Fizikos egzamino teorinė medžiaga - konspektas

 Rentgeno spinduliuotės prigimtis ir gavimas. Rentgeno vamzdis. Rentgeno spinduliais vadinamos elektromagnetines bangos, kurių bangos ilgis 80 – 0,01 nm. Rentgeno spinduliavimas atsiranda elektronams atiduodant energiją vieno iš proceso metu: • Greitai judantį elektroną sulėtinus, dalis jo kinetinės energijos virsta rentgeno spinduliuote; • Vysktant elektrono šuoliui tarp dviejų vidinių atomo sluoksnių, kai jų energijų skirtumas lygus rentgeno fotonų energijai. Šie abu procesai vyksta rentgeno vamzdžio anode. Kaitinamuoju siūlu (kaitinus katodą, iš jo spinduliuojamas elektronų srautas. Anodas, dažnai dar vadinamas antikatodu, turi pasvirusį paviršių tam, kad nukreiptų susidariusią rentgeno spinduliuote tam tikru kampu. Antikatodas gaminamas iš šilumai laidžios medžiagos, oro paviršius padengiamas sunkiai besilydančiomis medžiagomis (paprastai didelio eiles numerio elementais, pavyzdžiui, volframu). Tarp katodo ir antikatodo prijungiama keliasdešimties tūkstančių voltų įtampa; susidaręs elektrinis laukas labai greitina elektronus, suteikia jiems didelę kinetinę energiją. Pasiekusius anodą elektronus jo medžiaga smarkiai stabdo, tokiu būdu atsiranda elektromagnetinis Rentgeno spinduliavimas. Vadinasi galima išskirti du Rentgeno spinduliuotes spektrų tipus: - ištisini spektrą (atsiranda del elektronų stabdymo), linijinį spektrą - charakteringąjį - (atsiranda kai elektronai iš atomo vidinių sluoksnių išplėšia elektronus. Ir į jų vietą peršoka elektronai iš aukštesnių sluoksnių). Paprastai trumpabangėRentgeno spinduliuote vadinama kietąja. o ilgabangė - minkštąja. Rentgeno spinduliuotes srautas randamas taip: F=kIU2Z; čia I - katodo kaitinimo sroves stipris, Z - antikatodo medžiagos atomų eiles numeris periodinėje elementų sistemoje; k = 10-9 V-1. Stabdomoji ir savitoji Rentgeno spinduliuote. Jų spektrai.Spektro riba. Rentgeno spinduliavimas atsiranda elektronams anduodant energija vieno iš proceso metu: • greitai judantį elektroną sulėtinus, dalis jo kinetines energijos virsta rentgeno spinduliuote. • Vykstant elektrono šuoliui tarp dviejų vidinių atomo sluoksnių, kai jų energijų skirtumas lygus rentgeno fotono energijai. Stabdomoji spinduliuote atsiranda a atveju, o savitoji - b. Vadinasi galima išskirti du Rentgeno spinduliuotes spektrų tipus: • ištisinį spektrą (atsiranda dėl elektronų stabdymo), stabdomoji spinduliuote. - linijinį spektrą - charakteringąjį - (atsiranda kai elektronai iš atomo vidinių sluoksnių išplėšia elektronus, ir į jų vietą peršoka elektronai iš aukštesnių sluoksnių), savitoji spinduliuote. Paprastai trumpabange Rentgeno spinduliuote vadinama kietąja, o ilgabange - minkštąja Kiekviename spektre trumpiausia stabdančioji spinduliuote atsiranda tada, kai visa elektronų energija virsta rentgeno fotonų energija: eU = hnmax = hc/lmin ; imin =hc / (eU); lmin = 12,3/ U. Vadinasi, didėjant (tampai rentgeno vamzdyje, keičiasi spinduliuotes spektrine sudėtis; spinduliuote trumpėja ir didėja jos skvarbumas. • Rentgeno spinduliuotes sąveikos su medžiaga procesai: koherentinė sklaida, foto elektrinis efektas, Komptono efektas; pozitronas-elektronas porų susidarymo