Реферат на тему Метод экспериментальной физики

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ. 2

1 Экспериментальная
физика. 4

1.1 Физическая
основа метода рентгеновской спектроскопии. 5

2.
Оценки чувствительности. 8

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 10

СПИСОК
ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.. 11

Введение:

Законы физики основаны на фактах,
установленных экспериментальной деятельностью. И часто интерпретация одних и
тех же фактов меняется в ходе исторического развития науки. Факты были собраны
в ходе наблюдения. Использовать только такие данные нецелесообразно. Это только
один из этапов познания. За этим следует экспериментальная деятельность,
разработка концепции, позволяющей получить качественную характеристику в виде
чисел. Для того чтобы сделать общий вывод из наблюдения, найти причину явления,
необходимо установить количественную связь между значениями. При получении
таких зависимостей можно утверждать, что закон физики определен. Когда
определяется физический закон, нет необходимости в каждом конкретном случае
делать опыт, достаточно сделать соответствующие вычисления. Экспериментально
исследовав количественную связь между количествами, можно выявить
закономерность. На основе этой закономерности разрабатывается общая теория
явления.

Именно несогласие с результатом экспериментов
является критерием ошибки физической теории, а точнее — неприменимости теории к
нашему миру. Обратное не верно: согласие с экспериментом не может быть
доказательством правильности (применимости) теории. То есть, главным критерием
жизнеспособности физической теории является испытание экспериментальным путем.

ЭФ применяет несколько методов
экспериментальных исследований в своем практическом применении: использование
контролируемого эксперимента. В лабораториях проводятся контролируемые
эксперименты. В них можно смоделировать любую модель природы и ее явления.
Используется естественный эксперимент.

Рассматривается метод рентгеновской
спектроскопии. Рентгеновские лучи, как и излучение, обладают рядом уникальных
свойств, выходящих за рамки их очень короткой длины волны. Одним из их важных
для науки свойств является селективность элементов. Выбирая и изучая спектры
отдельных элементов, расположенных в уникальных местах в сложных молекулах, мы
имеем локализованный "атомный сенсор". Изучая эти атомы в разное
время после того, как структура была возбуждена светом, мы можем следить за
эволюцией электронных и структурных изменений даже в очень сложных системах,
или, другими словами, мы можем отслеживать электрон через молекулу и через
интерфейсы. Вильгельм Конрад Рентген был изобретателем рентгеновской дифракции.

Этот метод широко используется на практике
в различных областях жизни, науки и техники. Например, на поверхности Марса
установлен рентгеновский спектрометр, который собирает данные об элементах,
составляющих почву. Мощность лучей была использована для обнаружения свинцовой
краски на игрушках, снижая риск отравления свинцом. Партнерство между наукой и
искусством проявляется в использовании радиографии, когда она используется в
музеях для выявления элементов, которые могут нанести вред коллекциям.

Он используется во многих областях науки,
включая археологию, антропологию, астрономию, химию, геологию, машиностроение и
здравоохранение. С его помощью можно обнаружить скрытую информацию о древних
артефактах и останках. Например, Ли Шарп, доцент химии в Гриннеллском колледже в Айове, и его коллеги
использовали рентгеновскую технику для определения происхождения обсидиановых
наконечников стрел, сделанных доисторическими людьми на североамериканском
юго-западе. Астрофизики все больше и больше узнают о том, как работают объекты
в космосе, благодаря рентгеновской спектроскопии. Например, исследователи из
Вашингтонского университета в Сент-Луисе планируют наблюдать рентгеновские лучи
космических объектов, таких как черные дыры, чтобы узнать больше об их свойствах.
Команда, возглавляемая Хенриком Кравчински, экспериментальным и теоретическим
астрофизиком, планирует построить рентгеновский спектрометр под названием
"Рентгеновский поляриметр".

Начиная с декабря 2018
года, с помощью наполненного гелием шара прибор будет длительное время парить в
атмосфере Земли. Химик и инженер Юрий Гогоци использует материал Дрексельского
университета в Пенсильвании для изготовления напыляемых антенн и мембран для
опреснения воды из материалов, анализируемых рентгеновской спектроскопией.
Невидимые распыленные антенны имеют толщину всего несколько десятков
нанометров, но могут передавать и проводить радиоволны. Технология XAS помогает
обеспечить правильный состав невероятно тонкого материала и
помогает определить проводимость.

Рентгеновская фотоэлектронная
спектроскопия используется в различных областях анатомических медицинских
исследований и практики, таких как современные компьютерные томографы. Сбор
спектров поглощения рентгеновского излучения во время компьютерной томографии
(с помощью подсчета фотонов или спектральных сканеров) может дать более
подробную информацию и определить, что происходит внутри организма с более
низкими дозами излучения и меньшим количеством контрастных агентов (красителей)
или вообще без них.

