inne prezentacje dotyczące fizyki molekularnej
„Nuklearna energia wiązania” - Pierwiastki o liczbach masowych od 50 do 60 mają maksymalną energię wiązania (8,6 MeV/nukleon) - Defekt masy. Siły kulombowskie mają tendencję do rozbijania jądra. Energia wiązania nukleonów na powierzchni jest mniejsza niż nukleonów wewnątrz jądra. Uchim.net. Energia wiązania jąder atomowych. Energia właściwa wiązania. Równanie Einsteina między masą a energią:
"Struktura jądra atomowego" - licznik Geigera Komora chmurowa. Rad (promieniujący). Podanie promieniowanie radioaktywne. Marie Skłodowska-Curie i Pierre Curie. Becquerel Antoine Henri - 1897 Fuzja termojądrowa to reakcja syntezy jąder lekkich. Liczba M-masowa - masa jądra, liczba nukleonów, liczba neutronów M-Z. Polon. Łańcuchowa reakcja jądrowa.
„Zastosowanie efektu fotoelektrycznego” – Państwowa instytucja edukacyjna NPO Liceum Zawodowe nr 15. Historia odkrycia i badania efektu fotoelektrycznego. Ukończył: nauczyciel fizyki Varlamova Marina Viktorovna. Równanie Einsteina na efekt fotoelektryczny A. Einstein. obserwacja efektu fotoelektrycznego. Stoletov A.G. Siła prądu nasycenia jest proporcjonalna do natężenia promieniowania padającego na katodę.
„Struktura jądra atomu” - A. 10 -12. Transformacja radioaktywna jąder atomowych. W konsekwencji promieniowanie składa się ze strumieni cząstek dodatnich, ujemnych i obojętnych. 13 - 15. 1896 Henri Becquerel (Francuski) odkrył zjawisko radioaktywności. Oznaczony - , ma masę? 1a.m. a ładunek jest równy ładunkowi elektronu. 5. Atom jest neutralny, ponieważ ładunek jądra jest równy całkowitemu ładunkowi elektronów.
„Skład jądra atomowego” – liczba masowa. SIŁY JĄDROWE - siły przyciągania wiążące protony i neutrony w jądrze. Siły jądrowe. Forma ogólna podstawowe oznaczenia. Numer opłaty. Liczba ładunku jest równa ładunkowi jądra wyrażonemu w elementarnych ładunkach elektrycznych. Liczba ładunku jest równa liczbie porządkowej pierwiastka chemicznego. Wielokrotnie większe niż siły Coulomba.
"Synteza Plazmy" - Okres budowy to 8-10 lat. Dziękuję za uwagę. Budowa i infrastruktura ITER. Powstanie TOKAMAKA. Parametry projektowe ITER. Utworzenie ITER (ITER). 5. Przybliżony koszt 5 miliardów euro. Broń termojądrowa. Wkład Rosji w reaktor ITER. 2. Przewaga energii termojądrowej. Wymagania energetyczne.
Atom wodoru wychwytujący chmury elektronowe. I chociaż współcześni fizycy mogą nawet określić kształt protonu za pomocą akceleratorów, atom wodoru najwyraźniej pozostanie najmniejszym obiektem, którego obraz ma sens nazywać fotografią. Lenta.ru przedstawia przegląd nowoczesne metody fotografowanie mikrokosmosu.
Ściśle mówiąc, w dzisiejszych czasach prawie nie ma już zwykłej fotografii. Obrazy, które zwykle nazywamy fotografiami i które można znaleźć na przykład w dowolnym eseju fotograficznym Lenta.ru, są w rzeczywistości modelami komputerowymi. Światłoczuła matryca w specjalnym urządzeniu (tradycyjnie nadal nazywana „kamerą”) określa przestrzenny rozkład natężenia światła w kilku różnych zakresach spektralnych, elektronika sterująca przechowuje te dane w postaci cyfrowej, a następnie kolejny układ elektroniczny, oparty na na tych danych, wydaje polecenie tranzystorom na wyświetlaczu ciekłokrystalicznym. Folia, papier, specjalne rozwiązania do ich przetwarzania - wszystko to stało się egzotyczne. A jeśli pamiętamy dosłowne znaczenie tego słowa, to fotografia to „malowanie światłem”. Więc co powiedzieć, że naukowcom się udało fotografować atom jest możliwy tylko przy dużej dozie konwencjonalności.