reiškinys). Rentgeno spinduliuote: 1. veikia fotografinę plokštelę (sukelia cheminius pokyčius joje); 2. sukelia kai kurių medžiagų liuminescenciją (rentgenoliuminescencija), fluorescenciją, foforescenciją; 3. jonizuoja medžiagų molekules (ypač stipriai jonizuoja dujas); 4. biologiškai veikia ląsteles; 5. pasižymi skvarbumu. • Sąveikaujant rentgeno spinduliuotei su medžiaga, galimi vyksmai (juos apsprendžia hn priklausomybė nuo jonizacijos Ej energijos): 1. Koherentinė (nepasikeičia bangos ilgis) sklaida hn Ej, hn = hn' + Ej + Ek . Būdingas kvantams, kurių energija didesnė už jonizacijos energiją. 3. Fotoefektas - atomas sugeria Rentgeno spinduliuote, iš atomo išlekia elektronas, o pats atomas jonizuojasi (fotojonizacija); A – elektrono išėjimo darbas. hn = A + mv2/2, fotoefekto raudonoji riba: Ir = hc/A. • 4. Elektrono-pozitrono poros susidarymas. Šiuo procesu iš vieno fotono, skriejančio arti atomo branduolio, susikuria elektrono ir pozitrono pora. Tai atvirkščias anihiliacijai procesas. Šiuo atveju galioja E»mc2 . • įvairios medžiagos skirtingai sugerta Rentgeno spindulius. Ištirta, kad jų sugertis proporcinga elemento eilės numerio ketvirtajam laipsniui. Vadinasi, sunkesnieji elementai juos sugeria žymiai stipriau už lengvuosius. Rentgeno spinduliuotes sugertis. Sugerties dėsnis. Įvairios medžiagos skirtingai sugeria Rentgeno spindulius. Ištirta, kad jų sugertis proporcinga elemento eilės numerio ketvirtajam laipsniui. Vadinasi, sunkesnieji elementai juos sugeria žymiai stipriau už lengvuosius. Per medžiagą (ar biologinį audinį) perėjusios rentgeno spinduliuotes intensyvumas I. kaip ir kitų rūšių jonizuojančiosios spinduliuotes, mažėja pagal eksponentinį sugerties dėsnį: I = I0e-mx: čia 10 - kritusios spinduliuotes intensyvumas, x - medžiagos (ar biologinio audinio) storis, m - ilginis silp(nin)imo koeficientas (priklauso nuo medžiagos tankio) Jis susideda iš kiekvieną vyksmą atitinkančių komponenčių: m = mk +mkom+ mfot Įvairūs audiniai skirtingai sugeria rentgeno spinduliuote, nes jų mm yra skirtingi dėl skirtingų atomų eilės numerių įvairioms medžiagoms. Pavyzdžiui, kauliniam audiniui Ca3(PO4) ir minkštiesiems audiniams arba vandeniui H2O atitinkamai atomų Ca, P. O. H eilės numeriai 20, 15, 8 ir 1. Vadinasi, tankesnieji audiniai (kaulai) stipriau sugers rentgeno spinduliuote, negu minkštieji audiniai. Štai dėl šios priežasties šešėlinėje projekcijoje galima stebėti žmogaus organizmo vidinius organus. Radioaktyviosios alfa, beta, gama spinduliuotės sąveikos su medžiaga mechanizmas. Jonizuojančioji spinduliuotė sąveikaudama su medžiaga (jos elektronais branduoliais): 1) netenka energijos; 2) jonizuoja medžiagų rnolekules (ypač stipriai jonizuoja dujas), 3) biologiškai veikia ląsteles 4) pasižymi skvarbumu Dėl šių sąveikų ir savybių keičiasi ir medžiagos ir pačios daleles būsena. Dalelių saveika su medžiaga kokybiškai įvertinama: 1. Jonizacijos linijiniu tankiu I =dn/dx. Susidariusių vienodo ženklo jonų skaičiaus santykiu su jonizuojančiosios dalelės nueitu keliu medžiagoje. 