Цель исследования: Изучить методы
экспериментальной физики.

Тема исследования: экспериментальная
физика.

Задачи исследования: изучить концепцию
экспериментальной физики, изучить один из методов экспериментальной физики.

Заключение:

Физику можно назвать
одной из наук, изучающих закономерности природных явлений, свойства и строение
материи и формы ее движения [4].

Экспериментальный метод в
физике:

наблюдение физических явлений
и процессов – эксперимент – научная гипотеза (теоретическое изложение
необходимых доказательств) – если теоретические и практические результаты не
совпадают: гипотеза подвергается коррекции (возврат к предыдущему пункту); если
теоретические и практические результаты совпадают – гипотеза подтверждается –
эксперимент позволяет развить и уточнить гипотезу – получается научная теория.

Великие научные теории,
как творческие достижения, можно сравнить с великими творениями литературы и
искусства.

Однако наука по-прежнему
существенно отличается от других видов творческой деятельности человека, и
главное отличие заключается в том, что наука требует проверки своих концепций
или теорий – ее прогнозы должны быть подтверждены.

Хорошо продуманный
эксперимент является важной задачей в физике.

Методы, используемые в
экспериментальной физике:

— спектроскопический
(спектрометрический) метод;

— дифракционный метод;

— другие методы.

В работе рассмотрен метод
рентгеновской спектроскопии. Изучена схема и область применения данного метода.

Этот метод широко
используется на практике в различных областях жизни, науки и техники, включая
археологию, антропологию, астрономию, химию, геологию, машиностроение и
здравоохранение. Рентгеновские лучи, как и излучение, обладают рядом уникальных
свойств, выходящих за рамки их очень короткой длины волны. Одним из их важных
для науки свойств является селективность элементов.

Фрагмент текста работы:

1 Экспериментальная физика 1.1 Физическая основа метода рентгеновской
спектроскопии Рентгеновская спектроскопия, комплекс
экспериментальных методов получения рентгеновских спектров, а также
теоретическая интерпретация этих спектров, позволяющая диагностировать
излучающие объекты.

Генерация спектрометров с помощью
кристаллического спектрометра.

Основным инструментом является
кристаллический спектрометр на основе дифракции Брэгга. Из всей совокупности
лучей, излучаемых источником, кристалл отражает только те лучи, которые
удовлетворяют условию Брэгг-Вулфа, образуя спектр в плоскости регистрации (рисунок
1). Рисунок 1 ‒ Формирование спектра
кристаллическим спектрометром Для широких
источников используются спектрометры на изогнутых кристаллах (так называемые
схемы Иоганна и Кошуа); для малых источников схема Гамоша (кристалл изогнут на
цилиндрической поверхности, источник расположен на цилиндрической оси)
позволяет достичь высокой световой интенсивности. Спектры записываются с
помощью фотоматериалов, ПЗС-матриц, микроканальных пластин и многопроводных
счетчиков.

В диапазоне жестких рентгеновских лучей
пропорциональный счетчик имеет хорошее спектральное разрешение, в этой
спектрограмме распределение зарегистрированных импульсов представлено
амплитудами. В диапазоне мягких рентгеновских лучей используются спектрометры
со скользящим падением и отражающими сферическими дифракционными решетками. Для
получения спектров поглощения через исследуемое вещество пропускается излучение
с непрерывным спектром (синхротронное излучение или излучение лазерной плазмы),
которое затем анализируется рентгеновским спектрометром.

Анализ рентгеновских спектров излучения,
испускаемого горячей плазмой, позволяет определить её температуру (в диапазон не 105–107 К), электронную
плотность (до 1025 см-3) и скорость движения. Общий
подход к такому анализу состоит в теоретическом построении модельного спектра,
где диагностируемые величины выступают в качестве параметров, и сравнении его с
экспериментальным спектром.

Относительные
интенсивности спектральных линий рассчитываются с помощью уравнений баланса,
позволяющих определять популяции отдельных энергетических уровней ионов плазмы.
Профиль спектральных линий связан с доплеровским расширением за счет движения
плазмы и расширением штартовским за счет взаимодействия
заряженных частиц.

Положение и форма характерных
рентгеновских линий в спектре излучения твердых тел содержат информацию о
характере химической связи излучающих атомов с их соседями, так как структура
верхних электронных оболочек влияет на энергию внутренних вакансий.

Абсорбция изучает спектры поглощения с
особым вниманием к скачкам поглощения, которые происходят, когда энергия
рентгеновского кванта превышает ионизационный потенциал внутренней электронной
оболочки. Интерпретация скачков поглощения позволяет понять физику
фотоэлектрического эффекта, структуру полос верхней энергии в твердых телах, а
также структуру ближнего порядка.