Ponad połowa wszystkich zdjęć astronomicznych była od dawna wykonywana przez teleskopy podczerwone, ultrafioletowe i rentgenowskie. Mikroskopy elektronowe naświetlają nie światłem, ale wiązką elektronów, podczas gdy mikroskopy sił atomowych skanują relief próbki za pomocą igły. Istnieją mikroskopy rentgenowskie i skanery do rezonansu magnetycznego. Wszystkie te urządzenia dają nam wierne obrazy różnych obiektów i choć oczywiście nie trzeba tu mówić o „malowaniu światłem”, wciąż pozwalamy sobie nazywać takie obrazy fotografiami.
Eksperymenty fizyków mające na celu określenie kształtu protonu lub rozmieszczenie kwarków wewnątrz cząstek pozostaną za kulisami; nasza historia ograniczy się do skali atomów.
Optyka nigdy się nie starzeje
Jak się okazało w drugiej połowie XX wieku, mikroskopy optyczne wciąż mają pole do rozwoju. Decydujący moment w biologii i badania medyczne było pojawienie się barwników fluorescencyjnych i metod pozwalających na selektywne znakowanie niektórych substancji. To nie była „tylko nowa farba”, to była prawdziwa rewolucja.
W przeciwieństwie do powszechnego błędnego przekonania, fluorescencja wcale nie jest poświatą w ciemności (ta ostatnia nazywa się luminescencją). Jest to zjawisko pochłaniania kwantów o określonej energii (powiedzmy światła niebieskiego) z następującą po tym emisją innych kwantów o mniejszej energii i odpowiednio innego światła (w przypadku pochłaniania koloru niebieskiego zostanie wyemitowany zielony). Jeśli założysz filtr, który przepuszcza tylko kwanty emitowane przez barwnik i blokuje światło wywołujące fluorescencję, możesz zobaczyć ciemne tło z jasnymi plamami barwników, a barwniki z kolei mogą bardzo selektywnie zabarwić próbkę .
Na przykład można pokolorować cytoszkielet komórki nerwowej na czerwono, synapsy na zielono, a jądro na niebiesko. Możesz zrobić etykietę fluorescencyjną, która pozwoli Ci wykryć receptory białkowe na błonie lub cząsteczki syntetyzowane przez komórkę w określonych warunkach. Metoda barwienia immunohistochemicznego zrewolucjonizowała nauki biologiczne. A kiedy inżynierowie genetyczni nauczyli się tworzyć transgeniczne zwierzęta z białkami fluorescencyjnymi, ta metoda przeżyła ponowne narodziny: na przykład myszy z neuronami pomalowanymi na różne kolory stały się rzeczywistością.
Ponadto inżynierowie opracowali (i przećwiczyli) metodę tak zwanej mikroskopii konfokalnej. Jej istota polega na tym, że mikroskop skupia się na bardzo cienkiej warstwie, a specjalna przesłona odcina światło wytwarzane przez obiekty znajdujące się poza tą warstwą. Taki mikroskop może sekwencyjnie skanować próbkę od góry do dołu i uzyskać stos obrazów, który jest gotową podstawą dla trójwymiarowego modelu.
Zastosowanie laserów i wyrafinowanych systemów kontroli wiązki optycznej pozwoliło rozwiązać problem blaknięcia i suszenia delikatnych próbek biologicznych w jasnym świetle: wiązka lasera skanuje próbkę tylko wtedy, gdy jest to konieczne do obrazowania. A żeby nie tracić czasu i wysiłku na badanie dużego preparatu przez okular o wąskim polu widzenia, inżynierowie zaproponowali automatyczny system skanowania: na stolik przedmiotowy nowoczesnego mikroskopu można postawić szklankę z próbką, a urządzenie niezależnie wykona wielkoskalową panoramę całej próbki. W tym samym czasie w właściwe miejsca skupi się, a następnie sklei ze sobą wiele ramek.