2. pilnutine ilgine stabdymo geba S = –dE/dx. Energija, kurios netenka x kryptimi medžiagoje, nuėjusi dx kelią judanti elektrine jonizuojančioji dalelė 3. vidutiniu ilginiu siekiu R, vidutinu nuotoliu, kurį tos pačios pradines energijos daleles tam tikromis sąlygomis nueina pasirinktoje medžiagoje. Skriedamos medžiagole alfa dalelės paprasta eikvoja savo energiją medžiagos atomams jonizuoti bei sužadinti. Kai alfa dalelės greitis sumažėja iki molekulių šiluminio judėjimo greičio, ji prisijungia du elektronus ir virsta helio atomu. Alfa dalelių trajektorijos yra tiesės (Išskyrus retus atvejus, kai dalelė susiduria su branduoliu). Beta dalelių energija yra įvairi, o jų greitis artimas šviesos greičiui. Skriedamos per medžiaga beta dalelės, taip pat kaip ir alfa dalelės, eikvoja energiją atomams jonizuoti ir sužadinti. Tačiau beta dalelių jonizacijos stabdymo geba yra šimtus kartų mažesnė už alfa dalelių ns jų krūvis du karus mažesnis, o greitis labai didelis Taigi beta dalelių siekis medžiagoje turėtų būti šimtus kartų didesnls už alfa dalelių, tačiau taip nera. Beta daeles mase palyginus su atomo mase yra laba maža, todėl susidūrusi su atomais ši dalelė nukrypsta įvairiomis kryptimis ( yra išsklaidoma). Dėl šios priežasties beta daleles trajektorija ya netaisyklinga kreivė. Vadinasi, vienodos energijos beta daleles medžiagoje nuskrieja, tokį pat kelią tačiau jų įsiskverbimo gylis yra skirtingas. Beta dalelių įsiskverbimo gylis nustatomas tyrimais, pavyzdžiui, oie jis siekia keletą metrų o vandene ar biologiniame audinyje — keletą milimetrų. Sąveikaujant g spinduliuotei su medžiaga galimi tokie vyksmai: 1. Koherentine (nepasikeičia bangos ilgis) sklaida kvantams, kurių energija mažesnė už jonizacijos energiją (hn Ej. hn = hn' t Ej + Ek |. g fotonas, sąveikaudama su elektronu, perduoda jam dalį savo energijos, o pats skrieja toliau, turėdamas mažesne energiją, (gavę energijos, Komptono elektronai sukelia medžiagoje tuos pačius reiškinius kaip beta spinduliai) 3. Fotoefektas - atomas sugeria gama spmduliuote. is atomo išlekia elektronas, o pats atomas jonizuojasi (fotojonizacija). g fotonas atiduoda atomo elektronui visą savo energiją ir nustoja egzistavęs. Išmuštasis fotoelektronas jonizuoja arba sužadina medžiagos atomus, veikia biologiškai ir chemiškai. Fotoefekto lygtis hn = A + mv2/2. čia A - elektrono išėjimo iš medžiagos darbas. Fotoefekto raudonoji riba Ir = hc/A. 4. Elektrono - pozitrono poros susidarymas. Šiuo procesu iš vieno fotono, skriejančio arti atomo branduolio, susikuria elektrono ir pozitrono pora. Tai atvirkščias anihiliacijai procesas. Šiuo atveju galioja Einšteino energijos ir masės ryšio lygos E = mc2. Elektrono pozitrono ramybės mase atitinka 1.02 MeV energija. 5. Foto branduolinės reakcijos, kurios atsiranda didelių energijų (>10 MeV) gama fotonams sąveikaujant su atomų branduoliais, g spindulių skvarbumas yra didelis. g spindulių sugertis yra susijusi su medžiagos atomųjonizacija. Tačiau g spinduliai tiesiogiai jonizacijos nesukelia. Ją sukelia g fotonų sukurti elektronai (įgavę energijos totoelektronai. Komptono elektronai, elektrono ir pozitrono poros), g Spinduliuotės silpnėjimas vyksta pagal eksponentini dėsnį: I =I0e-mx; čia m - ilginis silp(nin)imo koeficientas (priklauso nuo medžiagos tankio). x - audinio ilgis. Koeficientas susideda iš atitinkančių atskirus vyksmus dedamųjų: m = me-p +rnkom+ mfot. Dažnai naudojamas nepriklausantis nuo medžiagos tankio masinis silp(nin)imo koeficientas: m/r, čia r - tūrinis medžiagos tankis. Radioaktyviojo skilimo dėsnis. Skilimo konstanta. Pusamžis. Radioaktyvumas – tai kai kurių nestabilių branduolių savybė savaime skilti į kitų elementų branduolius ir sukelti radiaciją (spinduliuotę). Ir gamtiniam, ir dirbtiniam radioaktyvumui būdingi bendri dėsningumai. 