2014-02-24
554
Объект и предмет научного исследования; модели электромагнитного излучения
Содержание лекций.
Опорные конспекты лекций по дисциплине
Оптические методы и приборы
для научных исследований
 |
Лектор: доц. каф. ПР-5, к.ф.- м.н. Игорь Михайлович Колдаев.
Москва 2008
Введение
Дисциплина «Оптические методы и приборы для научных исследований» (ОМ и ПдНИ) служит связующим звеном между базовой подготовкой по предметам общей и прикладной физики и специальными дисциплинами проектирования оптико-электронных приборов. Учебная программа дисциплины составлена в соответствии с образовательным стандартом специальности 2000203.
1. Объект и предмет научного исследования; модели электромагнитного излучения.
2. Систематизация и способы классификаций оптических методов исследований.
3. Взаимосвязь световых и энергетических параметров излучения.
4. Способы измерения основных фотометрических параметров.
5. Способ измерения силы света удаленного источника и яркости объекта.
6. Определение погрешности косвенных фотометрических измерений.
7. Способы сравнения фотометрических параметров объекта с эталоном (способы отклонения, замещения, отношений, дифференциальные компенсационный и разностный).
8. Фотоплетизмография в исследованиях медико-биологических объектов.
9. Классификация активных фотометрических методов исследования окружающей среды.
10. Концентрационная колориметрия в исследованиях веществ.
11. Оптическая плотность, ее аддитивность.
12. Спектрофотометрический анализ многокомпонентных систем.
13. Оксигемометрия.
14. Комбинированные методы: фото-калориметрия, методы термо - оптической и оптико - акустической спектроскопии.
15. Систематизация и классификация приборов фотометрии; визуальный фотометр.
16. Фотоэлектрические фотометры.
17. Влияние отклонений от закона Бугера– Ламберта- Бера на результаты исследований.
18. Нефелометрические методы исследований веществ и окружающей среды.
19. Турбидиметрия в исследованиях дисперсных сред.
20. Цели, задачи, классификация методов и областей спектрального анализа.
21. Классификация спектральных элементов и приборов.
22. Развитие атомно–эмиссионной спектроскопии.
23. Естественная ширина спектральных линий.
24. Приборы атомно–эмиссионной спектроскопии.
25. Принципы атомно-абсорбционной спектроскопии.
26. Приборы атомно-абсорбционной спектроскопии.
27. Молекулярная спектроскопия.
28. Принципы люминесцентной спектроскопии, сравнение люминесцентных и спектральных методов.
29. Количественный люминесцентный анализ.
30. Построение приборов люминесцентного анализа.
31. Методы спектроскопии комбинационного рассеяния.
32. Лазерные спектрометры; области лазерной спектроскопии.
33. Лазерные методы исследования сверхбыстрых процессов на примере динамики белков.
34. Принципы рефрактометрии; коэффициент молекулярной рефракции, формула Лорентц-Лоренца.
35. Систематизация методов и приборов рефрактометрии.
36. Принципы интерферометрии и голографических исследований.
37. Волоконно-оптические и интегрально-оптические интерферометрические датчики.
38. Классические интерферометры в научных исследованиях.
39. Систематизация поляризационных исследований.
40. Поляриметрия.
41. Спектро-поляриметрический анализ; закон Био.
42. Приборы на основе интерференционно-поляризационных явлений.
43. Исследование двулучепреломляющих сред.
44. Люминесцентно – поляризационный анализ.
45. Эллипсометрия в исследованиях поверхностных слоев и пленок.
46. Туннельная микроскопия и спектроскопия.
Рекомендуемая литература:
1. Оптико-электронные приборы для научных исследований.- Под ред. А.А.Новицкого. – М.: Машиностроение. – 1986. – 431 с.
2. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий, книга 1/ под ред. В.В. Клюева/ - М: Машиностроение,1986, 488 с.
3. Фриш С.Э. Оптические методы измерений – Л.: ЛГУ, 1979.
Дополнительная литература:
4. Харт Х., Введение в измерительную технику, - М: Мир, 1999, 391 с.
5. Попечителев Е.П., Кореневский Н.А., Электрофизиологическая и фотометрическая техника, - М: Высшая школа, 2002, 470 с.
6. Демтрёдер В., Лазерная спектроскопия, - М: Наука, 1985.
7. Основы аналитической химии: Учебник для вузов. В 2 кн. Кн.2. Методы анализа. /Ю.А.Золотов и др./ - М.: Высшая школа, 2002. – 494 с.
Объектом науки является объективная реальность, существующая независимо от наших представлений о ней. Объект науки познается через его свойства, которые удается определить исходя из современного уровня развития инструментов познания.
Анализируя и систематизируя свойства объекта, удается сформировать модели окружающего мира, которые и являются предметом науки. Научное исследование сводится к формированию модели объекта в рамках определенной предметной области. Оптические исследования используют параметры электромагнитного излучения оптического диапазона для получения информации об объекте.
1. Геометрическая модель определяет направление луча в пространстве: углы αi, и высоты hi – изменяются при переходе в другую среду в соответствии с законом преломления: n2 Sinα2 = n1Sinα1
2. Волновая модель определяет волновые свойства света. Плоская электромагнитная волна представляется в виде:
3. Квантовая модель света предполагает дискретность световой энергии Eф = hνф . Эта энергия часто измеряется в электрон-вольтах [эВ]. Общую энергию можно определить как число фотонов, умноженное на энергию одного фотона: W = Nф * hνф
Модели излучения
Волновая. Квантовая. Геометрическая.
E = E cos (ωt – kr + φ0) E = hν = hω Луч: угол падения α
<E02> - амплитуда E – энергия 1-го кванта высота h
p – направление поляризации N – число квантов
ω – частота колебания N·E = W α h
2. Систематизация и способы классификаций оптических методов исследований.
Научное исследование сводится к решению двух задач:
