druge prezentacije o molekularnoj fizici
"Nuklearna energija vezanja" - Elementi s masenim brojevima od 50 do 60 imaju maksimalnu energiju vezanja (8,6 MeV/nukleon) - Defekt mase. Coulombove sile teže razbijanju jezgre. Energija vezanja nukleona na površini manja je od energije nukleona unutar jezgre. Uchim.net. Energija vezanja atomskih jezgri. Specifična energija vezanja. Einsteinova jednadžba između mase i energije:
"Struktura atomske jezgre" - Geigerov brojač Oblačna komora. Radij (sjajni). Primjena radioaktivno zračenje. Marie Sklodowska-Curie i Pierre Curie. Becquerel Antoine Henri - 1897 Termonuklearna fuzija je fuzijska reakcija lakih jezgri. M-masni broj - masa jezgre, broj nukleona, broj neutrona M-Z. polonij. Lančana nuklearna reakcija.
"Primjena fotoelektričnog efekta" - Državna obrazovna ustanova NPO Stručni licej br. 15. Povijest otkrića i proučavanja fotoelektričnog efekta. Izvršila: učiteljica fizike Varlamova Marina Viktorovna. Einsteinova jednadžba za fotoelektrični efekt A. Einstein. promatranje fotoelektričnog efekta. Stoletov A.G. Jačina struje zasićenja proporcionalna je intenzitetu zračenja koje upada na katodu.
"Struktura jezgre atoma" - A. 10 -12. Radioaktivna transformacija atomskih jezgri. Posljedično, zračenje se sastoji od strujanja pozitivnih čestica, negativnih i neutralnih. 13 - 15. 1896. Henri Becquerel (Francuz) otkrio je fenomen radioaktivnosti. Označeno - , ima masu? 1a.u.m a naboj je jednak naboju elektrona. 5. Atom je neutralan, jer naboj jezgre jednak je ukupnom naboju elektrona.
"Sastav atomske jezgre" - Maseni broj. NUKLEARNE SILE – privlačne sile koje vežu protone i neutrone u jezgri. Nuklearne sile. Opći oblik osnovne oznake. Broj naplate. Broj naboja jednak je naboju jezgre, izražen u elementarnim električnim nabojima. Broj naboja jednak je rednom broju kemijskog elementa. Mnogo puta veće od Coulombovih sila.
"Sinteza plazme" - Rok izgradnje je 8-10 godina. Hvala na pažnji. Izgradnja i infrastruktura ITER-a. Stvaranje TOKAMAKA. Projektni parametri ITER-a. Stvaranje ITER-a (ITER). 5. Približan trošak 5 milijardi eura. Termonuklearno oružje. Doprinos Rusije reaktoru ITER. 2. Prednost termonuklearne energije. Energetski zahtjevi.
Atom vodika hvata elektronske oblake. I premda moderni fizičari čak mogu odrediti oblik protona uz pomoć akceleratora, atom vodika će, očito, ostati najmanji objekt, čiju sliku ima smisla nazvati fotografijom. Lenta.ru predstavlja pregled moderne metode fotografiranje mikrokozmosa.
Strogo govoreći, obične fotografije ovih dana gotovo da i nema. Slike koje obično nazivamo fotografijama i koje se mogu naći, na primjer, u bilo kojem foto eseju Lenta.ru, zapravo su računalni modeli. Svjetloosjetljiva matrica u posebnom uređaju (tradicionalno se još naziva "kamera") određuje prostornu raspodjelu intenziteta svjetlosti u nekoliko različitih spektralnih raspona, upravljačka elektronika te podatke pohranjuje u digitalnom obliku, a zatim drugi elektronički sklop, baziran na na ovim podacima daje naredbu tranzistorima na zaslonu s tekućim kristalima. Film, papir, posebna rješenja za njihovu obradu - sve je to postalo egzotično. A ako se sjetimo doslovnog značenja riječi, onda je fotografija "svjetlosno slikarstvo". Pa što reći da su znanstvenici uspjeli fotografirati atoma, moguće je samo uz priličnu količinu konvencionalnosti.
Više od polovice svih astronomskih slika odavno je snimljeno infracrvenim, ultraljubičastim i rendgenskim teleskopima. Elektronski mikroskopi ne zrače svjetlošću, već snopom elektrona, dok mikroskopi atomske sile skeniraju reljef uzorka iglom. Postoje rendgenski mikroskopi i skeneri za magnetsku rezonancu. Svi ti uređaji daju nam točne slike raznih predmeta, a unatoč tome što ovdje, naravno, nije potrebno govoriti o "svjetlopisu", ipak si dopuštamo takve slike nazvati fotografijama.
