Контрольная работа по "Физике". 48

Вариант № 1а.

1. Поверхностное  натяжение. Поверхностно - активные и поверхностно - инактивные  вещества. Явление  капиллярности. Газовая эмболия. Явления смачивания, несмачивания, идеального смачивания, краевой угол. Гидрофильная и гидрофобная поверхности.
2. Потенциал действия кардиомиоцита. Указать какие ионы и в каком направлении переносятся через мембрану кардиомиоцита при различных фазах потенциала действия.
3. Структура ионных каналов. Селективность. Примеры. Физические принципы формирования потенциала действия нервной клетки. (График, характеристики).
4. Звук. Природа звука. Инфразвук, слышимый звук, ультразвук, виды звуков.

Поверхностное  натяжение. Поверхностно - активные и поверхностно - инактивные  вещества. Явление  капиллярности. Газовая эмболия. Явления смачивания, несмачивания, идеального смачивания, краевой угол. Гидрофильная и гидрофобная поверхности.

 На поверхностях раздела жидкости и ее  насыщенного пара, двух несмешиваемых жидкостей, жидкости и твердого тела возникает сила, обусловленная различными межмолекулярным взаимодействием граничащих сред.

   Каждая молекула, расположенная внутри объема  жидкости, равномерно окружена соседними  молекулами и взаимодействует  с ними, но равнодействующая этих  сил равна нулю. На молекулу  находящуюся вблизи границы двух сред, вследствие неоднородности окружения действует сила, не скомпенсированная другими молекулами жидкости, эти силы стремятся удержать этот  участок в растянутом состоянии. Эти силы направлены вдоль поверхностного слоя и называются силами поверхностного натяжения.

  Поверхностное натяжение  определяется отношением работы, затраченной на создание некоторой  поверхности жидкости при постоянной  температуре к площади этой поверхности:  =А/S.

  На границе  соприкосновения различных сред  может наблюдаться смачивание или несмачивание. Рассмотрим поведение капли жидкости на поверхности другой, несмешивающейся с  ней жидкости  и капли жидкости на поверхности твердого тела (см. рисунки 1, 2, 3).

  На поверхности  раздела каждых двух сред (1 и 3, 2 и 1, 3 и 2) действуют силы поверхностного  натяжения. Если эти силы разделить на длину окружности капли, то получим соответственно 13, 21, 32. Угол θ между смачиваемой поверхностью и касательной к поверхности жидкости, отчитываемый через нее, называется  краевым. За меру смачивания принимаем cos θ = ( 32 - 13)/21

 Если  32 > 13 рис.2, т.е. силы взаимодействия между молекулами жидкости и твердого тела больше, чем между молекулами твердого тела и газа, то θ < ¶/2 и жидкость  смачивает твердое тело, поверхность которого в этом  случае  называется гидрофильной. В случае 32 < 13 (рис.3) θ > ¶/2, жидкость не смачивает тела, поверхность его в этом случае  называют гидрофобной.

      Несмачивающая жидкость не протекает  через малые отверстия в твердом  теле. При 32 - 13 = 21 межмолекулярные силы полностью скомпенсированы  θ = нулю. В этом случае равновесие не может наступить и капля растекается по поверхности твердого тела до тех пор, пока не покроет всей ее поверхности или не образуется мономолекулярный слой. Такой случай является  идеальным смачиванием.

  Под  действием  сил поверхностного натяжения  поверхностный слой жидкости  искривлен  и оказывает дополнительное  по отношению к внешнему давление  ∆ р. Искривление поверхности  (мениск), в частности, возникает в узких (капиллярных) трубках в результате смачивания  или несмачивания жидкостью их поверхности. При смачивании образуется вогнутый мениск (рис.1).

