Задачи по квантовой биофизике

Определите энергетическую светимость тела человека при температуре t = 36 ° С,
принимая его за серое тело с коэффициентом поглощения
· = 0,9.
Вычислите энергию, теряемую человеком ежесекундно при теплообмене лучеиспусканием
(и поглощением) с окружающей средой. Рассмотрите два случая:
а) раздетый человек; б) человек, одетый в костюм из шерстяной ткани. Принять
коэффициент поглощения кожи человека
· = 0,9, шерстяной ткани а2 = 0,76;
температуры поверхности кожи t = 30 ° С, поверхности ткани t2 = 20 ° С и окружающего
воздуха тЗ. = 18 °С. Площадь поверхности, через которую осуществляется теплообмен
лучистой энергией с окружающей средой, считать равной S = 1,2 м 2.
В медицине для диагностики ряда заболеваний получил распространение метод, называемый термографией. Он основан на регистрации различия теплового излучения здоровых и больных органов, обусловленного небольшим отличием их температур. Вычислите, во сколько раз отличаются термодинамические температуры и энергетические светимости участков поверхности тела человека, имеющих температуры 30,5 и 30,0° С соответственно.
В медицине для диагностики ряда заболеваний получил распространение метод, называемый термографией. Он основан на регистрации различия теплового излучения здоровых и больных органов, обусловленного небольшим отличием их температур. Вычислите, во сколько раз отличаются термодинамические температуры и энергетические светимости участков поверхности тела человека, имеющих температуры 30,5 и 30,0 °С соответственно.
На какую длину волны приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости следующих источников теплового излучения: а) тело человека с температурой поверхности t =30 0 С б) поверхности Солнца (T = 5800 К) в) атомной бомбы (T = 10 7 К)
Известно, что для некоторого тела коэффициент поглощения равен
· = 1 в видимой области
спектра (от 800 до 400 нм). Для остальных длин волн коэффициент поглощения равен нулю.
Изобразите качественно спектр излучения этого тела.
С каждого квадратного метра земной поверхности ежесекундно излучается в среднем 90 Дж энергии. Какой была бы температура черного тела, излучающего такую же энергию?
8. При диагностике методом термографии опухоли молочной железы пациентке дают выпить
раствор глюкозы. Через некоторое время регистрируют тепловое излучение поверхности
тела. Быстро делящиеся клетки опухолевой ткани интенсивно поглощают глюкозу, при этом
выделяется энергия. На сколько градусов при этом меняется температура участка тела, если
излучение с поверхности возрастает в 1.03 раза по сравнению с исходным уровнем?
Начальная температура участка тела равна 37 °С.
9. Какой поток энергии излучает тело человека при температуре 37 ° С, если считать, что
площадь излучающей поверхности тела равна 1,8 м 2, а коэффициент поглощения при этой
температуре
· = 0,95?
10. Почему в странах с жарким климатом жители носят ватные стеганые халаты?
11. На сколько увеличилась температура тела человека, если поток излучения с поверхности
тела возрос на 4%? Начальная температура тела равна 35 ° С.
12. Площадь поверхности тела человека в 80 раз больше, чем у морской свинки. Сравните
потоки теплового излучения и интенсивность теплового излучения человека и животного,
принимая равными коэффициенты поглощения их тел. Считать температуру тела человека
равной 37 ° С, а морской свинки 39 ° С.

13. Определите частоту света, вырывающего с поверхности металла электроны, полностью
Задерживающиеся при разности потенциалов U = 5 В. Красная граница фотоэффекта
v к p = 10 15 с - 1. Найдите работу выхода электрона из этого металла.
Для человека верхний предел безболезненно воспринимаемого потока световой энергии составляет 2 10 - 5 Вт. Сколько при этом попадает в глаз за 1 с фотонов с длиной волны 555 нм?
14. Зрительное ощущение у человека может возникнуть, если энергия попадающего в глаз света
составляет 2 10 - 13 Дж. Сколько квантов красного света с длиной волны 700 нм должно
одновременно попасть в глаз для создания зрительного
15. Чему равна длина волны де Бройля для электрона, имеющего скорость v = 1000 км/с?
16. Сравните длины волн де Бройля для электрона и шарика массой т = 1 г, если их скорость
одинакова и равна v = 100 м/с.
17. Найдите предел разрешения электронного микроскопа, принимая, что ускоряющее
напряжение U = 100 кВ, а угловая апертура и = 10 рад. Расчет произвести для двух
случаев: а) без учета релятивистского изменения массы электрона; б) с учетом его.
18. Электрон пролетает через щель шириной I = 1 мкм. С какой наименьшей погрешностью в
момент пролета щели может быть определена составляющая импульса электрона на ось Ох?
19 .Проекция скорости электрона на некоторое направление может быть определена с
наименьшей погрешностью
·v = 10 м/с. Какова (принципиально) неточность
соответствующей координаты электрона?
20. Длительность возбужденного состояния атома водорода соответствует примерно