Eksperimenti fizičara za određivanje oblika protona ili raspodjele kvarkova unutar čestica ostat će iza kulisa; naša će priča biti ograničena na razmjer atoma.
Optika nikad ne stari
Kako se pokazalo u drugoj polovici 20. stoljeća, optički mikroskopi još uvijek imaju prostora za razvoj. Odlučujući trenutak u biološkom i medicinsko istraživanje bila je pojava fluorescentnih boja i metoda koje omogućuju selektivno označavanje određenih tvari. Nije to bila "samo nova boja", bila je to prava revolucija.
Suprotno uobičajenoj zabludi, fluorescencija uopće nije sjaj u mraku (potonji se naziva luminiscencija). Riječ je o fenomenu apsorpcije kvanta određene energije (recimo, plave svjetlosti) s naknadnom emisijom drugih kvanta niže energije i, sukladno tome, drugačijeg svjetla (kada se plava apsorbira, emitirat će se zelena). Ako stavite filtar koji propušta samo kvante koje emituje boja i blokira svjetlost koja uzrokuje fluorescenciju, možete vidjeti tamnu pozadinu sa svijetlim mrljama boja, a boje zauzvrat mogu vrlo selektivno obojiti uzorak. .
Na primjer, možete obojiti citoskelet živčane stanice u crveno, sinapse istaknuti zelenom, a jezgru u plavoj boji. Možete napraviti fluorescentnu oznaku koja će vam omogućiti otkrivanje proteinskih receptora na membrani ili molekula koje sintetizira stanica pod određenim uvjetima. Metoda imunohistokemijskog bojenja revolucionirala je biološku znanost. A kada su genetski inženjeri naučili kako napraviti transgene životinje s fluorescentnim proteinima, ova metoda je doživjela ponovno rođenje: na primjer, miševi s neuronima obojenim u različite boje postali su stvarnost.
Osim toga, inženjeri su osmislili (i prakticirali) metodu takozvane konfokalne mikroskopije. Njegova bit leži u činjenici da se mikroskop fokusira na vrlo tanak sloj, a posebna dijafragma odsiječe svjetlost koju stvaraju objekti izvan tog sloja. Takav mikroskop može sekvencijalno skenirati uzorak od vrha do dna i dobiti hrpu slika, što je gotova osnova za trodimenzionalni model.
Korištenje lasera i sofisticiranih sustava za kontrolu optičkog snopa omogućilo je rješavanje problema blijeđenja boje i sušenja osjetljivih bioloških uzoraka pod jakim svjetlom: laserska zraka skenira uzorak samo kada je to potrebno za snimanje. A kako ne bi gubili vrijeme i trud na ispitivanje velikog preparata kroz okular s uskim vidnim poljem, inženjeri su predložili sustav automatskog skeniranja: staklo s uzorkom možete staviti na pozornicu objekta modernog mikroskopa i uređaj će samostalno snimiti veliku panoramu cijelog uzorka. U isto vrijeme, u prava mjesta fokusirat će se, a zatim zalijepiti mnoge okvire zajedno.
Neki mikroskopi mogu prihvatiti žive miševe, štakore ili barem male beskralježnjake. Drugi daju blagi porast, ali se kombiniraju s rendgenskim aparatom. Kako bi se uklonile smetnje vibracija, mnoge se postavljaju na posebne stolove teške nekoliko tona u zatvorenom prostoru s pažljivo kontroliranom mikroklimom. Cijena takvih sustava premašuje cijenu ostalih elektronskih mikroskopa, a natjecanja za najljepši okvir odavno su postala tradicija. Osim toga, nastavlja se poboljšanje optike: od potrage najbolje sorte stakla i odabirom optimalnih kombinacija leća, inženjeri su prešli na načine fokusiranja svjetla.
Posebno smo naveli niz tehničkih detalja kako bismo pokazali da je napredak u biološkim istraživanjima dugo bio povezan s napretkom u drugim područjima. Da ne postoje računala koja bi mogla automatski prebrojati broj obojenih stanica na nekoliko stotina fotografija, supermikroskopi bi bili od male koristi. A bez fluorescentnih boja, svi milijuni stanica ne bi se mogli razlikovati jedna od druge, pa bi bilo gotovo nemoguće pratiti nastanak novih ili odumiranje starih.