Силы давления направлены от жидкости наружу, т.е. вверх  и обуславливают подъем жидкости в капилляре. Это равновесное состояние, показанное на рисунке, наступает тогда, когда давление рgh уравновесит ∆р, т.е. зависит от свойств жидкости и материала капилляра, а также от его радиуса. Капиллярные явления определяют условия конденсации паров, кипения жидкостей, кристаллизации и т.п. Так, например, на молекулу пара (рис.2 точка А) над вогнутым мениском жидкости  действует больше молекул жидкости и, следовательно, большая сила, чем при выпуклом мениске. Это хорошо видно на рис.2, на  котором пунктиром условно показана сфера молекулярного действия, а штрихом - объемы жидкости, молекулы которых притягивают выделенную молекулу пара. В результате этого возникает капиллярная конденсация в смачиваемых тонких трубках даже  при сравнительно малой влажности воздуха. Благодаря этому пористые вещества могут задерживать значительное количество жидкости из паров, что приводит к увлажнению белья, ваты в сырых помещениях, затрудняют сушку гигроскопических тел, способствуют удержанию влаги в почве и т.п. наоборот, несмачиваемые  жидкости не проникают в пористые тела. С этим связана, например, непроницаемость для воды перьев птиц, смазанных жиром.

 Рассмотрим  поведение пузырька воздуха, находящегося  в капилляре с жидкостью. Если  давление  жидкости на пузырек  с разных  сторон одинаково, то оба мениска пузырька будут иметь одинаковый радиус кривизны (рис.а). При избыточном давлении с одной из сторон, например при движении жидкости, мениски деформируются, изменятся их радиусы кривизны (рис.б), дополнительное давление

а).                                                                     б).

∆р с разных сторон станет неодинаковым. Это приведет к такому воздействию на жидкость со стороны пузырька воздуха (газа), которое затруднит или прекратит движение жидкости. Такие явления могут происходить в кровеносной системе человека. Попавшие в кровь пузырьки воздуха могут закупорить мелкий сосуд и лишить кровоснабжения какой-либо орган. Это явление, называется эмболией.

 Поверхностно - активные вещества, вещества способные  адсорбироваться на поверхности раздела двух фаз, понижая ее поверхностное натяжение. К поверхностно - активным  веществам относятся органические соединения с асимметричной молекулярной  структурой, молекулы которых содержат  атомные группы, резко различающиеся характером взаимодействия с окружающей  средой (например, водой). Работа  адсорбции  таких молекул  достаточно велика, чтобы  даже при малой их концентрации  поверхностное натяжение резко  снизилось.     Поверхностно - активные вещества классифицируют  по  характеру диссоциации на анионактивные, катионактивные, неиногеные, амфолитные   и  высокомолекулярные. Типичное анионактивное поверхностно - активное вещество  - жировое мыло, представляющее собой  смесь солей  жирных (карбоновых) кислот  с  длинными  углеводородными цепями. Поверхностно - активные вещества  изменяют поверхностные  свойства веществ  и  применяются в качестве  смачивателей, фтолационных реагентов, пенообразователей, диспергаторов -  понизителей твердости, пластифицирующих добавок, модификаторов кристаллизации и  др.

Потенциал действия кардиомиоцита. Указать  какие ионы и в каком направлении  переносятся через мембрану кардиомиоцита  при различных фазах потенциала действия.   

При возбуждении  нервных клеток, клеток мышцы между  внутриклеточной средой и окружающим раствором возникает изменение мембранного потенциала, напоминающее затухающее колебание и называемое потенциалом действия. На мембранах клеток специфической мускулатуры клеток сердца зарождаются электрические импульсы, переходящие на рабочий миокард и вызывающие его сокращения. Мембраны кардиомиоцитов, как и любой возбудимой ткани, поляризованы. В состоянии покоя наружная поверхность их мембран заряжена положительно, внутренняя - отрицательно. Разность потенциалов возникает вследствие разной концентрации Nα⁺ и К⁺ на поверхности и внутри клетки, а также неодинаковой проницаемости мембраны для этих ионов. В состоянии покоя мембрана почти непроницаема для Nα⁺ и частично проницаема для К⁺, который под действием процесса  диффузии выходит из клетки, увеличивая на поверхности мембраны положительный заряд. При этом внутренняя поверхность мембраны приобретает отрицательный заряд. Разность потенциалов в покое - так называемый потенциал покоя мембраны составляет в миокарде теплокровных животных 60-80 мв. Однако обладающие способностью к автоматии клетки специфической мускулатуры отличаются тем, что в состоянии покоя, т.е. без каких бы то ни было внешних воздействий, их мембранный потенциал не остается постоянным. В отличие от волокон сократительного миокарда мембрана этих клеток в диастолу для Nα⁺. Вследствие перемещения этих ионов внутрь  клетки и одновременного снижения проницаемости для К⁺ возникает постепенного уменьшение положительного заряда на поверхности мембраны - развивается так называемая  медленная диастолическая деполяризация. Когда уровень потенциала покоя уменьшится по сравнению с исходным приблизительно на 20 мв, возникает резкое увеличение проницаемости мембраны для Nα⁺, в результате чего Nα⁺ лавинообразно поступает внутрь клетки, вызывая деполяризацию мембраны, -возникает потенциал действия. Этот процесс одинаково имеет место в клетках специфической мускулатуры и рабочего миокарда. В связи с поступлением ионов Nα⁺ в клетку на поверхности мембраны развивается реверсия потенциала, т.е. наружная поверхность мембраны приобретает отрицательный электрический заряд. Амплитуда пика потенциала действия при этом превышает величину потенциала покоя  и достигает 100 мв. и более. Потенциал действия деполяризует мембраны соседних клеток, в результате чего они генерируют собственные потенциалы действия - происходит распространения процесса возбуждения по клеткам миокарда.  