·t = 10 - 8 с. Чему равна неопределенность
·Е энергетического уровня при этом?
21. Метастабильными состояниями квантовых систем называются такие возбужденные
состояния атомов, молекул и атомных ядер, которые могут существовать длительное время.
Чему равна неопределенность энергии в метастабильном состоянии, если время жизни для
атома в этом состоянии
· t = 0,5 с?
22. Найдите границы серии Лаймана (в частотах и длинах волн). Сопоставьте эти данные с
интервалом частот и длин волн видимого света.
23.Найдите границы серии Бальмера (в частотах и длинах волн). Сопоставьте эти данные с
интервалом частот и длин волн видимого света.
24. Интенсивность монохроматического света, обусловленного переходом атома со второго
уровня на первый, в серии Лаймана равна 1 нВт/м 2. Сколько фотонов в секунду создают такую
интенсивность? Тот же вопрос для линии серии Бальмера, соответствующей переходу с
третьего уровня на второй.
25. Найдите расстояние между подуровнями энергии атома, помещенного в магнитное поле с
индукцией В = 0,5 Тл; фактор g принять равным двум. Какой частоте и длине волны
26. При прохождении света с длиной волны
· 1 через слой вещества его интенсивность
уменьшается вследствие поглощения в четыре раза. Интенсивность света с длиной волны

· 2 по той же причине ослабляется в три раза. Найдите толщину слоя вещества и показатель
поглощения для света с длиной волны
·.2, если для света с длиной волны
· 1 он равен К = 0,02 см - 1 27. Через пластинку из прозрачного вещества толщиной L = 4,2 см проходит половина падающего
на нее светового потока. Определите натуральный показатель поглощения данного вещества.
Рассеянием света в пластинке пренебречь; считать, что 10% падающей энергии отражается на
поверхности пластинки.
28. В 4% -ном растворе вещества в прозрачном растворителе интенсивность света на глубине
L1 = 20 мм ослабляется в два раза. Во сколько раз ослабляется интенсивность света на глубине
L2 = 30 мм в 8% -ном растворе того же вещества?
29. Какова концентрация раствора, если одинаковая освещенность фотометрических полей была
получена при толщине L1 = 8 мм у эталонного 3%-ного раствора и L2 = 24 мм у исследуемого
раствора?
30. Коэффициент пропускания раствора
· = 0,3. Чему равна его оптическая плотность?
31. Оптическая плотность раствора D = 0,08. Найдите его коэффициент пропускания.
32. При прохождении света через слой раствора поглощается 1/3 первоначальной световой
энергии. Определите коэффициент пропускания и оптическую плотность раствора.
33. При прохождении монохроматического света через слой вещества толщиной I = 15 см его
интенсивность убывает в четыре раза. Определите показатель рассеяния, если показатель
поглощения к = 0,025 см - 1.
34. Вычислите толщину слоя половинного ослабления параллельного пучка
· -излучения для
воды, если натуральный показатель ослабления
· = 0, 053 см - 1.
35. Интенсивность света, прошедшего через раствор некоторого вещества, уменьшилась в 10 раз.
Молярный показатель поглощения на данной длине волны равен
2300 л/(моль см), длина кюветы с раствором равна 1см. Найдите молярную концентрацию
растворенного вещества.
36. Чему равен молярный показатель поглощения некоторого вещества, если при прохождении
света через раствор с концентрацией 0,05 моль/л интенсивность света уменьшилась в
раз? Длина кюветы 0,5см.
37. Определите квантовый выход люминесценции вещества, если его оптическая плотность равна
D = 0, 05, а интенсивность люминесценции в 15 раз меньше интенсивности возбуждающего
света.
38. Почему форма спектра фотолюминесценции не зависит от длины волны возбуждающего
света?
39. При регистрации фосфоресценции некоторого вещества было обнаружено, что
интенсивность люминесценции уменьшается в 30 раз за 2 мин. Чему равно время жизни
возбужденного состояния молекул этого вещества?
40. Чем объясняется различие времен флуоресценции и фосфоресценции?
41. Как изменится квантовый выход люминесценции вещества, если при той же интенсивности
люминесценции интенсивность поглощенного света увеличивается на 30%
42. Лазерное излучение используют в различных областях медицины. Сравните энергию квантов
лазерного излучения со следующими длинами волн: а) офтальмология («приваривание»
сетчатки),
· = 514 нм; б) терапия,
· = 730 нм.
43. Почему состояние вещества с инверсной заселенностью энергетических уровней иногда
называют состоянием с отрицательной термодинамической температурой?
45. Частотный диапазон лазерного излучения, используемого в медицине, лежит в пределах от
30 000 ГГц до 1 500 000 ГГц. Найдите соответствующие границы диапазона длин волн.


15

Приложенные файлы

  • doc 8842434
    Размер файла: 77 kB Загрузок: 1

Добавить комментарий