Penyerapan foton

Sejauh ini, neutrino sangat mirip dengan foton. Seperti foton, neutrino tidak bermuatan, tidak bermassa, dan selalu bergerak dengan kecepatan cahaya. Kedua partikel tersebut berputar. Putaran foton +1 atau -1, sedangkan putaran neutrino +1/2 atau -1/2 (perbedaannya tidak terlalu signifikan). Namun demikian, ada perbedaan yang menarik dan bahkan mengejutkan di antara keduanya, yang penjelasan berikut akan membantu kita memahaminya.

Mari kita menelusuri dua peristiwa yang terbalik dalam waktu. Biarkan orang yang memegang bola melemparkannya, katakanlah, ke selatan. Jika bola mendekati orang tersebut, bergerak ke arah yang berlawanan, orang tersebut mengangkat tangannya dan menangkapnya. Pada kasus pertama, urutan kejadiannya adalah: 1) orang tersebut memegang bola, 2) orang tersebut melempar bola, 3) bola terbang ke selatan. Gerak mundur waktu mempunyai rangkaian kejadian yang berbeda-beda: 1) bola terbang ke utara, 2) orang menangkap bola, 3) orang memegang bola. Semua ini sangat mengingatkan pada sebuah film, yang pertama-tama digulir ke satu arah dan kemudian ke arah yang berlawanan.

Mari kita coba mentransfer prinsip ini ke dunia subatom. Jika sebuah elektron dalam sebuah atom berpindah dari keadaan tereksitasi ke keadaan kurang tereksitasi, ia akan memancarkan foton cahaya tampak, yang panjang gelombangnya bergantung pada perbedaan energi antara dua keadaan tereksitasi. dari atom. Atom yang sama dapat menyerap atau "menangkap" foton dengan panjang gelombang yang persis sama, dan elektron akan berpindah dari keadaan kurang tereksitasi ke keadaan lebih tereksitasi. Setiap jenis atom memancarkan foton dengan panjang gelombang tertentu (tergantung pada energi keadaan tereksitasinya) dan, dalam kondisi yang tepat, menyerap foton dengan panjang gelombang yang persis sama.

Namun perbedaan antara peristiwa langsung dan peristiwa pembalikan waktu bukan hanya pada perubahan arah dan urutannya. Menangkap bola lebih sulit daripada melemparnya. Dengan melempar bola, Anda menggerakkan benda tak bergerak, dan semuanya bergantung pada Anda. Dengan waktu Anda, Anda bisa mengambil bola dengan lebih baik, membidik dengan hati-hati, dll. Saat Anda menangkap bola, Anda harus berhadapan dengan benda yang bergerak dan tidak ada waktu untuk menguap. Saat bola mendekat, bola harus segera diambil, karena bola akan tetap berada dalam jangkauan selama sepersekian detik. Dalam sepersekian detik itu, Anda harus punya waktu untuk mengulurkan tangan tepat ke arah datangnya bola dan menghentikannya. Jika meleset, bola akan terbang melewatinya.

Hal yang sama terjadi pada atom yang memancarkan foton. Atom seperti itu memancarkan foton dalam waktu rata-rata sekitar 10 -8 detik. Akibatnya, atom, bisa dikatakan, mengatur waktunya sendiri dan memancarkan foton kapan pun ia mau.

Untuk menyerap foton yang sama, sebuah atom membutuhkan 10 -8 detik, yang merupakan konsekuensi alami dari pembalikan peristiwa. Namun sebuah atom tidak dapat menyerap foton tanpa banyak kesulitan. Foton bergerak dengan kecepatan cahaya dan tidak berada di dekat atom selama selang waktu 10 -8 detik. Untuk jangka waktu seperti itu, rata-rata 300 foton cahaya terbang cm. Beberapa foton dapat menempuh jarak yang lebih jauh, yang lain lebih jauh. Jelas mengapa atom biasanya sangat sulit menangkap foton: lagipula, ukuran atom jauh lebih kecil dari jarak ini! (Demikian pula, pemain bola basket kesulitan menangkap bola yang melaju terlalu cepat.) Namun, secara kebetulan, sebuah atom dapat menangkap dan menyerap foton.

Semua hal di atas mengasumsikan bahwa foton tidak memiliki dimensi intrinsik; padahal sebenarnya ukurannya cukup besar. Foton khas cahaya tampak memiliki panjang gelombang sekitar 1/20.000 cm. Pada panjang ini, sekitar seribu atom dapat muat dalam satu baris. Foton cahaya tampak dapat dianggap sebagai sejenis bola, yang diameternya seribu kali lebih besar dari diameter atom, dan volumenya 1.000.000.000 kali volume atom. Pada waktu tertentu, sebuah foton cahaya bersentuhan dengan sekitar satu miliar atom, salah satunya berhasil menangkap dan menyerapnya.

Oleh karena itu, kedalaman penetrasi foton ke dalam materi sebelum penyerapan bukanlah 300 cm, dan satu miliar kali lebih sedikit, yaitu 3 10 -7 cm.

Pada jarak ini, tidak lebih dari 10–15 atom dapat muat dalam satu baris. Artinya, foton cahaya sebelum penyerapan menembus ke dalam zat tidak lebih dalam dari 10–15 lapisan atom. Ketebalan 10–15 atom hanyalah sepele pada skala biasa, sehingga sebagian besar padatan, bahkan dalam bentuk film tipis, tidak tembus cahaya (walaupun kertas emas dapat dibuat sangat tipis sehingga menjadi transparan).