Niektóre mikroskopy mogą pomieścić żywe myszy, szczury lub przynajmniej małe bezkręgowce. Inne dają niewielki wzrost, ale są połączone z aparatem rentgenowskim. Aby wyeliminować zakłócenia wibracji, wiele z nich jest montowanych na specjalnych stołach ważących kilka ton w pomieszczeniach o dokładnie kontrolowanym mikroklimacie. Koszt takich systemów przewyższa koszt innych mikroskopów elektronowych, a konkursy na najpiękniejszą oprawę od dawna stały się tradycją. Ponadto trwa poprawa optyki: z poszukiwań najlepsze odmiany szkła i doboru optymalnych kombinacji soczewek, inżynierowie przeszli do sposobów skupiania światła.
Wymieniliśmy konkretnie szereg szczegółów technicznych, aby pokazać, że postęp w badaniach biologicznych od dawna wiąże się z postępem w innych dziedzinach. Gdyby nie było komputerów zdolnych do automatycznego zliczania liczby wybarwionych komórek na kilkuset fotografiach, supermikroskopy byłyby mało przydatne. A bez barwników fluorescencyjnych wszystkie miliony komórek byłyby nie do odróżnienia od siebie, więc śledzenie powstawania nowych lub śmierci starych byłoby prawie niemożliwe.
W rzeczywistości pierwszy mikroskop był zaciskiem z przymocowaną do niego soczewką sferyczną. Analogiem takiego mikroskopu może być prosta karta do gry z wykonanym w niej otworem i kroplą wody. Według niektórych doniesień, takie urządzenia były używane przez górników złota na Kołymie już w ubiegłym stuleciu.
Poza granicą dyfrakcji
Mikroskopy optyczne mają podstawową wadę. Faktem jest, że z kształtu fal świetlnych nie można odtworzyć kształtu tych obiektów, które okazały się znacznie mniejsze niż długość fali: równie dobrze można spróbować zbadać delikatną fakturę materiału ręką w gruba rękawica spawalnicza.
Ograniczenia wynikające z dyfrakcji zostały częściowo przezwyciężone i to bez naruszania praw fizyki. Dwie okoliczności pomagają mikroskopom optycznym zanurzyć się pod barierą dyfrakcyjną: fakt, że podczas fluorescencji kwanty są emitowane przez pojedyncze cząsteczki barwnika (które mogą być dość daleko od siebie) oraz fakt, że nakładając fale świetlne można uzyskać jasny plamka o średnicy mniejszej niż długość fali.
Nakładając się na siebie, fale świetlne są w stanie znosić się nawzajem, dlatego parametry oświetlenia próbki są takie, że najmniejszy możliwy obszar wpada w jasny obszar. W połączeniu z algorytmami matematycznymi, które mogą na przykład usuwać zjawy, takie kierunkowe oświetlenie zapewnia radykalną poprawę jakości obrazu. Możliwe staje się np. badanie struktur wewnątrzkomórkowych pod mikroskopem optycznym, a nawet (poprzez połączenie opisanej metody z mikroskopią konfokalną) uzyskanie ich trójwymiarowych obrazów.
Mikroskop elektronowy przed instrumentami elektronicznymi
Aby odkryć atomy i molekuły, naukowcy nie musieli na nie patrzeć – teoria molekularna nie musiała widzieć obiektu. Ale mikrobiologia stała się możliwa dopiero po wynalezieniu mikroskopu. Dlatego początkowo mikroskopy kojarzyły się właśnie z medycyną i biologią: fizykami i chemikami, którzy badali znacznie mniejsze obiekty zarządzane innymi środkami. Gdy chcieli również przyjrzeć się mikrokosmosowi, ograniczenia dyfrakcyjne stały się poważnym problemem, zwłaszcza że opisane powyżej metody mikroskopii fluorescencyjnej były wciąż nieznane. A zwiększanie rozdzielczości z 500 do 100 nanometrów nie ma sensu, jeśli rozważany obiekt jest jeszcze mniejszy!
