- •Литература
- •Лекция №1 Колебания и волны
- •Примеры решения задач
- •Колебательные системы в биологии и медицине
- •2. Механические волны
- •Примеры решения задач
- •Ультразвук
- •Эффект Доплера
- •Диагностическое применение эффекта Доплера
- •Примеры решения задач
- •Лекция №2 Течение и свойства жидкостей
- •Примеры решения задач
- •Формула Пуазейля
- •Примеры решения задач
- •Примеры решения задач
- •Лекция №3 Электростатика
- •4. Работа перемещения заряда в электрическом поле. Потенциал.
- •5. Использование электрического поля в медицине.
- •Примеры решения задач
- •Лекция №4 Контактные явления
- •Лекция №5 Электромагнетизм
- •5. Магнитные свойства тканей организма. Физические основы магнитобиологии.
- •Примеры решения задач
- •Лекция №6
- •2. Частица в электрическом поле
- •4. Электромагнитные счетчики скорости крови
- •Примеры решения задач
- •Лекция №7
- •Примеры решения задач
- •Лекция №8 Электрические колебания и электромагнитные волны
- •Примеры решения задач
- •Лекция №9 Оптика
- •4. Эндоскопическая аппаратура и ее применение в клинической практике.
- •Примеры решения задач
- •Лекция №10 Волновые свойства света
- •Примеры решения задач
- •Лекция №11
- •Примеры решения задач
- •Лекция №12 Квантовые свойства света и строение атома
- •Примеры решения задач
- •4. Дискретность энергетических состояний атома. Постулаты Бора.
- •5. Квантовая теория строения атома водорода.
- •Примеры решения задач
- •Лекция №13 Рентгеновское излучение, его использование в медицине
- •3. Использование р.И. В медицинской практике
- •Лекция №14 Лазерное излучение, его использование в медицине.
- •4.Использование лазера в медицине
- •Примеры решения задач
- •Лекция №15 Магнито-резонансные явления, их применение в медицине.
- •Примеры решения задач
- •Лекция №16 Основы ядерной физики. Понятия ядерной медицины.
- •Примеры решения задач
Примеры решения задач
Чему равен угол между главными плоскостями поляризатора и анализатора, если интенсивность света, прошедшего через поляризатор и анализатор, уменьшилась в 4 раза? Поглощением света пренебречь.
Решение:
При прохождении света через поляризатор интенсивность света уменьшается вдвое. Поэтому , гдеI*-интенсивность естественного света,I0-интенсивность света, прошедшего через поляризатор.
При прохождении света через анализатор интенсивность света уменьшается по закону Малюса:
По условию задачи I=I*/4, поэтому
откуда, а=45º.
Исследование биологических тканей в поляризованном свете.
Обычная микроскопия в ряде случаев не выявляет структуру биологических объектов. Поэтому для рассмотрения деталей объектов используется поляризационная микроскопия. В поляризационной микроскопии объект освещается поляризованным светом и рассматривается через анализатор.
При скрещивании поляризатора и анализатора поле зрения будет темным . Анизотропные объекты, каковыми являются мышечная, костная, нервная ткани, изменяют поле зрения; будут видны только те волокна, анизотропия которых изменяет поляризованный свет.
Поляризованный свет можно использовать в модельных условиях для оценки механических напряжений, возникающих в костных тканях. Этот метод основан на явлении фотоупругости, которое заключается в возникновении оптической анизотропии в первоначально изотропных твердых телах под действием механических нагрузок.
Кроме того, при изменении нагрузки на костную ткань можно делать выводы о возникновении механических напряжений, видимых в поляризованном свете.
Лекция №12 Квантовые свойства света и строение атома
Квантовые свойства света. Тепловое излучение тел, его характеристики. Черное тело. Закон Кирхофа. Формула Планка. Закон Стефана-Больцмана. Закон Вина.
Использование излучения тела человека в диагностике. Понятие термографии и тепловидения.
