Ѕаза знаний студента. –еферат, курсова€, контрольна€, диплом на заказ

курсовые,контрольные,дипломы,рефераты

–ентгеновские лучи. ћарио Ћьоцци: »з истории физики — Ќаука и техника

—авельева ‘.Ќ., к.т.н.

ѕолучение рентгеновских лучей

¬ истории физики бывало часто, что противосто€щие научные течени€ распредел€лись в соответствии с национальностью физиков. ќтнюдь не следует считать это про€влением национализма. Ёто объ€сн€етс€ просто научными св€з€ми, личными отношени€ми, применением одного и того же или аналогичного экспериментального оборудовани€, а также единым €зыком.

ѕоэтому не удивительно, что полуголландец-полунемец ¬ильгельм  онрад –ентген (1845Ч1923) приступил к экспериментальному исследованию катодных лучей, придержива€сь взгл€дов Ћенарда, который, как и все немецкие физики того времени, защищал волновую природу катодных лучей.

Ѕудучи чрезвычайно внимательным экспериментатором, уже прославившимс€ в среде физиков того времени исследовани€ми в различных област€х (сжимаемость жидкостей, удельна€ теплоемкость газов, магнитное действие диэлектриков, движущихс€ в электростатическом поле, и т. д.), –ентген с первых же опытов заметил, что фотографические пластины, помещенные вблизи разр€дной трубки и защищенные обычным образом от действи€ света, часто оказывались засвеченными. ќ действии катодных лучей здесь не могло идти речи, ибо примен€вша€с€ катодна€ трубка не имела алюминиевого окошка подобно трубке Ћенарда и катодные лучи наружу выйти не могли. ќчевидно, речь шла о новом €влении, возникающем, как это удалось установить через несколько дней, в разр€дной трубке.

8 но€бр€ 1895 г. в ¬юрцбурге –ентген наблюдал новое поразительное €вление. ≈сли разр€дную трубку обернуть черным картоном и поместить возле нее бумажный экран, смоченный с одной стороны платино-синеродистым барием, то при каждом разр€де трубки на экране наблюдаетс€ флуоресцирующее свечение независимо от того, кака€ сторона бумаги повернута к трубке Ч смоченна€ или суха€.

¬ этом опыте прежде всего поражает то, что абсолютно непрозрачный дл€ видимого излучени€ и ультрафиолета черный картон пропускает что-то, способное вызвать флуоресценцию экрана. Ётот эффект получалс€ не только с картоном: методически поставленна€ сери€ специальных опытов показала, что дл€ этого агента более или менее прозрачны все тела. “очнее говор€, прозрачность убывает с увеличением плотности тела и его толщины.

Ђ≈сли держать руку между разр€дной трубкой и экраном, то видны темные тени костей на фоне более светлых очертаний рукиї. Ёто было первое в истории рентгеноскопическое исследование.

Ёти новые агенты, которые были названы –ентгеном дл€ краткости ’-лучами, а мы их называем сейчас рентгеновскими лучами, вызывали флуоресценцию не только платино-синеродистого бари€, но и других веществ, например фосфоресцирующих соединений кальци€, уранового стекла, обычного стекла, известкового шпата, каменной соли и др. ќни действуют также на фотопластинки, но не действуют на глаз человека.

Ѕыло не€сно, преломл€ютс€ ли эти лучи. –ентген не обнаружил преломлени€ в призмах из воды и сероуглерода. Ќекоторые признаки преломлени€, как ему показалось, были замечены в опытах с эбонитовыми и алюминиевыми призмами. ќпыты с мелким порошком каменной соли, с серебр€ным порошком, полученным электролитическим методом, и с цинковым порошком не обнаружили никакого различи€ в прохождении ’-лучей через порошок и через сплошной образец того же вещества. ќтсюда можно было сделать вывод, что ’-лучи не испытывают ни преломлени€, ни отражени€ и что отсутствие этих €влений подтверждаетс€ тем, что ’-лучи невозможно сконцентрировать линзами.

’-лучи возникают в точке, где катодные лучи соудар€ютс€ со стеклом трубки. ƒействительно, отклон€€ магнитом катодные лучи внутрь трубки, можно заметить одновременное смещение точки образовани€ ’-лучей, всегда совпадающей с точкой, где кончаютс€ катодные лучи. ƒл€ образовани€ этого нового излучени€ не об€зательно, чтобы катодные лучи соудар€лись именно со стеклом: это €вление наблюдаетс€ и в разр€дной трубке, изготовленной из алюмини€.