Semakin pendek panjang gelombang cahaya, semakin kecil fotonnya, semakin sedikit atom yang bersentuhan dengannya pada waktu tertentu dan, oleh karena itu, semakin lama ia bergerak melalui materi sebelum diserap. Karena alasan inilah sinar ultraviolet menembus kulit manusia lebih dalam daripada cahaya tampak; sinar-X melewati jaringan lunak tubuh dengan bebas dan hanya dihentikan oleh substansi tulang yang lebih padat; a?-sinar menembus materi padat sejauh beberapa sentimeter. (Tentu saja, cahaya tampak menempuh jarak yang cukup jauh dalam zat seperti kaca atau kuarsa, belum lagi sebagian besar cairan, namun ini semua merupakan pertimbangan yang berbeda.)

Dan siapa yang membuktikan bahwa inti atom tidak menyerap foton? dan mendapat jawaban terbaik

Jawaban dari Berang-berang[guru]
Berapa banyak energi yang ada di elektron dan berapa banyak yang ada di inti
Itu pertanyaan atau pernyataan?
Dan ya, inti atom juga dapat menyerap foton.
Berang-berang
Tercerahkan
(22794)
Menurut rumus apa???
Dan kemudian saya bahkan belum pernah mendengar tentang "rumus penyerapan inti foton" ...
Secara umum, bahasa apa yang Anda gunakan?

Jawaban dari Yoebastian Rachowski[guru]
Anda sudah mengetahui apa yang ingin Anda ketahui: penyerapan foton oleh atom atau inti atom?
Ya, foton dapat diserap oleh inti atom. Tanya Moessbauer.
Metode NGR telah digunakan sejak lama.

Jawaban dari Salavata[guru]
Elektron tidak dapat menyerap foton.
Foton diserap oleh atom - sistem inti dan elektron.
Inti atom terkadang dapat menyerap foton.

Jawaban dari Iybikov Oleg[guru]
Paman Vova, bagaimana cuaca di St. Petersburg? 🙂 Menjijikkan bagi kami, hujan gerimis sudah hari kedua.

Jawaban dari Yuri Moiseev[guru]
Inti radioaktif memancarkan foton (sinar gamma). Jadi mereka harus menyerap jika tidak terbukti bahwa ini adalah proses yang tidak bisa diubah.

Jawaban dari 999 [guru]
Lihat Efek Compton. Mungkin ini akan sedikit memperjelas permasalahannya.

Jawaban dari Konstantin Petrov[guru]
ilmu pengetahuan modern tidak mengetahui apa itu cahaya
apakah itu foton, atau sesuatu yang lain, atau bergerak, atau gelombang berdiri
segala macam troll mendapat pernyataan dan penghinaan seperti itu
ada pernyataan yang tidak jelas seperti eksperimen Granger-Roger-Aspey, keberadaan foton sudah dibuktikan pada tahun 1986
Tetapi...
saat dicek ternyata hanya ada kritik terhadap percobaan dan ada rekomendasi untuk mengulang percobaan dengan memperhatikan komentar
tahun berlalu
tapi tidak ada foton
jika Anda menghilangkan udara, maka bunyi itu sendiri dan kecepatan bunyi akan hilang
artinya udara adalah media perambatan bunyi
dan DIMANA, DALAM APA, BAGAIMANA foton (cahaya) merambat?
ternyata kamu butuh ether?
oleh karena itu, pemikiran apa pun tentang inti atom dan foton, tentang semua tingkatan yang ada saat ini tidak ilmiah

Jawaban dari Roh Kudus[guru]
Volodya menemukan sepeda baru: ternyata AKHTUNG! 11 inti atom dapat menyerap foton!!! sensasi!!!
nampaknya para nelayan belum mengetahui keberadaan Landau-Livshitz

Jawaban dari Jurik Zhukov[guru]
Vova, suara apa, tapi tidak ada perlawanan?
Apa yang membuatmu tetap terjaga?
Foton adalah gelombang halus paling murni (portal, atau kuantum)! Penyerapan gelombang memerlukan kondisi resonansi! Untuk elektron dan inti atom, perbedaannya sangat tajam! Foton diserap dan segera dipancarkan oleh inti atom, tetapi hanya dengan panjang gelombang yang sesuai! Belum ada yang berhasil memompa inti dengan foton sehingga inti tersebut meledak. Namun elektron dipompa hingga batas tertentu dan masuk ke keadaan tereksitasi.

Jawaban dari kelinci putih[guru]
Jenius besar di seluruh dunia dapat mengetahui bahwa radiasi gamma JUGA adalah FOTO.
Dan baru kemudian cobalah untuk mengajar, dan terlebih lagi, tanyakan NON-LITERASI BUTA ANDA
Jawabannya intinya: tentu saja belum ada yang membuktikannya, karena pernyataan itu sendiri adalah khayalan Anda yang buta huruf. Inti MUNGKIN menyerap sinar gamma.

Jawaban dari Alexei Abramov[guru]
Jika Anda menjawab sesuai urutan pertanyaan:
1. Terdapat model yang konsisten dengan data eksperimen yang menggambarkan interaksi inti dan foton (Lihat elektrodinamika kuantum).
2. Dalam arti tertentu, elektron adalah perangkap bagi foton, tetapi meskipun elektron ada, ada kemungkinan beberapa foton akan "terbang" menuju inti. Tingkat penyerapan dan radiasi dalam atom terkuantisasi, inti tidak akan berinteraksi dengan foton apapun.
3. Ketika foton dipancarkan dan diserap, bentuk orbit elektron berubah. Namun stabilitas orbit itu sendiri ditentukan oleh fakta bahwa elektron terus-menerus berinteraksi dengan inti atom melalui pertukaran foton, namun karena foton ini selalu berada di dalam sistem elektron + inti, kita tidak dapat melihatnya.
4. Energi tidak hanya terletak pada elektron dan inti, tetapi juga pada potensial medan interaksinya.
Misalnya, ketika proton, yang merupakan inti atom hidrogen, dipercepat dalam akselerator (misalnya, Large Hadron Collider), mereka dipengaruhi oleh medan magnet bolak-balik, yang interaksinya dengan proton-proton ini disebut sebagai emisi. dan penyerapan foton.

