол максимальной поляризации при отражении света от роговицы глаза. Под каким углом свет при этом проходит в глаз?

213. Вычислить угол максимальной поляризации при отражении света от сыворотки крови. Под каким углом свет при этом проходит в сыворотку?

214. Вычислить угол поворота плоскости поляризации раффинозы, если концентрация её длина трубки поляриметра и удельное вращение раффинозы

215. Раствор глюкозы с концентрацией налитый в стеклянную трубку длиной поворачивает плоскость поляризации света на . Определить удельное вращение глюкозы.

216. При прохождении света через трубку длиной сахарным раствором плоскость поляризации света поворачивается на угол . Удельное вращение сахара Определить концентрацию сахара в процентах.

217. Определить концентрацию раствора глюкозы, если при прохождении света через трубку длиной плоскость поляризации поворачивается на угол . Удельное вращение глюкозы

218. При прохождении света через слой десяти процентного сахарного раствора толщиной плоскость поляризации поворачивается на угол . В другом растворе в слое толщиной плоскость поляризации повернулась на . Найти концентрацию второго раствора сахара.

219. Определить энергетическую светимость тела лошади при температуре тела считая, что оно излучает как серое тело с коэффициентом На какую длину волны приходится максимум излучения тела лошади.

220. Опыт показывает, что облучение куриных яиц в инкубаторе наиболее эффективно при длине волны К какой области спектра относится эта длина волны? Какая должна бытъ температура проволочной спирали нагревательной лампы? Какое количество энергии излучает в секунду спираль лампы, если её поверхность равна ?