ѕрирода этого нового излучени€ оставалась загадочной. ќдно было €сно Ч излучение это нельз€ отождествл€ть с катодными лучами.  ак и катодные лучи, оно вызывало флуоресценцию, оказывало химическое воздействие, распростран€лось пр€молинейно и, следовательно, образовывало тени. Ќо ’-лучи не обладали характерным свойством катодных лучей Ч не отклон€лись магнитным полем. ћожет быть, они той же природы, что и ультрафиолетовое излучение? Ќо тогда они должны были бы заметно отражатьс€, преломл€тьс€, пол€ризоватьс€. ”читыва€ наличие определенного сходства между ’-лучами и световыми, можно было предполагать, что в отличие от видимого излучени€, которое есть не что иное, как поперечные колебани€ эфира, ’-лучи €вл€ютс€ продольными колебани€ми. Ќе могут ли оказатьс€ ’-лучи про€влением этих продольных колебаний эфира, существование которых физикам до сих пор не удавалось установить?

Ётим вопросом, повтор€ющим попытку объ€снени€ природы катодных лучей, заканчиваетс€ перва€ работа –ентгена об ’-лучах, доложенна€ в декабре 1895 г. в ‘изическом институте ¬юрцбургского университета.

¬о второй работе, доложенной 5 марта 1896 г., содержалось два новых существенных факта. ѕервый был открыт југусто –иги, который едва ли знал об опытах –ентгена: под действием ’-лучей наэлектризованные тела разр€жаютс€. ƒействуют не сами ’-лучи, а пронизываемый ими воздух, который приобретает свойство разр€жать наэлектризованные тела. ¬торым важным фактом, упом€нутым еще в первой работе –ентгена, было то, что ’-лучи получаютс€ при попадании катодных лучей не только на стекло разр€дных трубок, но и на любое тело, не исключа€ жидкостей и газов. ¬ зависимости от природы тела, на которое попадают катодные лучи, интенсивность получающегос€ ’-излучени€ оказываетс€ различной. Ёти наблюдени€ привели –ентгена уже в феврале 1896 г. к разработке трубки Ђфокусї, в которой Ђкатодом служит вогнутое зеркало из алюмини€ї, а анодом Ч платинова€ пластинка, помещенна€ в центре кривизны зеркала и наклоненна€ под углом 45∞ к оси зеркала. ƒо по€влени€ термоэлектронных приборов трубки Ђфокусї были единственными установками дл€ получени€ рентгеновских лучей при медицинских и физических исследовани€х.

Ќовое открытие, о возможности применени€ которого в медицине и хирургии вскоре стали догадыватьс€, взволновало не только ученых, но и широкую публику. ‘изические лаборатории осаждались врачами и больными. Ќа бесчисленных публичных выступлени€х с демонстрацией опытов вид скелета живых людей производил сильное впечатление и вызывал даже истерики среди присутствовавших. –ентген способствовал быстрому распространению своего открыти€, со свойственным ему бескорыстием отказавшись от вс€кой возможности извлечь из него прибыль. Ётот всеобщий интерес в немалой мере способствовал быстрому прогрессу рентгенотехники. ¬ нашу задачу не входит рассмотрение ее развити€. ƒостаточно, пожалуй, одной лишь цифры, чтобы дать представление о пройденном пути: в 1896 г. рентгенографи€ руки требовала экспозиции 20 минут, сейчас дл€ этого достаточно ничтожной доли секунды.

ќткрытие рентгеновских лучей привело к необычайно важным последстви€м как в области научных исследований, так и в области практических приложенийЧв медицине и в промышленности. ћожно, пожалуй, без преувеличени€ сказать, что с этого изобретени€ начинаетс€ нова€ истори€.

10 декабр€ 1901 г. в большом зале ћузыкальной академии в —токгольме в присутствии наследного принца Ўвеции, представл€вшего корол€, комитет по присуждению Ќобелевских премий в знак признательности ученых и человечества присудил –ентгену первую Ќобелевскую премию по физике. “еперь может показатьс€ символичным, что впервые столь почетный международный знак отличи€ был присужден именно за открытие рентгеновских лучей.

ѕрирода рентгеновских лучей

ѕо мере того как область применени€ рентгеновских лучей расшир€лась, исследование их происхождени€ и их природы становилось все более насущной необходимостью теоретической физики.