Wiedząc, że elektrony mogą zachowywać się zarówno jak fala, jak i cząstki, fizycy z Niemiec stworzyli w 1926 roku soczewkę elektronową. Idea leżąca u jej podstaw była bardzo prosta i zrozumiała dla każdego ucznia: ponieważ pole elektromagnetyczne odchyla elektrony, można je wykorzystać do zmiany kształtu wiązki tych cząstek poprzez rozciągnięcie ich lub, przeciwnie, do zmniejszenia średnicy Belka. Pięć lat później, w 1931 roku, Ernst Ruska i Max Knoll zbudowali pierwszy na świecie mikroskop elektronowy. W urządzeniu próbka została najpierw oświetlona wiązką elektronów, a następnie soczewka elektronowa rozszerzyła wiązkę, która przeszła, zanim spadła na specjalny ekran luminescencyjny. Pierwszy mikroskop dawał tylko 400-krotne powiększenie, ale zastąpienie światła elektronami utorowało drogę do fotografowania z powiększeniem setki tysięcy razy: projektanci musieli pokonać tylko kilka przeszkód technicznych.
Mikroskop elektronowy umożliwił zbadanie struktury komórek w jakości wcześniej nieosiągalnej. Ale z tego obrazu nie można zrozumieć wieku komórek i obecności w nich pewnych białek, a ta informacja jest bardzo potrzebna naukowcom.
Mikroskopy elektronowe umożliwiają teraz zbliżenia wirusów. Istnieją różne modyfikacje urządzeń, które pozwalają nie tylko prześwitywać cienkie sekcje, ale także rozpatrywać je w „świecie odbitym” (oczywiście w odbitych elektronach). Nie będziemy szczegółowo omawiać wszystkich opcji mikroskopów, ale zauważamy, że ostatnio naukowcy nauczyli się przywracać obraz ze wzoru dyfrakcyjnego.
Dotknij, nie patrz
Kolejna rewolucja nastąpiła kosztem dalszego odchodzenia od zasady „oświetl i zobacz”. Mikroskop sił atomowych oraz skaningowy mikroskop tunelowy nie świecą już na powierzchni próbek. Zamiast tego po powierzchni porusza się wyjątkowo cienka igła, która dosłownie odbija się nawet na wybojach wielkości pojedynczego atomu.
Nie wchodząc w szczegóły wszystkich takich metod, zauważamy najważniejsze: igłę mikroskopu tunelowego można nie tylko przesuwać po powierzchni, ale także używać do przestawiania atomów z miejsca na miejsce. W ten sposób naukowcy tworzą napisy, rysunki, a nawet bajki, w których narysowany chłopiec bawi się atomem. Prawdziwy atom ksenonu ciągnięty przez czubek skaningowego mikroskopu tunelowego.
Mikroskop tunelujący nazywa się, ponieważ wykorzystuje efekt tunelowania prądu przepływającego przez igłę: elektrony przechodzą przez szczelinę między igłą a powierzchnią ze względu na efekt tunelowania przewidywany przez mechanikę kwantową. To urządzenie wymaga próżni do działania.
Mikroskop sił atomowych (AFM) jest znacznie mniej wymagający w warunkach środowiskowych - może (z wieloma ograniczeniami) pracować bez pompowania powietrza. W pewnym sensie AFM jest nanotechnologicznym następcą gramofonu. Igła osadzona na cienkim i elastycznym wsporniku wspornikowym ( wspornik i jest „wspornik”), porusza się po powierzchni bez przykładania do niego napięcia i podąża za reliefem próbki w taki sam sposób, jak igła gramofonu porusza się wzdłuż rowków płyty gramofonowej. Wygięcie wspornika powoduje odchylenie zamocowanego na nim zwierciadła, zwierciadło odchyla wiązkę lasera, co pozwala bardzo dokładnie określić kształt badanej próbki. Najważniejsze jest, aby mieć dość dokładny system poruszania igłą, a także zapas igieł, które muszą być idealnie ostre. Promień krzywizny na końcach takich igieł nie może przekraczać jednego nanometra.