Структура ионных каналов. Селективность. Примеры. Физические принципы формирования потенциала действия нервной клетки. (График, характеристики).

При замене NаСI в растворе, окружающем нервные волокна, на LiСI или хлориды аммония, гидроксиламмония и некоторых других катионов, форма  кривой входящего тока не изменится, изменяется  величина этого тока. Это говорит о том, что натриевые  каналы открываются по прежнему, но вместо Nа⁺ через них снаружи внутрь проходит другой катион: Li⁺ или NH⁺₄; чем выше проницаемость каждого натриевого канала для данного катиона, тем больше будет ток через этот канал. Например, для Li⁺, Nα⁺, К⁺, Rb⁺, Сs⁺ относительная проницаемость натриевых каналов в мембранах аксонов моллюсков характеризуется  рядом: Р_Li : Р_Na : Р_K : Р_Rb: Р_Cs =110 : 100 : 8 : 2,5 :1,7. В мембранах перехвата Ранвье нервных волокон этот ряд выглядит так: Р_Li : Р_Na : Р_K = 94 : 100 : 9. Мы видим, что натриевые каналы в 11 – 12 раз лучше пропускают Nα⁺, чем К⁺. В то же время ряд проницаемостей для К⁺-каналов показывают их калиевую селективность: Р _Li: Р_Na: Р _K: Р_Rb: Р_S =1,8 : 1 : 100 : 91  : 8.

Причину селективности  каналов нужно искать в особенностях их строения. Натриевые каналы, по всей видимости, представляют собой белковые образования. УФ-облучение инактивирует натриевые каналы, причем максимум в спектре действия инактивации лежит при 280 нм, т. е. соответствует максимуму в спектре в поглощения белков. Протеолитические ферменты, такие как проназа, папаин и фицин, ответственен за его инактивацию. По-видимому, белковую природу имеют и калиевые каналы. Рассмотрим строение этих каналов на примере натриевого канала. Согласно современным представлениям, каждый канал состоит по крайней мере из трех участков, различающихся по ширине просвета: наружного устья, селективного фильтра и внутреннего устья; кроме того, имеются устройства, обеспечивающие открывание и перекрывание канала (m- и h-ворота). Селективность канала обеспечивается стерическим  соответствием наиболее узкой части канала и гидратированного иона, а также силой электростатического взаимодействия иона с заряженными группами в области селективного фильтра.   В устья канала могут заходить молекулы некоторых веществ, которые перекрывают просвет и тем самым ингибируют работу канала. К таким соединениям относятся, например, паралитический яд  тетродоксин, который содержится во внутренних органах рыбы-шар и блокирует Nα⁺-каналы. Место, куда входит тетродоксин, расположено на стороне натриевого канала, обращенной наружу, изнутри нервного волокна этот яд не действует. При возбуждении нервных клеток, клеток мышцы и даже клеток водорослей между внутриклеточной средой и окружающим раствором возникает изменение мембранного потенциала, напоминающее затухающее колебание и называемое потенциалом действия. В миелинизированных нервных волокнах потенциал действия  возникает (генерируется) в перехватах Ранвье, а затем передается  от одного перехвата к другому чисто электрическим путем (по тому же механизму, что и передача телеграфных сообщений по электрическому кабелю). В безмиелиновых нервных волокнах каждый участок волокна, воспринимая электрический сигнал от соседних участков нерва, генерирует потенциал действия, который затем распространяется дальше. Мы рассмотрим сначала механизм возникновения потенциала действия в определенном участке нервного волокна, а затем распространение потенциала вдоль нерва.     