Emisi terstimulasi (terinduksi) - pembangkitan foton baru selama transisi atom ke keadaan dengan tingkat energi yang lebih rendah di bawah pengaruh foton penginduksi, yang energinya sama dengan perbedaan energi antar tingkat. Foton yang tercipta mempunyai energi, momentum, fasa dan polarisasi yang sama dengan foton penginduksi (yang tidak diserap).

Laser (Laser bahasa Inggris, disingkat Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation "amplifikasi cahaya dengan emisi terstimulasi"), generator kuantum optik adalah perangkat yang mengubah energi pompa (cahaya, listrik, termal, kimia, dll.) menjadi energi koheren , fluks radiasi monokromatik, terpolarisasi dan berarah sempit.

Prinsip pengoperasian Dasar fisik pengoperasian laser adalah fenomena radiasi terstimulasi (induksi). Inti dari fenomena ini adalah bahwa atom yang tereksitasi mampu memancarkan foton di bawah pengaruh foton lain tanpa penyerapannya, jika energi foton tersebut sama dengan perbedaan energi tingkat atom sebelum dan sesudahnya. emisi. Beginilah cara cahaya diperkuat.

Probabilitas bahwa foton acak akan menyebabkan emisi terstimulasi dari atom yang tereksitasi sama persis dengan probabilitas penyerapan foton ini oleh atom dalam keadaan tidak tereksitasi. Oleh karena itu, untuk memperkuat cahaya, jumlah atom yang tereksitasi dalam medium harus lebih banyak daripada atom yang tidak tereksitasi (yang disebut inversi populasi). Dalam keadaan kesetimbangan termodinamika, kondisi ini tidak terpenuhi, oleh karena itu, berbagai sistem untuk memompa media aktif laser (optik, listrik, kimia, dll.) digunakan.

Dalam keadaan normal, jumlah atom pada tingkat energi tereksitasi ditentukan oleh distribusi Boltzmann: di sini N adalah jumlah atom dalam keadaan tereksitasi dengan energi E, N 0 adalah jumlah atom dalam keadaan dasar, k adalah jumlah atom dalam keadaan tereksitasi dengan energi E. Konstanta Boltzmann, T adalah suhu medium.

E = 13,6 e. B N = 9,2 10 -232 n = E = 12,1 e. B N = 5,9 10 -206 n = 3 E = 10,2 e. B N \u003d 2. 9 10 -173 n \u003d 2 E \u003d 0 e. B N = 1000 n=1

Dalam keadaan biasa, hanya terdapat sedikit atom yang tereksitasi, sehingga kemungkinan foton yang merambat melalui suatu medium akan menyebabkan emisi terstimulasi juga sangat kecil dibandingkan dengan kemungkinan penyerapannya. Oleh karena itu, gelombang elektromagnetik, yang melewati suatu zat, menghabiskan energinya untuk eksitasi atom. Dalam hal ini intensitas radiasi berkurang menurut hukum Bouguer: di sini I 0 adalah intensitas awal, I adalah intensitas radiasi yang menempuh jarak L dalam zat, adalah koefisien serapan zat.

Dalam kasus ketika jumlah atom yang tereksitasi lebih besar daripada jumlah atom yang tidak tereksitasi (yaitu, dalam keadaan inversi populasi), situasinya justru sebaliknya. Tindakan emisi terstimulasi menang atas penyerapan, dan emisi diperkuat menurut hukum: di mana faktor amplifikasinya.

Perangkat laser Semua laser terdiri dari tiga bagian utama: media aktif (berfungsi); sistem pemompaan (sumber energi); resonator optik (sistem cermin). Masing-masing menyediakan pengoperasian laser untuk menjalankan fungsi spesifiknya.

1 - media aktif; 2 - energi pompa laser; 3 - cermin buram; 4 - cermin tembus pandang; 5 - sinar laser.

Media aktif Media kerja adalah faktor penentu utama panjang gelombang kerja, serta sifat-sifat laser lainnya. Fluida kerja “dipompa” untuk memperoleh efek inversi populasi elektron, yang menyebabkan terstimulasi emisi foton dan efek amplifikasi optik. Fluida kerja berikut digunakan dalam laser: Cairan Gas Padatan Semikonduktor

Cairan, misalnya pada laser pewarna. Mereka terdiri dari pelarut organik, seperti metanol, etanol atau etilen glikol, di mana pewarna kimia, seperti kumarin atau rhodamin, dilarutkan. Konfigurasi molekul pewarna menentukan panjang gelombang operasi. Gas seperti karbon dioksida, argon, kripton, atau campuran seperti yang ditemukan pada laser helium-neon. Laser semacam itu paling sering dipompa dengan muatan listrik.