1. Alfa skilimas - tai procesas, kurio metu radioaktyvusis branduolys netenka alfa dalelės ir atomins skaičius sumažėja dviem vienetais, o mases skaičius keturiais vienetais (gaunamas alfa dalelių srautas (splnduliuote) ir naujas branduolys) ZAX ® Z-2A-4Z + 24a 2. Beta skilimas-tai procesas, kurio metu radioaktyvusis branduolys netenka bet kokios rūšies beta daleles ir vienetu padicina arba sumažina atominį skaičių. rnases skalčius lieka nepakitęs: gaunamas beta dalelių srautas (spinduliuote) ir naujas branduolys) a) b- skilimas - neutronas virsta protonu įmetamas elektronas kartu su antineutrinu: ZAX ® Z + 1AZ +-10b + n-. (17.1) b) b+ skilimas - protonas virsta neutronu. Išmetamas pozitronas kartu su neutrinu: ZAX® Z-1AZ + +10b+n (17.2) 3. Gama spinduliai paprastai išspinduliuojami po alfa ir beta dalelių. Tai nematomos elektromagnetines bangos. Nepaskeičia nei atominis nei mases skaičiai ZAX ®ZAX + 00g (17.3) Šiems visiems virsmams galioja mases ir atominio skaičiaus taisyklė: skilimo produktų atommių (taip pat ir mases) skaičių suma yra lygi pirmino radioizotopo atominiam (mases) skaičiui. Visiems šiems virsmams galioja radioaktyvaus skilimo dėsnis: Nt=N0×e-λt Žinant sšį dėsnį galima surasti, koks bus nesuskilusių atomų skaičius N po laiko t. Atomo branduolių skilimo spartą nusako statstinis teigiamas dydis – skilimo konstanta- tai tikimybe branduoliui suskilti per laiko vienetą. Kitas svarbus parametras, nusakantis skilimo sparta yra atomo pusėjimo trukme (pusamžis) - laiko tarpas per kurį suskyla pusė turimų atomų branduolių. T=ln2/λ Jonizuojančios spinduliuotes dozės - sugertoji, ekspozicinė, ekvivalentinė, mirtina. Jų vienetai. Sugertoji dozė savo skaitine verte yra lygi kūno masės vieneto sugertai energijai. Matavimo vienetas (SI) yra grėjus (pagal anglų fiziko L. Grėjaus pavardę). 1 Gy = 1 J/kg. Ekspozicijos dozė. Ši doze taikoma tik Rentgeno ir g spinduliams, kai jų hv > 3 MeV. Apibūdinant bet kurio kūno švitinimą ekspozicijos doze ja įvertinama jonizacija, kurią sukeltų Rentgeno arba g spinduliai, jei vietoj kūno būtų oras. Ekspozicijos dozė skaitine verte yra lygi oro masės vienete dėl jonizacijos sukurtų vieno ženklo jonų krūviui. SI vienetas yra l C/kg. ne SI rentgenas Deksp.=dq/dm Sugertos energijos biologinis poveikis priklauso ne tik nuo spindulių dozes, bet ir nuo jų rūšies. Dabsorb=dE/dm. Dabsobr=f Deksp.. Sugertosios dozės vnt. SI Gy(grėjus). ne SI rd (radas) Lygiavertės arba ekvivalentinės dozės SI vienetas yra sivertas: 1 Sv = 1 J/kgNesisteminis lygiavertės dozės matavimo vienetas yra biologinis rentgeno ekvivalentas, jis sutrumpintai žymimas rem (roentgen equivalent man): I rem = 0.01 J/kg; 1 rem = 10-2 Sv. Dekvil=SBE Dabsorb. Mirtinos dozės: 3-5 Gy (mirtina 