        Ионные токи, проходящие через мембрану при подаче на нее фиксированного деполяризующего потенциала.

1 - суммарный ток (в среде есть Na⁺); 2 - калиевый ток (в среде нет Na⁺); 3 - натриевый ток (кривая 1 минус кривая 2); а - участок открывания; б - участок инактивации каналов; j - плотности тока (А/м²); t - время (мс). Фиксированный потенциал на мембране равен потенциалу покоя минус 56 мВ

Звук. Природа звука. Инфразвук, слышимый звук, ультразвук, виды звуков.

Звуковые колебания  и волны - частный случай механических колебаний и волн. Однако в связи с акустических понятий для оценки слуховых ощущений, а также и в связи с медицинскими приложениями целесообразно некоторые вопросы разобрать специально. Принято различать следующие звуки: 1).тоны, или музыкальные звуки; 2).шумы;  3).звуковые удары.

        Тоном называется звук, являющийся периодическим процессом. Если этот процесс гармонический, то тон называется простым или чистым, а соответствующая плоская звуковая волна. Описывается уравнением

S = Аcos [ω (t-x/v)]. Основной физической характеристикой чистого тона является частота. Ангормоническому колебанию соответствует сложный тон. Простой тон издает, например, камертон, сложный тон создается музыкальными инструментами, аппаратом речи (гласные звуки) и т.п. Сложный тон может быть разложен на простые. Наименьшая частота такого разложения соответствует основному тону, остальные гармоники (обертоны) имеют частоты, равные 2v₀, 3v₀ и т.д. Набор частот с указанием их относительной интенсивности (амплитуды А) называется акустическим спектром. Спектр сложного тона линейчатый, акустический спектр - важная физическая характеристика сложного тона.

       Шумом  называют звук, отличающийся сложной  неповторяющейся временной зависимостью. К шуму  относятся звуки от  вибрации машин, аплодисменты, шорох,  скрип, согласные звуки рези и т.п. Шум можно рассматривать как сочетание беспорядочно изменяющихся сложных тонов. Если попытаться с некоторой степенью условности разложить шум в спектр, то окажется, что этот спектр будет сплошным, например спектр, полученный от шума газовой горелки.

Звуковой удар - это кратковременное звуковое воздействие: хлопок, взрыв и т.п. Не следует  путать звуковой удар с ударной волной. Энергетической характеристикой звука  как механической волны является интенсивность. На практике для оценки звука удобнее использовать  не интенсивность, а  звуковое давление, дополнительно возникающее при прохождении звуковых волн в жидкой или газообразной среде. Для плоской волны интенсивность связана со звуковым давлением  зависимостью: I=p²/(2pc), где р - плотность среды; с - скорость звука.   

Нормальное  человеческое ухо воспринимает довольно широкий диапазон интенсивностей звука: так, например, на частоте 1 кГц от I₀ = Вт/м² или р₀ = 2 Па (порог слышимости) до  I Р_мах = 60 Па (порог болевого ощущения).

Ультразвуком (УЗ) называют механические колебания и волны, частоты которых более 20 кГц. Верхним пределом ультразвуковых частот условно можно считать - Гц. Этот предел определяется межмолекулярными расстояниями и поэтому зависит от агрегатного состояния вещества, в котором распространяется ультразвуковая волна.

Инфразвуком называют механические (упругие) волны с частотами, меньшими тех, которые воспринимает ухо человека (20 Гц). Источником инфразвука могут быть как естественные объекты (море, землетрясение, грозовые разряды и др.), так и искусственные (взрывы, автомашины, станки и др.). Инфразвук часто сопровождается слышимым шумом, например в автомашине, поэтому возникают трудности при измерении и исследовании собственно инфразвуковых колебаний. Инфразвук оказывает неблагоприятное влияние на функциональное состояние ряда систем организма: усталость, головная боль, сонливость, раздражение и др.

Вариант № 1б.