ѕервое объ€снение происхождени€ рентгеновских лучей, данное самим –ентгеном, было вскоре прин€то единодушно: рентгеновские лучи возникают при соударении катодных лучей, т. е. электронов, с телами, в частности с антикатодом разр€дной трубки.

Ќо какова их природа? √ипотеза –ентгена о том, что это продольные волны, была неприемлема по р€ду причин. Ќельз€ было также согласитьс€ с выдвигавшейс€ первое врем€ гипотезой о корпускул€рном характере рентгеновского излучени€. —огласно электромагнитной теории, быстрое изменение скорости зар€женного тела вызывает электромагнитное излучение, так что если прин€ть, что причиной рентгеновских лучей €вл€етс€ резкое торможение электронов на антикатоде (а такое предположение кажетс€ необходимым), то мы приходим к заключению, что рентгеновские лучи представл€ют собой электромагнитное излучение. Ќо как же тогда объ€снить, что дл€ рентгеновских лучей не удаетс€ наблюдать обычных оптических €влений Ч отражени€, преломлени€, пол€ризации, дифракции? Ќа это отвечали так: электромагнитное возмущение, возникающее при соударении электронов с антикатодом, не €вл€етс€ периодическим; отсутствие периодичности, т. е. отсутствие определенной длины волны, могло бы объ€снить аномальное поведение рентгеновских лучей по сравнению с обычными электромагнитными волнами. «а неимением лучшего вплоть до 1912 г. физики удовлетвор€лись таким объ€снением.

ќднако многие физики обращали внимание на то, что дл€ объ€снени€ отрицательных результатов попыток наблюдени€ обычных оптических €влений в опытах с рентгеновскими лучами совсем не об€зательно лишать электромагнитное возмущение волнового характера, при котором оно сходно со световыми волнами. ƒостаточно положить длину волны рентгеновских лучей чрезвычайно малой, чтобы объ€снить все особенности их поведени€.

Ёто легко пон€ть из аналогии со звуком, часто примен€вшейс€ в учебных цел€х в первом дес€тилетии нашего века. «вуковые волны, длина волны которых измен€етс€ от долей сантиметра до 20 м и более, отражаютс€ от тел достаточно больших размеров, например от стены. ј от тел малых размеров, скажем от вертикального столба в поле, они не отражаютс€. Ёто объ€сн€етс€ тем, что в образовании отраженной волны должно участвовать большое число элементарных волн, исход€щих из всех точек преп€тстви€, на которые падает волна.  ак из того факта, что звукова€ волна не отражаетс€ от отдельного столба, нельз€ делать вывода об отсутствии периодичности в волне, так и из того, что нет или не обнаружено отражени€ рентгеновских лучей, нельз€ делать вывода о том, что они не имеют волновой структуры. ƒостаточно было бы положить длину волны рентгеновских лучей меньше рассто€ни€ между молекулами вещества, чтобы кажда€ молекула вела себ€ как отдельный вертикальный столб в случае звуковой волны, так что не было бы никакого отражени€, а была бы лишь дифракци€ рентгеновских лучей.

‘изики, придерживавшиес€ этой точки зрени€, естественно, пытались обнаружить не отражение, а дифракцию рентгеновских лучей на чрезвычайно тонких щел€х, что диктовалось предполагаемой малостью длины волны рентгеновских лучей.

Ќо искусственно сделанные щели, как бы тонки они ни были, оказывались слишком грубыми, да и €сно было, что едва ли можно найти механический способ нанесени€ штрихов, удаленных на рассто€ние пор€дка молекул€рных размеров. Ќо вот молодому немецкому физику ћаксу Ћауэ (1879Ч 1959), ученику ћакса ѕланка, пришла в голову смела€ иде€. Ѕыла известна стара€ теори€ строени€ кристаллов, восход€ща€ еще к јюй. Ёта теори€, исход€ из характерного €влени€ регул€рного отслоени€ кристаллов, принимала, что кристаллы образуютс€ совокупностью тесно примыкающих чрезвычайно малых частиц в форме параллелепипеда, названных јюй Ђинтегрирующими молекуламиї. ѕозднее Ћ. «еебер (1835 г.), √. ƒелафосс (1843 г.) и в наиболее цельной форме ј. Ѕраве (1849Ч1851 гг.) модернизировали представлени€ јюй, заменив Ђинтегрирующие молекулыї точечными молекулами, расположенными на посто€нных чрезвычайно малых рассто€ни€х друг от друга во вполне регул€рном каркасе.