AFM pozwala zobaczyć pojedyncze atomy i cząsteczki, jednak podobnie jak mikroskop tunelowy nie pozwala zajrzeć pod powierzchnię próbki. Innymi słowy, naukowcy muszą wybierać między możliwością zobaczenia atomów a możliwością zbadania całego obiektu. Jednak nawet dla mikroskopów optycznych wnętrze badanych próbek nie zawsze jest dostępne, ponieważ minerały lub metale zwykle słabo przepuszczają światło. Poza tym nadal występują trudności z fotografowaniem atomów – obiekty te wyglądają jak zwykłe kule, na takich zdjęciach nie widać kształtu chmur elektronowych.
Promieniowanie synchrotronowe, które powstaje podczas hamowania naładowanych cząstek rozpraszanych przez akceleratory, umożliwia badanie skamieniałych szczątków prehistorycznych zwierząt. Obracając próbkę pod promieniami rentgenowskimi, możemy uzyskać trójwymiarowe tomogramy – tak np. znaleziono mózg wewnątrz czaszki ryby, która wymarła 300 milionów lat temu. Możesz obejść się bez rotacji, jeśli rejestracja transmitowanego promieniowania polega na utrwaleniu promieni rentgenowskich rozproszonych z powodu dyfrakcji.
A to nie wszystkie możliwości, jakie otwierają promienie rentgenowskie. Pod wpływem napromieniowania wiele materiałów fluoryzuje, a charakter fluorescencji można wykorzystać do określenia skład chemiczny substancje: w ten sposób naukowcy barwią starożytne artefakty, wymazane w średniowieczu dzieła Archimedesa, czy barwią pióra dawno wymarłych ptaków.
Pozowanie atomów
Na tle wszystkich możliwości, jakie dają metody rentgenowskie czy fluorescencyjne optyczne, nowy sposób Fotografowanie pojedynczych atomów nie wydaje się już tak wielkim przełomem w nauce. Istota metody, która umożliwiła uzyskanie obrazów prezentowanych w tym tygodniu, jest następująca: elektrony wyrywane są ze zjonizowanych atomów i przesyłane do specjalnego detektora. Każdy akt jonizacji usuwa elektron z określonej pozycji i daje jeden punkt na „zdjęciu”. Po zgromadzeniu kilku tysięcy takich punktów naukowcy stworzyli obraz przedstawiający najbardziej prawdopodobne miejsca znalezienia elektronu wokół jądra atomu, który z definicji jest chmurą elektronów.
Podsumowując, powiedzmy, że zdolność widzenia pojedynczych atomów wraz z ich chmurami elektronowymi jest bardziej jak wisienka na torcie współczesnej mikroskopii. Dla naukowców ważne było badanie struktury materiałów, badanie komórek i kryształów, a rozwój technologii z tego wynikających umożliwił dotarcie do atomu wodoru. Cokolwiek mniej jest już sferą zainteresowania specjalistów fizyki cząstek elementarnych. A biolodzy, materiałoznawcy i geolodzy wciąż mają miejsce na ulepszanie mikroskopów nawet przy dość skromnym powiększeniu w porównaniu z atomami. Na przykład eksperci neurofizjologii od dawna chcieli mieć urządzenie, które widzi pojedyncze komórki w żywym mózgu, a twórcy łazików sprzedaliby swoje dusze za mikroskop elektronowy, który zmieściłby się na pokładzie statku kosmicznego i mógłby pracować na Marsie.
Plaga końca XX wieku, która spowodowała śmierć Freddy'ego Mercury'ego, corocznie niosąc tysiące ludzi poza linię, z której nie ma powrotu do świata żywych.