1. Основные положения молекулярно-кинетической теории, основное уравнение; средняя длина свободного пробега и скорость. Температура, теплоемкость.
2. Дифракция. Интерференция. Опыт Юнга. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракционная решетка. Период  дифракционной решетки. Условия максимумов и минимумов дифракционной решетки.
3. Радиоактивность. Виды радиоактивности. Основной закон радиоактивного распада. Активность, единицы активности (внесистемные и в системе СИ).
4. Устройство рентгеновской трубки. Тормозное  рентгеновское  излучение.

Основные положения молекулярно-кинетической теории, основное уравнение; средняя  длина свободного пробега и скорость. Температура, теплоемкость.

Кинетическая  теория газов  есть теория, основанная на статистических методах исследования. Статистический  метод состоит  в изучении свойств макроскопических систем  на основе анализа, с  помощью методов  математической теории вероятностей, закономерностей  теплового  движения  огромного  числа микрочастиц, образующих  эти системы. Основное  уравнение кинетической теории газов:

ρV = 2/3Wк, где: р - давление  газа, V- его объем, W = ∑m_iu²_i/2 - суммарная кинетическая  энергия поступательного  движения  n молекул газа, находящегося  в объеме V,  m_i – масса i-й молекулы,  u_i - ее скорость.    

Молекулы  в  газах движутся почти свободно  в промежутках  между столкновениями, приводящими  к резкому  изменению их скоростей. Время  столкновения  значительно меньше среднего времени  свободного пробега  молекул газа  между столкновениями. Передача  энергии и  импульса в газе  происходит  главным образом благодаря парным столкновениям молекул. Число столкновений  основано  на  (гипотезе  молекулярного хаоса), т. е. на предположении об отсутствии корреляции  между скоростями  сталкивающих молекул, что  справедливо  для разреженных газов  и  газов средней плотности. 

Среднюю длину  пробега  молекул  можно определить через  среднее число  столкновений  в единицу времени. Между двумя  последовательными  соударениями молекула движется прямолинейно  и равномерно, проходя  в среднем  определенное расстояние, называемое средней длиной пробега  λ = (х) = 1/n¸ σ        Молекулы газа движутся с разными скоростями. Скорость, соответствующая максимуму называется наиболее вероятной, средняя скорость  больше наиболее вероятной скорости  и меньше средней квадратичной скорости. Средней скоростью молекул называют:  V = √ 8kT/¶m     V² = 2kT/3m                                                                                                                       

Теплоемкостью  называют отношение элементарного  количества тепла, сообщенного телу в  каком - либо  процессе к  соответствующему  изменению температуры тела, С = σQ/dТ

Величина, характеризующая  тепловое состояние тела, называется  температурой. Изменение температуры  тела  вызывает  изменения  свойств  тела         (размеров, плотности, упругости, электропроводности и  т.д.). 

Дифракция. Интерференция. Опыт Юнга. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракционная  решетка. Период  дифракционной решетки. Условия максимумов и минимумов  дифракционной решетки.

Под интерференцией света понимают такое сложение световых волн, в результате которого образуется  устойчивая картина  их усиления и ослабления. Для получения интерференции света необходимо выполнение определенных условий.       Сложение волн, распространяющихся в среде, определяется сложением соответствующих колебаний. Наиболее простой случай сложения электромагнитных волн наблюдается тогда, когда их частоты одинаковы и направления электрических векторов совпадают. В этом случае амплитуду результирующей волны можно найти по формуле, которую для напряженности электрического поля запишем в виде: Е²=Е²₁ + Е²₂ + 2Е₁Е₂ Cos ∆, где ∆ - разность фаз слагаемых волн. В зависимости от типа источников света результат сложения волн может быть принципиально различным. Сначала рассмотрим сложение волн, идущих от обычных источников света (лампа, пламя, Солнце и т.д.). Каждый такой источник представляет совокупность огромного количества излучаемых атомов. Отдельный атом излучает электромагнитную волну приблизительно в течение 10^-8 с, причем излучение есть событие случайное, поэтому и разность фаз ∆ принимает случайные значения. При этом среднее по излучениям всех атомов значение Cos ∆ = 0.