Zapravo, prvi mikroskop je bio stezaljka na koju je pričvršćena sferna leća. Analog takvog mikroskopa može biti jednostavna karta za igranje s napravljenom rupom u njoj i kapljicom vode. Prema nekim izvješćima, takve su uređaje koristili rudari zlata u Kolymi već u prošlom stoljeću.
Iza granice difrakcije
Optički mikroskopi imaju temeljni nedostatak. Činjenica je da je nemoguće vratiti oblik onih objekata koji su se pokazali mnogo manjim od valne duljine iz oblika svjetlosnih valova: jednako tako možete pokušati ispitati finu teksturu materijala rukom u debela rukavica za zavarivanje.
Ograničenja nastala difrakcijom djelomično su prevladana, i to bez kršenja zakona fizike. Dvije okolnosti pomažu optičkim mikroskopima da zarone ispod difrakcijske barijere: činjenica da tijekom fluorescencije kvante emitiraju pojedinačne molekule boje (koje mogu biti prilično udaljene jedna od druge) i činjenica da je superponiranjem svjetlosnih valova moguće dobiti svijetli točka s promjerom manjim od valne duljine.
Kada se jedan na drugi nalažu, svjetlosni valovi mogu se međusobno poništiti, stoga su parametri osvjetljenja uzorka takvi da najmanja moguća površina pada u svijetlo područje. U kombinaciji s matematičkim algoritmima koji mogu, na primjer, ukloniti duhove, takvo usmjereno osvjetljenje pruža dramatično poboljšanje kvalitete slike. Postaje moguće, na primjer, pregledati unutarstanične strukture optičkim mikroskopom i čak (kombiniranjem opisane metode s konfokalnom mikroskopijom) dobiti njihove trodimenzionalne slike.
Elektronski mikroskop prije elektroničkih instrumenata
Kako bi otkrili atome i molekule, znanstvenici ih nisu morali gledati – molekularna teorija nije trebala vidjeti objekt. Ali mikrobiologija je postala moguća tek nakon izuma mikroskopa. Stoga su se mikroskopi isprva povezivali upravo s medicinom i biologijom: fizičari i kemičari koji su proučavali mnogo manje objekte kojima se upravlja na drugi način. Kada su također htjeli pogledati mikrokozmos, ograničenja difrakcije postala su ozbiljan problem, pogotovo jer su gore opisane metode fluorescentne mikroskopije još uvijek bile nepoznate. I malo je smisla povećavati razlučivost sa 500 na 100 nanometara ako je objekt koji se razmatra još manji!
Znajući da se elektroni mogu ponašati i kao val i kao čestica, njemački su fizičari 1926. godine stvorili elektronsku leću. Ideja na kojoj se temelji bila je vrlo jednostavna i razumljiva svakom školarcu: budući da elektromagnetsko polje odbija elektrone, može se koristiti za promjenu oblika snopa tih čestica povlačenjem ili, naprotiv, za smanjenje promjera čestica. greda. Pet godina kasnije, 1931., Ernst Ruska i Max Knoll izgradili su prvi elektronski mikroskop na svijetu. U uređaju je uzorak najprije bio osvijetljen snopom elektrona, a zatim je elektronska leća proširila snop koji je prošao prije nego što je pao na poseban luminiscentni zaslon. Prvi mikroskop je dao povećanje od samo 400 puta, ali zamjena svjetlosti elektronima otvorila je put fotografiranju s povećanjem stotine tisuća puta: dizajneri su morali prevladati samo nekoliko tehničkih prepreka.
Elektronski mikroskop omogućio je ispitivanje strukture stanica u kvaliteti koja je prije bila nedostižna. No iz ove slike nemoguće je razumjeti starost stanica i prisutnost određenih proteina u njima, a ta je informacija znanstvenicima itekako potrebna.
Elektronski mikroskopi sada omogućuju snimanje virusa izbliza. Postoje razne modifikacije uređaja koje omogućuju ne samo sjaj kroz tanke dijelove, već i njihovo razmatranje u "reflektiranom svjetlu" (naravno, u reflektiranim elektronima). Nećemo detaljno govoriti o svim opcijama za mikroskope, ali napominjemo da su nedavno istraživači naučili kako vratiti sliku iz uzorka difrakcije.