50% dėl kaulų čiulpų pažeidimų) 10-50 Gy - mirtina dėl vidinių kraujosrūvų) 100 Gy (mirtis per kelias valandas) Jonizuojančios spinduliuotės motekulinio ir ląstelinio lygio poveikis. Vandens radiolizė. Sugerta spinduliuote sužadina, arba jonizuoja molekules, jos pakinta arba suyra. Spinduliai gali pakenkti gyvųorganizmų ląstelėms arba jas sunaikinti. Taigi jonizuojantys spinduliai yra biologiškai kenksmingi. Jontzuojančio spinduliavimo biologinis poveikis žmogaus organizmui priklauso nuo gautos dozes. Ji gali dvejopa: išorinio apšvitinimo dozė, radionuklidams nusėdus am ivairų paviršių. Ir vidinė apšvitinimo dozė: radioaktyvioms medžiagoms patskus i organizmą su maisto prcduktais, kvėpuojant arba per odą. Ir vidinio ir išorinio apšvitinimo atvejas biologinio poveikio mechanizmas yra gyvojo audino atomų ir molekulių sužadinimas, kuriam naudojama jonizuojančio spinduliavimo energija. Iš pradžių jonizuojančios spinduliuotės poveikio nejuntame - žmogus neturi jutimo organų kuriais galėtų jsuti jonizuojančią spinduliuotę. Radioaktyvias medžiagas galima įkvėpti, praryti visiškai to nejaučiant.Dėl to yra būtini specialūs prietaisai jonizuojančiai radiacijai registruoti. Juonizuojančioji radiacija turi latentinį (slaptą) periodą, kai įvairūs negalavimai, odos pakenkimai atsiranda ne iš karto, o po tam tikro laiko. Sumines sugertosios dozes poveikis. Jei i žmogaus organizmą nuolat parenka radioaktyvių medžiagų, tai ilgainiui dozes kaupiasi ir pasidaro kenksmingos organizmui. Radiolizė – cheminių medžaigų irimas veikiant jonizuojančiam spinduliavimui. Vandens radiolizė: H2O + hn → H2O + e- H2O + + H2O → H3O + OH• BIOMECHANIKA Bangos lygtis. Garso banga. Garso intensyvumas. Akustinis slėgis. Machaninė banga – tai svyravimo plitimas tampria aplinka. Sklindant bangai iš vienos aplinkos į kitą perduodami virpesiai ir virpėjimo energija, o medžiaga nepernešama (dalelės tik svyruoja apie pusiausvyros padėtis). Banga, pernešanti energiją, vadinama sklindančiąja. Banginis judėjimas aprašomas bangos lygtimi. Bangos lygtis nusako aplinkos dalelių (jas galima laikyti materialiaisiais taškais) nuokrypio priklausomybę nuo koordinačių ir laiko. Vienmate neriboto ilgio vienalyte tampria aplinka sklindančia išilgai ašies x bangos lygtis yra: S = A cosω(t-x/v) S = A cos2π(t/T – x/λ k – banginis skaičius (kx - judėjimo atvėje (sklidimo) narys) x –svyruojančios dalelės koordinatė λ – bangos ilgis (atstumas tarp artimiausių taškų, svyruojančių ta pačia faze) v – bangos sklidimo greitis A – amplitudė -didžiausias nuokrypis nuo pusiausvyros padėties) T - periodas (vieno svyravimo trukmė) +0 svyravimo fazė (dydis nusakantis nuokrypio kampinę padėtį laiku t) ω - kampinis (ciklinis) dažnis (svyravimų skaičius per 2 π laiko vienetų), f-dažnis (svyravimų skaičius per laiko vienetą) f=1/T Kaip matyti iš bangos lygties, svyravimo fazė priklauso nuo t ir x. Tarp harmoninio svyravimo grafiko ir bangos grafiko esminis skirtumas: svyravimo grafikas vaizduoja vienos dalelės nuokrypį skirtingais laiko momentais, o bangos grafikas nusako skirtingų dalelių padėtis (koordinates) tuo pačiu laiko momentu. Garsus sukelia svyravimai. Garsas - tai mechanine banga. Taigi garsus