Вместо Е² = Е²₁ + Е²₂ + 2Е₁Е₂ Соs ∆ получаем  усредненное равенство для тех точек пространства, где складываются две волны, идущие от двух обычных источников света: ‹Е²› = ‹Е²₁› + ‹Е²₂›

Так как интенсивность  волны пропорциональна квадрату амплитуды, то из предыдущей формулы  имеем условие сложения интенсивностей I = I₁ + I₂ волн. Это означает, что для интенсивностей излучений, исходящих от двух или более обычных световых источников, выполняется достаточно простое правило сложения: интенсивность  суммарного излучения равна сумме интенсивностей слагаемых волн. Это наблюдается в повседневной практике: освещенность от двух ламп  равна сумме освещенностей, создаваемых каждой лампой в отдельности. Если ∆ остается неизменной, наблюдается интерференция света. Интерференция света возникает от согласованных, когерентных источников, которые обеспечивают постоянную во времени разность фаз ∆ слагаемых волн  в различных точках. Волны, отвечающие  этому условию, называются когерентными.

Интерференция  могла бы быть  осуществлена  от двух синусоидальных волн  одинаковой частоты, однако практически создать такие световые волны невозможно, поэтому когерентные волны получают, ˝расщепляя˝ световую волну, идущую от источника. Такой способ применяется в методе  Юнга. На пути  сферической волны, идущей от источника S, устанавливается  непрозрачная преграда  с двумя щелями. Точки волновой поверхности, дошедшей до преграды, становятся центрами когерентных вторичных волн, поэтому щели можно рассматривать как когерентные источники. На экране Э наблюдается интерференция.

Дифракцией  света называют явление отклонения света от прямолинейного распространения  в  среде с резкими неоднородностями. Возможность наблюдения дифракции зависит от соотношения длины волны  и размеров неоднородностей. Различают с некоторой степенью условности дифракцию сферических волн (дифракцию Френеля) и дифракцию плоскопараллельных волн (дифракцию Фраунгофера). Описание дифракционной картины возможно с учетом  интерференции вторичных волн. Расчет и объяснение дифракции света можно приближенно сделать, используя принцип Гюйгенса – Френеля.      Согласно Гюйгенсу, каждая точка волновой поверхности, которой достигла в данный момент волна, является центром элементарных вторичных волн, их внешняя огибающая будет волновой поверхностью в последующий момент времени S₁  и S₂ -волновые поверхности соответственно  в моменты t₁ и  t₂; t₁ > t₂. Френель дополнил  это положение Гюйгенса, введя представление о когерентности вторичных волн и их интерференции. В таком обобщенном виде эти идеи получили название принципа  Гюйгенса - Френеля.          Дифракционная решетка - оптическое устройство представляющее собой совокупность большого числа параллельных, обычно равноотстоящих друг от друга щелей. Дифракционную решетку можно получить нанесением непрозрачных царапин (штрихов) на стеклянную пластину. Непроцарапанные места - щели - будут пропускать свет, штрихи, соответствующие промежутку между щелями, рассеивают и не пропускают света. Суммарную ширину щели и промежутка между щелями  называют постоянной или периодом дифракционной решетки: c = a + b.

Если на решетку  падает пучок когерентных волн, то вторичные волны, идущие  по всевозможным направлениям, будут интерферировать, формируя дифракционную картину. Пусть на решетку нормально падает плоскопараллельный пучок когерентных волн. Выберем некоторое направление  вторичных волн под углом α  относительно нормали к решетке. Лучи, идущие от крайних точек двух соседних щелей, имеют разность хода δ =│А̒ В̒│. Такая же разность хода будет для вторичных волн, идущих от соответственно расположенных пар точек соседних щелей. Если эта разность хода кратна целому числу длин волн, то при интерференции возникнут главные максимумы, для которых выполняется условие │А̒ В̒│= kλ, или с sin α = ± kλ, где k=0, 1, 2, … - порядок главных максимумов. Они расположены симметрично относительно центрального (k=0, α=0). Равенство   является основной формулой дифракционной решетки. Между главными максимумами образуются минимумы (добавочные), число которых зависит от числа  всех щелей решетки. Выводим условие для добавочных минимумов. Пусть разность хода вторичных волн, идущих под углом α от соответственных точек соседних щелей, равна λ/N, т.е. δ = с sin α = λ/N, где N - число щелей дифракционной решетки. Этой разности хода δ (разность фаз и оптической разностью хода интерферирующих волн) отвечает разность фаз ∆ = 2¶/N.         

При большом  количестве щелей отдельные добавочные минимумы практически не различаются, а все пространство между главными максимумами выглядит  темным. Чем больше число щелей дифракционной решетки, тем более резки главные максимумы.