≈сли кристалл действительно обладает структурой, предполагаемой Ѕраве, то он должен вести себ€ как дифракционна€ решетка, или, вернее, как совокупность дифракционных решеток с параллельными плоскост€ми, т. е. пространственна€ решетка, как ее называют. ≈сли бы была установлена дифракци€ рентгеновских лучей на кристаллах, то одновременно были бы так сказать, убиты два зайца: доказана волнова€ природа рентгеновских лучей и дано экспериментальное подтверждение гипотезе Ѕраве о строении кристаллов.

–азработав количественную теорию этого €влени€, Ћауэ провел соответствующий опыт в ћюнхене совместно с ѕаулем  ниппингом (1883Ч1935) и ¬альтером ‘ридрихом (род. в 1883 г.). ѕримененна€ дл€ эксперимента установка была довольно простой: определенное количество параллельных свинцовых пластинок защищало небольшой кристалл (например, каменной соли) от пр€мого воздействи€ рентгеновских лучей. ¬о всех свинцовых пластинах были проделаны крошечные отверсти€, расположенные по одной пр€мой. ѕроход€ эти отверсти€, пучок рентгеновских лучей попадал на кристалл и далее проходил на фотопластинку, защищенную черной бумагой от стороннего облучени€. ѕосле нескольких часов экспозиции пластинка была про€влена. Ѕыло обнаружено темное п€тно на линии центров отверстий в свинцовых пластинах, обусловленное пр€мым действием рентгеновских лучей, и большое число других п€тен различной интенсивности, расположенных регул€рным образом вокруг центрального п€тна, в соответствии с симметрией кристалла.

Ётот опыт вскоре был повторен многими физиками в различных вариантах и всесторонне проанализирован. ¬се это привело к заключению, что получающиес€ на фотопластинках фигуры действительно представл€ют собой дифракционные картины. Ќа основе полученных результатов Ѕрэгги (отец и сын) предложили модификацию теории Ѕраве, предположив, что в узлах кристаллической решетки располагаютс€ атомы кристалла, па которых и происходит дифракци€. ясно, что прин€тие физиками теории Ѕрэггов привело к коренному изменению традиционного представлени€ о молекуле. ћы не можем здесь входить в детали теории Ћауэ и обсуждать многочисленные теоретические и экспериментальные следстви€ из нее. ƒостаточно отметить лишь два обсто€тельства: исследование дифракционных фигур позвол€ет определить длину волны примен€емого рентгеновского излучени€, а зна€ длину волны, можно получить сведени€ о структуре кристалла. ƒлины волн рентгеновских лучей оказались в среднем в тыс€чу раз меньше средней длины волны видимого света, т. е. намного короче длин волн ультрафиолетового излучени€. –ентгеновские лучи тоже дают целый спектр волн, аналогичный спектру видимого излучени€.

—писок литературы

ƒл€ подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.portal-slovo.ru

—авельева ‘.Ќ., к.т.н. ѕолучение рентгеновских лучей ¬ истории физики бывало часто, что противосто€щие научные течени€ распредел€лись в соответствии с национальностью физиков. ќтнюдь не следует считать это про€влением национализма. Ёто объ€

 

 

 

¬нимание! ѕредставленна€ —тать€ находитс€ в открытом доступе в сети »нтернет, и уже неоднократно сдавалась, возможно, даже в твоем учебном заведении.
—оветуем не рисковать. ”знай, сколько стоит абсолютно уникальна€ —тать€ по твоей теме:

Ќовости образовани€ и науки

«аказать уникальную работу

ѕохожие работы:

«аблуждени€ начинающих научных исследователей
—пециальна€ теори€ относительности Ц первый шаг физики к изучению природы пространства и времени
Ѕиологи€ в школе, наука и идеологи€
¬еро€тное - очевидное?
 онцепци€ антропологической соразмерности
»нформационна€ значимость молекул€рно- биологических процессов в теории —отворени€
 ороль умер, да здравствует король?
ƒругиеФ люди?
Ёволюционно-антропологический гомункулюс 2010
ѕроисхождение человека от обезь€ны Ц факт, гипотеза или миф?

—вои сданные студенческие работы

присылайте нам на e-mail

Client@Stud-Baza.ru