sukelia svyravimai. Paprasčiausi garsai, pvz muzikines natos, atitinka harmoninius virpestus t.y. periodinį fizikinio dydžio kitimą pagal sinuso arba kosinuso dėsnį, todėl harmoninio svyravimo lygtis: x = Asin(wt+y) wt+y – svyravimo fazė; kai t = 0, fazė lygi y ir yra vadinama pradine faze. dydžiai A. f, to ir T nekinta. Pagrindinės garso bangos charakteristikos yra bangos ilgis, bangos periodas ir bangos sklidimo greitis šiuos dydžius sieja ryšys: v = f λ =vT Garso bangos sklidimo greitis priklauso nuo aplinkos tamprumo ir tankio. Garsui pereinant iš vienos aplinkos į kitą, kinta jos greitis ir bangos ilgis, o dažnis sieką pastovus Išilginių gaeso bangų plitimo greitis: ρ - aplinkos tankis. E - aplinkos tampnjmo koeficientas, vadinamas Jungo moduliu. Garso bangos yra išilginės, nes oro daleles juda išilgai bangos sklidimo krypties. (Skersinėmis bangomis vadinamos tokios bangos, kuriose daleles virpa statmenai bangos sklidimo krypčiai). Garso, kaip mechaninės bangos, charaktenslika yra jos stipris (intensyvumas) I ir garso(akustinis) slėgis p. Sklindant garsui, išjudinus vieną terpes dalele iš pusiausvyros padėties, atsiranda tamprumo jega, kuri sąlygoja didesnes slėgio sritis (sutankejimus) ir mažesnio slego sritis (išretėjimus). Garso p tiesiogiai priklauso nuo temperatūros; p = nkT. k- Bolcmano konst. T- temperatūra. Slėgio amplitudė priklauso: p - aplinkos tankis, v - garso greitis, ym - dalelių sv. amplitudė, u - bangos kampinis dažnis Bangos pernešama enetgija pro ploto vienetą per laiko vienetą vadinama bangos intensyvumu (kokiu greičiu banga perneša energiją): I = w v = v (energija padauginta iš greičio I = J/sm2, W/m2 ) Z vadinamas akustine varža (akustiniu pasipriešinimu), akustinis impedansas Garso intensyvumo lygis. Girdos slenkstis. Belas, decibelas. Garso intensyvumas - tai garso gaila tenkanti ploto vienetui. I = J/sm2, W/m2 Ausies jautrumos leidžia žmogui girdėtii 1-3 kHz dažnių diapazone garsą, kurio intensyvumas tik 10-12 W/m2. ši rina vadinama girdos slenksčiu. Maksimalus gaiso intensyvumas, kurį gali priimti žmogaus ausis yra artimas 1 W/m2. Taigi girdimas signalų intensyvumo diapazonas yra labai didelis, jis net viršija regos diapazona. Atskirų individų girdos slenkstis turi gana didelę sklaidą, pirmiausia dėl pakitimų, susijusių su amžiumi, taip par dėl darbo sąlygų. Logaritminis ryšys tarp stimulo garso intensyvumo l ir pojūčio S išreiškiamas formule: S(l) = K ln (l/l0) Intensyvumo santykis lmax/l0 = 10/13, todėl patogu naudotis logaritmine intensyvumų skale. Santykis l/l0 tapo pagrindu garso galios lygiams įvesti. (kai koef. K = 1, garso galios santykis išreiškiamas belais (B), kai K= 10, decibelais (dB). LB matuojamas belais, LdB – decibelais. Belas – toks garso tonas, kurio dažnis n=1kHz, intensyvumo lygio pokytis, kai garso intensyvumas pakinta 10 kartų. Tačiau daug patogesne ir svaresne garso charakteristika yra slėgis Žmogaus ausis tiesiogiai reaguoja į slėgio svyravimus Garso slėgis ir technikuose įrengimuose yra lengviau registruojamas nei kiti akustiniai dydžiai: intensyvumas, svyravimo greiti, poslinkis ir kt. Vidutinis kvadratinis slėgis

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!