Padatan seperti kristal dan kaca. Bahan padat biasanya dicampur (diaktifkan) dengan bahan tambahan sebagian kecil ion kromium, neodymium, erbium atau titanium. Kristal khas yang digunakan adalah yttrium aluminium garnet (YAG), yttrium lithium fluoride (YLF), safir (aluminium oksida), dan kaca silikat. Pilihan yang paling umum adalah Nd: YAG, titanium sapphire, chromium sapphire (juga dikenal sebagai ruby), strontium-lithium aluminium fluoride yang didoping kromium (Cr: Li. SAF), Er: YLF dan Nd: glass (kaca neodymium). Laser solid state biasanya dipompa dengan lampu flash atau laser lainnya.

Semikonduktor. Suatu material yang transisi elektron antar tingkat energi dapat disertai dengan radiasi. Laser semikonduktor sangat kompak, dipompa dengan arus listrik, sehingga dapat digunakan pada perangkat rumah tangga.

Sistem Pemompaan Berbagai mekanisme digunakan untuk menciptakan populasi terbalik dari media laser. Dalam laser solid-state, hal ini dilakukan dengan iradiasi dengan lampu flash pelepasan gas yang kuat, radiasi matahari terfokus (yang disebut pemompaan optik) dan radiasi dari laser lainnya. Dalam hal ini, pengoperasian hanya dimungkinkan dalam mode berdenyut, karena diperlukan kepadatan energi pemompaan yang sangat tinggi, yang menyebabkan pemanasan yang kuat dan penghancuran batang zat kerja selama pemaparan yang lama.

Laser gas dan cair menggunakan pemompaan pelepasan listrik. Laser ini beroperasi terus menerus. Laser kimia dipompa melalui reaksi kimia dalam media aktifnya. Dalam hal ini, inversi populasi terjadi baik secara langsung pada produk reaksi, atau pada pengotor yang dimasukkan secara khusus dengan struktur tingkat energi yang sesuai. Laser semikonduktor dipompa oleh arus searah yang kuat melalui sambungan p-n, serta berkas elektron. Ada metode pemompaan lain (gasdinamik, fotodisosiasi).

resonator optik, bentuk yang paling sederhana yang merupakan dua cermin paralel, terletak di sekitar badan kerja laser. Radiasi terstimulasi dari benda kerja dipantulkan kembali oleh cermin dan diperkuat lagi. Gelombang tersebut dapat dipantulkan berkali-kali hingga keluar.

Cermin laser juga bertindak sebagai resonator, memperkuat beberapa mode yang dihasilkan laser (frekuensi radiasi) dan melemahkan mode lainnya. Jika bilangan bulat setengah gelombang n ditempatkan pada panjang optik L resonator, maka gelombang tersebut, yang melewati resonator, tidak mengubah fasenya dan, karena interferensi, memperkuat gelombang lainnya. Semua gelombang lainnya, yang jaraknya berdekatan, secara bertahap memadamkan satu sama lain. Jadi, spektrum frekuensi alami resonator optik ditentukan oleh hubungan: di sini c adalah kecepatan cahaya dalam ruang hampa. Interval antara frekuensi resonator yang berdekatan adalah sama dan sama:

Laser helium-neon Media kerja laser helium-neon adalah campuran helium dan neon dengan perbandingan 5:1, terletak di dalam bola kaca dengan tekanan rendah (biasanya sekitar 300 Pa). Energi pompa disuplai dari dua buah pelepasan listrik bertegangan sekitar 1000 volt yang terletak di ujung labu. Resonator laser semacam itu biasanya terdiri dari dua cermin - benar-benar buram di satu sisi bohlam dan di sisi kedua, melewati sekitar 1% radiasi yang terjadi di sisi keluaran perangkat. Laser helium-neon berukuran kompak, dengan ukuran resonator tipikal berkisar antara 15 cm hingga 0,5 m, dan daya keluarannya bervariasi dari 1 hingga 100 mW.

skema pemompaan media aktif He. Laser Ne 20,61 uB 20,66 uB 632,8 nm 18,7 uB

Panjang gelombang utama He. Laser Ne: 543nm 633nm 652nm 1523nm 3391nm

Sifat radiasi laser 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Koherensi tinggi Monokromatisitas Daya tinggi Intensitas tinggi Kecerahan tinggi Tekanan tinggi Sudut divergensi kecil pada berkas (kolimasi)

Radiasi laser sangat koheren karena sifat emisi cahaya terstimulasi. Dalam hal ini, tidak hanya koherensi temporal, tetapi juga spasial yang diamati: perbedaan fase pada dua titik bidang yang tegak lurus terhadap arah rambat tetap konstan.

Radiasi laser sangat monokromatik, artinya mengandung gelombang dengan frekuensi yang hampir sama. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa selama emisi terstimulasi, foton yang diinduksi mirip dengan foton aslinya. Dalam hal ini, gelombang elektromagnetik dengan frekuensi konstan terbentuk (lebar garis spektrum 0,01 -0,02 nm)

Dengan bantuan laser, dimungkinkan untuk memberikan daya radiasi tinggi - hingga 105 W dalam mode berkelanjutan. Kekuatan laser berdenyut beberapa kali lipat lebih tinggi. Jadi laser neodymium menghasilkan pulsa dengan energi 75 J dalam waktu 3 · 10 -12 s, jadi daya dalam pulsa adalah 2,5 · 1013 W (daya HES ~ 109 W).

laser kaca neodymium yang digunakan untuk fusi kurungan inersia, penelitian senjata nuklir, dan eksperimen fisika kepadatan energi tinggi lainnya.