Dodirnuti, a ne vidjeti
Još jedna revolucija došla je na račun daljnjeg udaljavanja od principa "osvijetli i vidi". Mikroskop atomske sile, kao i skenirajući tunelski mikroskop, više ne svijetli na površini uzoraka. Umjesto toga, po površini se pomiče posebno tanka igla koja doslovno poskakuje čak i na izbočinama veličine jednog atoma.
Ne ulazeći u detalje svih takvih metoda, napominjemo glavnu stvar: igla tunelskog mikroskopa ne može se samo pomicati duž površine, već se može koristiti i za preuređivanje atoma s mjesta na mjesto. Tako znanstvenici stvaraju natpise, crteže pa čak i crtiće u kojima se nacrtani dječak igra atomom. Pravi atom ksenona vučen vrhom skenirajućeg tunelskog mikroskopa.
Tunelski mikroskop naziva se zato što koristi učinak tunelske struje koja teče kroz iglu: elektroni prolaze kroz jaz između igle i površine zbog efekta tuneliranja koji predviđa kvantna mehanika. Za rad ovog uređaja potreban je vakuum.
Mikroskop atomske sile (AFM) mnogo je manje zahtjevan za uvjete okoline - može (uz niz ograničenja) raditi bez pumpanja zraka. U određenom smislu, AFM je nanotehnološki nasljednik gramofona. Igla postavljena na tanak i fleksibilan konzolni nosač ( konzola a postoji i “nosač”), kreće se duž površine bez dovođenja napona na nju i prati reljef uzorka na isti način kao što gramofonska igla prati utore gramofonske ploče. Savijanje konzole uzrokuje odstupanje zrcala pričvršćenog na nju, ogledalo odbija lasersku zraku, što omogućuje vrlo precizno određivanje oblika uzorka koji se proučava. Glavna stvar je imati prilično točan sustav za pomicanje igle, kao i zalihe igala koje moraju biti savršeno oštre. Polumjer zakrivljenosti na vrhovima takvih igala ne smije prelaziti jedan nanometar.
AFM vam omogućuje da vidite pojedinačne atome i molekule, ali, poput tunelskog mikroskopa, ne dopušta vam da gledate ispod površine uzorka. Drugim riječima, znanstvenici moraju birati između mogućnosti vidjeti atome i mogućnosti proučavanja cijelog objekta. Međutim, čak i za optičke mikroskope, unutrašnjost proučavanih uzoraka nije uvijek dostupna, jer minerali ili metali obično slabo propuštaju svjetlost. Osim toga, još uvijek postoje poteškoće s fotografiranjem atoma - ti se objekti pojavljuju kao jednostavne kuglice, oblik elektronskih oblaka nije vidljiv na takvim slikama.
Sinkrotronsko zračenje, koje nastaje tijekom usporavanja nabijenih čestica raspršenih akceleratorima, omogućuje proučavanje okamenjenih ostataka prapovijesnih životinja. Rotacijom uzorka pod rendgenskim zrakama možemo dobiti trodimenzionalne tomograme – tako je, primjerice, pronađen mozak unutar lubanje ribe koja je izumrla prije 300 milijuna godina. Možete učiniti bez rotacije ako je registracija prenesenog zračenja fiksiranjem rendgenskih zraka raspršenih zbog difrakcije.
I to nisu sve mogućnosti koje rendgenske zrake otvaraju. Kada se njime ozrače, mnogi materijali fluoresciraju, a priroda fluorescencije može se koristiti za određivanje kemijski sastav tvari: na taj način znanstvenici boje antičke artefakte, Arhimedova djela izbrisana u srednjem vijeku ili boje perje davno izumrlih ptica.
Postavljanje atoma
Na pozadini svih mogućnosti koje pružaju rendgenske ili optičke fluorescentne metode, novi put Fotografiranje pojedinačnih atoma više se ne čini kao tako veliki napredak u znanosti. Bit metode koja je omogućila dobivanje slika predstavljenih ovog tjedna je sljedeća: elektroni se izvlače iz ioniziranih atoma i šalju u poseban detektor. Svaki čin ionizacije skida elektron s određene pozicije i daje jednu točku na "fotografiji". Sakupivši nekoliko tisuća takvih točaka, znanstvenici su formirali sliku koja pokazuje najvjerojatnija mjesta za pronalaženje elektrona oko jezgre atoma, a to je, po definiciji, oblak elektrona.