Wróg ludzkości musi być poznany, patrzymy i pamiętamy cząsteczkę wirusa AIDS, która w kręgach naukowych występuje pod pseudonimem HIV.
Jest to w przybliżeniu sposób, w jaki komórki dzielą się na swój własny rodzaj.
Na zdjęciu moment podziału komórki drożdży.
Każda istota biologiczna, czy to osoba, czy roślina, składa się z genów.
W zasadzie cały łańcuch genów, od których wiele zależy, ze względu na brak pewnych genów człowiek łatwo zamienia się w roślinę. Odwrotny proces nie został jeszcze zaobserwowany w przyrodzie.
Na zdjęciu gen rośliny to Arabidopsis, tutaj jest w 3D.
Tak, prawdopodobnie każdy uczeń rozpozna to zdjęcie!
Nasiona pomidora otoczone drobnymi włoskami, które w dotyku przypominają szlam. Ochrona nasion przed przedwczesnym wysuszeniem.
Oto upragniony sen większości ludzkości!
O posiadanie tego toczyły się długie i krwawe wojny, przechodniów zabijano i rabowano w bramie. Zaangażowana jest w to cała historia ludzkości.
Zapraszamy do oceny zdjęć finalistów ubiegających się o tytuł "Fotografa Roku" przez Królewskie Towarzystwo Fotograficzne. Zwycięzcę poznamy 7 października, a wystawa najlepszych prac odbędzie się od 7 października do 5 stycznia w Science Museum w Londynie.
Wydanie PM
Struktura bańki mydlanej autorstwa Kim Cox
Bańki mydlane optymalizują przestrzeń wewnątrz siebie i minimalizują swoją powierzchnię przy danej objętości powietrza. Dzięki temu są użytecznym obiektem badań w wielu dziedzinach, w szczególności w dziedzinie materiałoznawstwa. Ściany bąbelków wydają się spływać pod wpływem grawitacji: są cienkie u góry i grube u dołu.
„Oznaczanie cząsteczek tlenu” Yasmine Crawford
Obraz jest częścią najnowszego dużego projektu autora na studiach magisterskich z fotografii na Uniwersytecie Falmouth, gdzie skoncentrowano się na mialgicznym zapaleniu mózgu i rdzenia. Crawford mówi, że tworzy obrazy, które łączą nas z niejednoznacznym i nieznanym.
„Spokój wieczności”, autor Evgeny Samuchenko
Zdjęcie zostało zrobione w Himalajach nad jeziorem Gosaikunda na wysokości 4400 metrów. Droga Mleczna to galaktyka obejmująca nasz Układ Słoneczny: niewyraźna smuga światła na nocnym niebie.
„Pomieszany żuk mączny” Davida Spears
Ten mały chrząszcz szkodnik atakuje zboża i produkty mączne. Zdjęcie wykonano za pomocą skaningowego mikrografu elektronowego, a następnie pokolorowano w programie Photoshop.
Mgławica Ameryka Północna autorstwa Dave'a Watsona
Mgławica Ameryka Północna NGC7000 to mgławica emisyjna w gwiazdozbiorze Łabędzia. Kształt mgławicy przypomina kształt Ameryki Północnej - widać nawet Zatokę Meksykańską.
Jelonek rogacz – Victor Sikora
Fotograf wykorzystał mikroskopię świetlną z pięciokrotnym powiększeniem.
Teleskop Lovell autorstwa Marge Bradshaw
„Jestem zafascynowany Teleskopem Lovella w Jodrell Bank, odkąd zobaczyłem go podczas szkolnej wycieczki” – mówi Bradshaw. Chciała zrobić kilka bardziej szczegółowych zdjęć, aby pokazać jego ubiór.
„Meduza do góry nogami” Mary Ann Chilton
Zamiast pływać, ten gatunek spędza czas pulsując w wodzie. Kolor meduzy jest wynikiem jedzenia alg.