Pada laser berdenyut, intensitas radiasinya sangat tinggi dan dapat mencapai 14 - 1016 W/cm 2 10 (intensitas radiasi matahari dekat bumi 2) dari permukaan 0,1 W/cm

Untuk laser yang beroperasi dalam rentang cahaya tampak, kecerahan radiasi (intensitas cahaya per satuan permukaan) sangat tinggi. Bahkan 15 laser terlemah pun memiliki kecerahan 10 cd/m2 (sebagai perbandingan: kecerahan 9 cd/m2) Matahari 10

Ketika sinar laser jatuh pada suatu permukaan, ia memberikan tekanan (p). Dengan penyerapan sempurna radiasi laser, tekanan p=I/c tercipta, di mana I adalah intensitas radiasi, c adalah kecepatan cahaya. Dengan refleksi total, tekanannya dua kali lebih tinggi. Pada intensitas 1014 W/cm 2 tekanannya adalah 3,3 · 109 Pa = 33000 atm.

Radiasinya terkolimasi, yaitu sinar-sinar dalam berkas hampir sejajar satu sama lain. Untuk sebagian besar laser, sudut divergensinya adalah 1 menit busur atau kurang.

Panjang gelombang radiasi Panjang gelombang radiasi () laser medis terletak pada kisaran 0,2 -10 mikron, yaitu dari ultraviolet hingga inframerah jauh.

Kekuatan radiasi untuk laser medis bervariasi dalam rentang yang luas, ditentukan oleh tujuan penerapannya. Untuk laser cw P = 0,01100 W. Laser berdenyut dicirikan oleh kekuatan pulsa 103 -108 W (untuk laser bedah), dan durasi pulsa 10 -9 -10 -3 detik.

Intensitas (Kepadatan Daya) Karakteristik ini didefinisikan sebagai rasio daya laser terhadap luas penampang sinar. Untuk laser berdenyut, perbedaan dibuat antara intensitas denyut dan intensitas rata-rata. Intensitas laser bedah: – untuk laser kontinu 103 W/cm2 – untuk laser berdenyut (intensitas denyut) 105 - 1011 W/cm2

Sudut divergensi Sudut divergensi minimum yang mungkin ditentukan oleh difraksi pada permukaan cermin resonator dan berjumlah 10 -4 -10 -5 rad (yaitu pertambahan diameter berkas per meter adalah 0,1 -0,01 mm).

Proses yang mengkarakterisasi jenis interaksi radiasi laser dengan objek biologis dapat dibagi menjadi tiga kelompok: - Efek tidak mengganggu (tidak memiliki efek nyata pada objek biologis) - Aksi fotokimia (partikel yang tereksitasi oleh laser mengambil bagian dalam reaksi kimia) - Fotodestruksi (akibat pelepasan panas atau gelombang kejut)

Interferometri Ketika radiasi laser dipantulkan dari permukaan kasar, gelombang sekunder terbentuk yang saling mengganggu. Akibatnya terbentuk pola bintik-bintik gelap dan terang (bintik-bintik), yang letaknya memberikan informasi tentang permukaan suatu benda biologis.

Holografi Dengan bantuan radiasi laser, diperoleh gambar tiga dimensi suatu objek. Dalam pengobatan, metode ini memungkinkan Anda memperoleh gambar tiga dimensi dari rongga internal perut, mata, dll.

Hamburan cahaya Ketika cahaya melewati suatu objek, distribusi intensitas spasial berubah. Pendaftaran ketergantungan sudut dari intensitas cahaya yang tersebar memungkinkan untuk menentukan ukuran partikel medium (dari 0,02 hingga 300 mikron) dan bentuknya.

Efek Doppler Metode ini didasarkan pada pengukuran pergeseran frekuensi Doppler dari radiasi laser yang terjadi bahkan pada partikel yang bergerak lambat (metode anemometri). Dengan demikian, kecepatan aliran darah di pembuluh darah, mobilitas bakteri, dll diukur.

Analisis laser darah Sinar laser yang melewati kapiler kuarsa tempat darah dipompa menyebabkan fluoresensi sel darah. Cahaya fluoresen bersifat spesifik untuk setiap jenis sel yang melewati satu bagian sinar laser. Jumlah total sel dihitung dan nilai pasti untuk setiap jenis sel ditentukan.

Terapi ini menggunakan laser intensitas rendah (0,1-10 W/cm2), yang tidak menimbulkan efek merusak yang nyata pada jaringan secara langsung selama penyinaran. Di wilayah spektrum tampak dan ultraviolet, efeknya disebabkan oleh reaksi fotokimia.

Terapi lampu merah Dia radiasi. Laser Ne (633 nm) digunakan untuk tujuan anti-inflamasi dalam pengobatan luka, bisul, penyakit jantung koroner. Efek terapeutik dikaitkan dengan pengaruh cahaya pada aktivitas sel. Cahaya bertindak sebagai pengatur metabolisme sel.

Terapi Cahaya Biru Digunakan, misalnya, untuk mengobati penyakit kuning neonatal. Penyakit ini merupakan akibat dari peningkatan tajam bilirubin dalam tubuh yang penyerapannya maksimal pada daerah biru. Di bawah pengaruh cahaya, bilirubin terurai, membentuk produk yang larut dalam air.

Terapi Tumor Fotodinamik Digunakan untuk mengangkat tumor yang dapat terkena cahaya. FTP didasarkan pada iradiasi fotosensitizer yang terlokalisasi pada tumor (misalnya, turunan hemetoporphyrin, yang menyerap cahaya di wilayah spektrum merah). Ketika disinari, spesies oksigen reaktif (biasanya oksigen singlet) dihasilkan yang dapat merusak biosubstrat di dekat lokasi fotosensitizer tanpa mengganggu jaringan normal.