          Радиоактивность. Виды радиоактивности. Основной закон радиоактивного распада. Активность, единицы активности (внесистемные и в системе СИ).

Радиоактивностью  называют самоуправляемый распад неустойчивых ядер с испусканием других ядер  или элементарных частиц. Характерным  признаком, отличающим ее от других видов ядерных превращений, является самопроизвольность (спонтанность) этого процесса. Различают радиоактивность естественную и искусственную. Естественная радиоактивность встречается у неустойчивых ядер, существующих в природных условиях. Искусственной называют радиоактивность ядер, образованных в результате различных ядерных реакций. Принципиального различия между естественной и искусственной радиоактивностями нет. Им присущи общие закономерности.      Основные типы радиоактивного распада.                  α-распад состоит в самопроизвольном превращении ядра с испусканием α-частицы. Примером α-распада  является превращения радона в полоний, а полония в свинец. β-распад заключается во внутриядерном взаимном превращении нейтрона и протона. Различают три вида  β-распада. 1. Электронный или β-распад, который проявляется в вылете из ядра β-частицы (электрона). Энергия, выделяющаяся при  β-распаде, распределяется между  β-частицей и нейтрино или антинейтрино. Примером β-распада может быть превращение трития в гелий. 2.Позитронный, или β-распад. Примером является превращение рубидия в криптон. 3. Электронный, или е-захват. Примером служит превращение бериллия в литий. Радиоактивностью является также спонтанное деление ядер, протонная радиоактивность и др.

Радиоактивный  распад - это статистическое явление. Невозможно предсказать, когда распадется данное нестабильное ядро, можно лишь сделать некоторые вероятностные  суждения об этом событии. Для большей  совокупности радиоактивных ядер можно  получить статистический закон, выражающий  зависимость нераспавшихся ядер от времени. Пусть за достаточно малый интервал времени dt распадается  dN ядер. Это число пропорционально интервалу времени dt, а также общему числу N  радиоактивных ядер: dN = -λNdt, где λ - постоянная распада, пропорциональная вероятности распада  радиоактивного ядра и различная для разных радиоактивных веществ. Знак (-) поставлен в связи с тем, что dN<0, так как число нераспавшихся радиоактивных ядер убывает со временем. Приведя математические действия получим выражение: N=N₀е^-λt это и есть основной закон радиоактивного распада: число радиоактивных ядер, которые еще не распались, убывают со временем по экспоненциальному закону.               На рис. изображены кривые 1 и 2, соответствующие разным веществам (λ1 λ2); начальное число N₀ радиоактивных ядер одинаково.

На практике вместо постоянной распада  чаще используют другую характеристику радиоактивного изотопа - период полураспада Т. Это время в течение которого распадается половина радиоактивных ядер. Естественно, что это  определение справедливо для достаточно большого числа ядер. На рис. показано, как с помощью кривых 1 и 2 можно найти периоды полураспада ядер; проводимая прямая, соответствующая N₀/2, до пересечения с кривыми. Абциссы точек пересечения дают Т₁ и Т₂. 

Чтобы установить связь между  Т и λ, приведем новое уравнение: Т=  =0,69/λ. Работая с радиоактивными источниками, важно знать число частиц или

γ-фотонов, вылетающих из препарата в секунду. Это число  пропорционально скорости распада, поэтому скорость распада называемая активностью, является существенной характеристикой радиоактивного препарата: А=-dN/dt. Затем получаем следующую зависимость: А= . Таким образом, активность препарата тем больше, чем больше радиоактивных ядер и чем меньше их период полураспада. Активность препарата со временем убывает по экспоненциальному закону. Единица активности - беккерель (Бк), что соответствует активности нуклида в радиоактивном источнике, в котором за  1 с происходит один акт распада.        Наиболее употребительной единицей активности является  кюри (Ки); 1 Ки=3,7·10¹⁰ Бк=3,7·10¹⁰ с^-1. Кроме того, существует еще одна внесистемная единица активности - резерфорд (Рд); 1 Рд=10⁶ Бк =10⁶ с^-1. Для характеристики активности единицы массы радиоактивного источника вводят величину, называемую удельной массовой активностью и равную отношению активности изотопа к его массе. Удельная массовая активность выражается в беккерелях на килограмм  Бк/кг.