Zaključno, recimo da je sposobnost da se vide pojedinačni atomi s njihovim elektronskim oblacima više kao trešnja na torti moderne mikroskopije. Znanstvenicima je bilo važno proučavati strukturu materijala, proučavati stanice i kristale, a razvoj tehnologija koji je iz toga proizašao omogućio je dolazak do atoma vodika. Sve manje već je sfera interesa stručnjaka za fiziku elementarnih čestica. A biolozi, znanstvenici o materijalima i geolozi još uvijek imaju prostora za poboljšanje mikroskopa čak i uz prilično skromno povećanje u usporedbi s atomima. Stručnjaci za neurofiziologiju, na primjer, dugo su željeli imati uređaj koji može vidjeti pojedinačne stanice unutar živog mozga, a tvorci rovera prodali bi svoje duše za elektronski mikroskop koji bi stao na letjelicu i mogao bi raditi na Marsu.
Pošast kasnog 20. stoljeća koja je prouzročila smrt Freddyja Mercuryja, godišnje noseći tisuće ljudi izvan granice bez povratka u svijet živih.
Neprijatelj čovječanstva se mora znati u, gledamo i sjećamo se molekule virusa AIDS-a, koji u znanstvenim krugovima ide pod pseudonimom HIV.
To je otprilike način na koji se stanice dijele na svoju vrstu.
Na slici trenutak diobe stanice kvasca.
Svako biološko biće, bilo da je osoba ili biljka, sastavljeno je od gena.
Cijeli lanac gena, u principu, o kojem mnogo ovisi, zbog nedostatka određenih gena, osoba se lako pretvara u biljku. Obrnuti proces još nije uočen u prirodi.
Na slici je biljni gen Arabidopsis, evo ga u 3D.
Da, vjerojatno će svaki učenik prepoznati ovu sliku!
Sjeme rajčice okruženo sitnim dlačicama koje se na dodir osjećaju poput sluzi. Štiti sjeme od preranog sušenja.
Evo ga, željeni san većine čovječanstva!
Za posjed ovoga, vođeni su dugi i krvavi ratovi, prolaznici su ubijani i pljačkani na vratima. U to je uključena cijela povijest čovječanstva.
Pozivamo vas da ocijenite slike finalista koji su dobili titulu "Fotografa godine" od strane Kraljevskog fotografskog društva. Pobjednik će biti proglašen 7. listopada, a izložba najboljih radova održat će se od 7. listopada do 5. siječnja u Muzeju znanosti u Londonu.
Izdanje PM
Struktura mjehurića od sapunice, Kim Cox
Mjehurići sapuna optimiziraju prostor unutar sebe i minimiziraju svoju površinu za zadani volumen zraka. To ih čini korisnim predmetom proučavanja u mnogim područjima, posebice u području znanosti o materijalima. Čini se da stijenke mjehurića teku prema dolje pod djelovanjem gravitacije: tanke su na vrhu i debele na dnu.
"Označavanje na molekulama kisika" Yasmine Crawford
Slika je dio autoričinog posljednjeg velikog projekta za magisterij iz fotografije na Sveučilištu Falmouth, gdje je fokus bio na mijalgičnom encefalomijelitisu. Crawford kaže da stvara slike koje nas povezuju s dvosmislenim i nepoznatim.
"Smiraj vječnosti", autor Evgeny Samuchenko
Slika je snimljena na Himalaji na jezeru Gosaikunda na nadmorskoj visini od 4400 metara. Mliječna staza je galaksija koja uključuje naš Sunčev sustav: nejasnu traku svjetlosti na noćnom nebu.
"Confused Flour Beetle" Davida Spearsa
Ova mala buba štetočina napada žitarice i proizvode od brašna. Slika je snimljena skenirajućim elektronskim mikrografom, a zatim obojena u Photoshopu.
Maglica Sjeverna Amerika Davea Watsona
Maglica Sjeverne Amerike NGC7000 je emisijska maglica u zviježđu Labud. Oblik maglice podsjeća na oblik Sjeverne Amerike - čak možete vidjeti i Meksički zaljev.
Jelenska buba Viktora Sikore
Fotograf je koristio svjetlosnu mikroskopiju s povećanjem od pet puta.
Lovell teleskop Marge Bradshaw
“Fasiniran sam Lovell teleskopom u Jodrell banci otkad sam ga vidio na školskom izletu”, kaže Bradshaw. Htjela je snimiti nekoliko detaljnijih fotografija kako bi pokazala njegovu nošenost.
"Meduze naopačke" Mary Ann Chilton
Umjesto plivanja, ova vrsta vrijeme provodi pulsirajući u vodi. Boja meduza je rezultat jedenja algi.