Dalam pembedahan, laser intensitas tinggi digunakan. Sinar laser digunakan sebagai pisau bedah cahaya universal. Saat terkena radiasi laser biojaringan dengan intensitas tinggi. Itu dipanaskan, dikoagulasi, diuapkan atau dihilangkan. Untuk memotong jaringan biologis, laser CO 2 kontinu dengan panjang gelombang 10,6 m dan intensitas 2 · 103 W/cm 2 sering digunakan.

Pemecahan laser Laser pulsa pendek yang dikombinasikan dengan pemandu cahaya digunakan untuk menghilangkan plak di pembuluh darah, batu di kantong empedu dan ginjal. Ketika pulsa laser dihasilkan dengan durasi 10 -9 -10 -12 detik dan intensitas tinggi, kerusakan laser terjadi mirip dengan kerusakan listrik (yaitu, proses dampak ionisasi elektron pada atom target terjadi). Akibatnya, suhu di wilayah fokus meningkat hingga puluhan ribu derajat dan gelombang kejut yang diakibatkannya menghancurkan target.

Radiasi infra merah adalah radiasi elektromagnetik yang menempati wilayah spektral antara ujung merah cahaya tampak (dengan panjang gelombang = 0,74 mikron) dan radiasi gelombang mikro (~ 1 -2 mm). Radiasi inframerah ditemukan pada tahun 1800 oleh ilmuwan Inggris W. Herschel.

Kini seluruh rentang radiasi infra merah dibagi menjadi tiga komponen: – wilayah dengan panjang gelombang pendek: λ=0,74 -2,5 µm; - wilayah gelombang menengah: λ=2,5 -50 mikron; – daerah dengan panjang gelombang panjang: λ=50 -2000 µm;

Radiasi infra merah disebut juga radiasi "termal", karena radiasi infra merah dari benda yang dipanaskan dirasakan oleh kulit manusia sebagai sensasi hangat. Dalam hal ini, panjang gelombang yang dipancarkan oleh tubuh bergantung pada suhu pemanasan: semakin tinggi suhu, semakin pendek panjang gelombangnya dan semakin tinggi intensitas radiasinya.

Dasar fisik termografi Pada manusia, radiasi termal menyumbang bagian terbesar dari kehilangan panas (50%). Radiasi maksimum jatuh pada panjang gelombang =9,5 μm. Termografi adalah metode diagnostik yang didasarkan pada pencatatan radiasi termal dari permukaan tubuh manusia.

Daya yang hilang seseorang ketika berinteraksi dengan lingkungan melalui radiasi dihitung dengan rumus: dimana S adalah luas permukaan, - koefisien. penyerapan, T 1 - suhu permukaan tubuh, T 0 - suhu lingkungan, - Konstanta Stefan-Boltzmann (5, 66 10 -8 W / m 2 K 4).

Penentuan suhu permukaan tubuh dilakukan dengan dua cara: 1. Penggunaan kristal cair yang berubah warna seiring perubahan suhu. 2. Penggunaan pencitra termal dengan konverter elektron-optik, yang mengubah sinyal dari rentang IR ke rentang radiasi tampak.

Termografi kontak menggunakan film yang mengandung senyawa kristal cair: zona cahaya pada film sesuai dengan fokus hipertermia di bagian belakang kaki kiri.

Termogram pada wajah, leher dan permukaan anterior dada normal; gradasi suhu bagian skala yang berdekatan dalam urutan menaik dari kiri ke kanan - 0,1°. Termogram wajah, leher dan permukaan anterior dada pada kanker tiroid: zona hipertermia pada permukaan anterior leher disebabkan oleh tumor.

Proses utama yang mengarah pada penyerapan radiasi elektromagnetik dalam semikonduktor adalah pembentukan pasangan elektron-lubang. Ketika foton diserap dengan energi, transisi langsung elektron melalui celah pita dimungkinkan (di sini h adalah konstanta Planck, 6,63 * 10 -34 J * s; adalah frekuensi radiasi; E g adalah celah pita; bahan semikonduktor sel surya memiliki Misalnya = 1 eV ). h*ν > Eg (7.1.)

Radiasi matahari dicirikan oleh kerapatan fluks foton yang tinggi (1 kW / m 2 / [(2 eV) * (1,6 * 10 -19 J * eV -1)] 3 * 10 21 foton / m 2 * s). Generasi pembawa oleh foton ketika semikonduktor disinari oleh Matahari diringkas dengan generasi termal yang selalu ada. Dalam kegelapan, hanya pembangkitan panas yang ada. Persimpangan p-n yang menyerap foton adalah sumber arus searah. Arus foto ditentukan oleh jumlah foton yang diserap di dekat persimpangan p – n. Ukuran minimum sel surya silikon adalah 0,4 mm. Sel fotovoltaik dapat digunakan untuk menghasilkan listrik. Energi maksimum dicapai jika tegangan U dan arus I dipertahankan sedemikian rupa sehingga produknya bertepatan dengan garis daya maksimum (Gbr. 7.1.) dengan perubahan radiasi dan resistansi beban.

Beras. 7.1. Volt adalah karakteristik ampere sel surya 33 sel pada umumnya. Dapat dilihat bahwa saluran listrik tipikal (garis putus-putus) yang sesuai dengan produk U*I maksimum sesuai dengan rentang tegangan yang diperlukan untuk mengisi daya baterai, bahkan tanpa menggunakan kontrol beban.

Baterai sel surya adalah kombinasi modul yang dihubungkan secara paralel. Setiap modul adalah elemen yang terhubung secara seri. Efisiensi total sel surya adalah 10%.