Строение атома (ядерная модель). Недостатки Резерфордовской модели атома. Спектры излучения разреженных газов. Спектральный анализ, его использование в медицине.
Дискретность энергетических состояний атома. Постулаты Бора.
Квантовая теория строения атома водорода по Бору.
Квантовые свойства света. Тепловое излучение тел, его законы.
Из всего многообразия электромагнитных излучений, видимых и невидимых человеческим глазом, можно выделить одно, которое присуще всем телам. Это излучение нагретых тел, или тепловое излучение. Оно возникает при любых температурах выше 0К, поэтому испускается всеми телами. В зависимости от температуры тела изменяются интенсивность излучения и спектральный состав.
Среднюю мощность излучения за время, значительно большее периода световых колебаний, принимают за поток излучения Ф.
Поток излучения, испускаемый 1м2поверхности, называется энергетической светимостью. Она выражается в Вт/м2.
Энергетическая светимость, соответствующая интервалу длин волн от до
(1)
Где -cпектральная плотность энергетической светимости тела, равная отношению энергетической светимости узкого участка спектра к ширине этого участка.
Зависимость спектральной плотности энергетической светимости от длины волны называют спектром излучения тела.
Способность тела поглощать энергию излучения характеризуется коэффициентом поглощения, равным отношению потока излучения, поглощенного данным телом, к потоку излучения, упавшего на него:
(2)
Монохроматический коэффициент поглощения определяется как
(3)
Тело коэффициент поглощения, которого равен единице для всех частот, называют абсолютно черным.
Абсолютно черного тела в природе нет, но существуют их подобия: замкнутая непрерывная полость с малым отверстием, глазок мартеновской печи, сажа и т.д.
Луч, попавший в отверстие многократно отразившись от стенок, почти полностью будет поглощен.
Тело, коэффициент которого меньше единицы и не зависит от длины волны света, падающего на него, называют серым.
Тело человека иногда считают серым, имеющим коэффициент поглощения ≈0,9 в инфракрасной части спектра.
Закон Кирхгофа: при одинаковой температуре отношение спектральной плотности энергетической светимости к монохроматическому коэффициенту поглощения одинаково для любых тел, в том числе и для черных:
(4)
Где -спектральная плотность энергетической светимости абсолютно черного тела.
Излучение абсолютно черного тела имеет сплошной спектр. Существует максимум спектральной плотности энергетической светимости, который с повышением температуры смещается в сторону коротких волн. Энергетическая светимость абсолютно черного тела Reможно найти как площадь, ограниченную крикой и осью абсцисс, или
(5)
Энергетическая светимость увеличивается по мере нагревания абсолютно черного тела. Зависимость спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела от температуры описывается формулой Планка, который высказал гипотезу о квантовом характере излучения и поглощения энергии:
(6)
Где h-постоянная Планка,k-постоянная Больцмана,T-абсолютная температура,-длина волны излучения, с –скорость света в вакууме.
Закон Стефана-Больцмана: энергетическая светимость абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры:
(7)
- постоянная Стефана-Больцмана
Закон смещения Вина: длина волны, соответствующая максимуму излучения абсолютно черного тела обратно пропорциональна его абсолютной температуре:
(8)
Где b-постоянная Вина.
2. Термография-это регистрация излучения различных участков поверхности тела с целью диагностической интерпретации. Определение температуры осуществляется жидкокристаллическими индикаторами, оптические свойства которых очень чувствительны к небольшим изменениям температуры. Другой метод основан на применении тепловизоров, в которых используются чувствительные приемники инфракрасного излучения.
В основе термографии лежит явление увеличения интенсивности ИК – излучения над патологическими очагами. Обычно это проявляется появлением «горячей зоны».
Термографическая диагностика не оказывает никакого внешнего воздействия или неудобства для пациента и позволяет «увидеть» аномалии тепловой картины на коже пациента, которые характерны для многих заболеваний и физических расстройств.