Ada banyak varian dan perkembangan industri sel surya serta metode pembuatannya. Sel silikon monokristalin surya yang khas ditunjukkan pada gambar. 7.2.

Beras. 7.2. DPB - potensi penghalang tambahan; 1- dari permukaan depan elemen sebelumnya; 2 – lapisan antirefleksi; 3 - kontak wajah; 4 - ke kontak belakang elemen berikutnya; 5 - kontak logam di sisi belakang.

Persyaratan teknis dasar

1. Bahan bakunya harus sangat murni secara kimia dengan sifat stabil.

2. Sel fotovoltaik harus diproduksi dengan biaya minimum.

3. Sel surya harus memiliki masa pakai minimal 20 tahun di lingkungan. Perlu diingat bahwa suhu pengoperasian fotosel dapat bervariasi dari (-30) hingga +200 0 .

4. Kontak listrik harus stabil dan terlindung dari segala jenis korosi. Perangkat harus tahan air.

5. Hancurnya salah satu elemen tidak boleh menyebabkan kegagalan seluruh sistem.

6. Modul prefabrikasi harus tahan terhadap pengangkutan ke area yang sulit dijangkau.

Energi angin

Penyebab terjadinya angin adalah terserapnya radiasi matahari oleh atmosfer bumi, yang mengakibatkan pemuaian udara, munculnya arus vertikal yang kuat dan arus horizontal yang lebih lemah.

Sifat arus ditentukan oleh faktor geografis lokal dan rotasi bumi. Di Bumi, angin dibagi menjadi global dan lokal.

Angin global meliputi angin pasat dan angin barat. Angin pasat terbentuk sebagai akibat pemanasan di bagian khatulistiwa bumi. Udara panas naik, menyeret massa udara dari utara dan selatan. Rotasi bumi membelokkan arus udara. Akibatnya, bertiup sepanjang tahun dengan kekuatan yang konstan, terbentuklah angin pasat timur laut di belahan bumi utara dan tenggara di belahan bumi selatan. Angin pasat bertiup di wilayah khatulistiwa, masing-masing terletak antara 25 dan 30 0 garis lintang utara dan selatan. Di belahan bumi utara, angin pasat menutupi 11% permukaan lautan, dan di belahan bumi selatan 20%. Kekuatan angin pasat biasanya 2 - 3 poin. Angin barat bertiup sepanjang tahun dari barat ke timur dalam jalur 40 hingga 60 0 lintang selatan di sepanjang tepi es Antartika yang hanyut. Ini adalah angin permanen terkuat. Kekuatannya mencapai 8 – 10 poin dan jarang kurang dari 5 poin. Di kedalaman daratan tidak ada arah angin yang konstan. Karena bagian daratan yang berbeda mengalami pemanasan yang berbeda pada waktu yang berbeda sepanjang tahun, kita hanya dapat berbicara tentang arah angin musiman yang dominan. Selain itu, pada ketinggian yang berbeda, angin berperilaku berbeda, dan untuk ketinggian hingga 50 meter, aliran “scrawling” merupakan ciri khasnya.

Angin lokal adalah yang pertama digunakan untuk berlayar. Angin sepoi-sepoi ada di antara mereka. Angin sepoi-sepoi adalah angin sepoi-sepoi yang melintasi pantai benua dan pulau-pulau besar, yang disebabkan oleh fluktuasi suhu harian. Periodisitasnya disebabkan oleh perbedaan suhu antara daratan dan lautan pada siang dan malam hari. Pada siang hari, daratan memanas lebih cepat dan lebih kuat dibandingkan lautan. Udara hangat naik di atas garis pantai, dan udara sejuk dari laut mengalir menggantikannya - angin laut. Pada malam hari, pantai mendingin lebih cepat dan lebih kuat daripada laut, sehingga udara hangat naik di atas laut, dan digantikan oleh udara dingin dari darat – angin pantai. Yang kedua, angin yang terus bertiup adalah musim hujan. Angin ini bertiup di Samudera Hindia dan berhubungan dengan perubahan musiman suhu daratan dan lautan. Di musim panas, sinar matahari semakin memanaskan daratan, dan angin bertiup dari laut ke darat. Pada musim dingin, angin muson bertiup dari darat ke laut. Rotasi bumi menyebabkan munculnya gaya Coriolis yang membelokkan angin muson ke kanan. Oleh karena itu, angin muson barat daya bertiup pada musim panas, dan angin muson timur laut bertiup pada musim dingin. Musim hujan mencapai kekuatan yang besar dan menyebabkan arus permukaan di Samudera Hindia yang berhubungan dengan angin lokal.

Tabel 8.1.

Kekuatan angin pada skala Beaufort

Pada kecepatan angin u o dan kepadatan udara ρ, luas sapuan roda angin A mengembangkan daya.

Sejauh ini, neutrino sangat mirip dengan foton. Seperti foton, neutrino tidak bermuatan, tidak bermassa, dan selalu bergerak dengan kecepatan cahaya. Kedua partikel tersebut berputar. Putaran foton +1 atau -1, sedangkan putaran neutrino +1/2 atau -1/2 (perbedaannya tidak terlalu signifikan). Namun demikian, ada perbedaan yang menarik dan bahkan mengejutkan di antara keduanya, yang penjelasan berikut akan membantu kita memahaminya.

Mari kita menelusuri dua peristiwa yang terbalik dalam waktu. Biarkan orang yang memegang bola melemparkannya, katakanlah, ke selatan. Jika bola mendekati orang tersebut, bergerak ke arah yang berlawanan, orang tersebut mengangkat tangannya dan menangkapnya. Pada kasus pertama, urutan kejadiannya adalah: 1) orang tersebut memegang bola, 2) orang tersebut melempar bola, 3) bola terbang ke selatan. Gerak mundur waktu mempunyai rangkaian kejadian yang berbeda-beda: 1) bola terbang ke utara, 2) orang menangkap bola, 3) orang memegang bola. Semua ini sangat mengingatkan pada sebuah film, yang pertama-tama digulir ke satu arah dan kemudian ke arah yang berlawanan.

Mari kita coba mentransfer prinsip ini ke dunia subatom. Jika sebuah elektron dalam sebuah atom berpindah dari keadaan tereksitasi ke keadaan kurang tereksitasi, ia akan memancarkan foton cahaya tampak, yang panjang gelombangnya bergantung pada perbedaan energi antara dua keadaan tereksitasi. dari atom. Atom yang sama dapat menyerap atau "menangkap" foton dengan panjang gelombang yang persis sama, dan elektron akan berpindah dari keadaan kurang tereksitasi ke keadaan lebih tereksitasi. Setiap jenis atom memancarkan foton dengan panjang gelombang tertentu (tergantung pada energi keadaan tereksitasinya) dan, dalam kondisi yang tepat, menyerap foton dengan panjang gelombang yang persis sama.

Namun perbedaan antara peristiwa langsung dan peristiwa pembalikan waktu bukan hanya pada perubahan arah dan urutannya. Menangkap bola lebih sulit daripada melemparnya. Dengan melempar bola, Anda menggerakkan benda tak bergerak, dan semuanya bergantung pada Anda. Dengan waktu Anda, Anda bisa mengambil bola dengan lebih baik, membidik dengan hati-hati, dll. Saat Anda menangkap bola, Anda harus berhadapan dengan benda yang bergerak dan tidak ada waktu untuk menguap. Saat bola mendekat, bola harus segera diambil, karena bola akan tetap berada dalam jangkauan selama sepersekian detik. Dalam sepersekian detik itu, Anda harus punya waktu untuk mengulurkan tangan tepat ke arah datangnya bola dan menghentikannya. Jika meleset, bola akan terbang melewatinya.

Hal yang sama terjadi pada atom yang memancarkan foton. Atom tersebut memancarkan foton dalam waktu rata-rata sekitar 10 -8 detik. Akibatnya, atom, bisa dikatakan, mengatur waktunya sendiri dan memancarkan foton kapan pun ia mau.

Untuk menyerap foton yang sama, sebuah atom memerlukan waktu 10 -8 detik, yang merupakan konsekuensi alami dari peristiwa yang dapat dibalik. Namun sebuah atom tidak dapat menyerap foton tanpa banyak kesulitan. Foton bergerak dengan kecepatan cahaya dan tidak berada di dekat atom selama selang waktu 10 -8 detik. Dalam jangka waktu tersebut, sebuah foton cahaya terbang rata-rata 300 cm, beberapa foton dapat menempuh jarak yang lebih jauh, sementara yang lain lebih jauh. Jelas mengapa atom biasanya sangat sulit menangkap foton: lagipula, ukuran atom jauh lebih kecil dari jarak ini! (Demikian pula, pemain bola basket kesulitan menangkap bola yang melaju terlalu cepat.) Namun, secara kebetulan, sebuah atom dapat menangkap dan menyerap foton.

Semua hal di atas mengasumsikan bahwa foton tidak memiliki dimensi intrinsik; padahal sebenarnya ukurannya cukup besar. Foton khas cahaya tampak memiliki panjang gelombang sekitar 1/20.000 cm Pada panjang gelombang ini, sekitar seribu atom dapat berjajar. Foton cahaya tampak dapat dianggap sebagai sejenis bola, yang diameternya seribu kali lebih besar dari diameter atom, dan volumenya 1.000.000.000 kali volume atom. Pada waktu tertentu, sebuah foton cahaya bersentuhan dengan sekitar satu miliar atom, salah satunya berhasil menangkap dan menyerapnya.

Oleh karena itu, kedalaman penetrasi foton ke dalam suatu zat sebelum diserap bukanlah 300 cm, tetapi satu miliar kali lebih kecil, yaitu 3 · 10 -7 cm.

Pada jarak ini, tidak lebih dari 10–15 atom dapat muat dalam satu baris. Artinya, foton cahaya sebelum penyerapan menembus ke dalam zat tidak lebih dalam dari 10–15 lapisan atom. Ketebalan 10–15 atom hanyalah sepele pada skala biasa, sehingga sebagian besar padatan, bahkan dalam bentuk film tipis, tidak tembus cahaya (walaupun kertas emas dapat dibuat sangat tipis sehingga menjadi transparan).

Semakin pendek panjang gelombang cahaya, semakin kecil fotonnya, semakin sedikit atom yang bersentuhan dengannya pada waktu tertentu dan, oleh karena itu, semakin lama ia bergerak melalui materi sebelum diserap. Karena alasan inilah sinar ultraviolet menembus kulit manusia lebih dalam daripada cahaya tampak; sinar-X melewati jaringan lunak tubuh dengan bebas dan hanya dihentikan oleh substansi tulang yang lebih padat; a?-sinar menembus materi padat sejauh beberapa sentimeter. (Tentu saja, cahaya tampak menempuh jarak yang cukup jauh dalam zat seperti kaca atau kuarsa, belum lagi sebagian besar cairan, namun ini semua merupakan pertimbangan yang berbeda.)