Контрольная работа по "Материаловедению"

№18.

 

При лазерном мониторинге содержания NО в атмосфере используется аргоновый лазер с длиной волны 514,5 нм. Определить длины волн стоксовых и антистоксовых компонент рассеянного излучения, если частота колебаний молекулы NО равна        56,3∙10 ¹² Гц.

 

Решение:

 

Частота излучения лазера

nl

где  – скорость света.

 

Частота стоксовой компоненты комбинационного  рассеяния равна:

 

nnl

 

Частота антистоксовой компоненты комбинационного рассеяния равна:

 

nnl

 

Длина волны стоксовой компоненты

 

lnl

 

Длина волны антистоксовой компоненты

 

lnl

 

Получаем

 

n

 

l

 

n

 

l

 

 

 

№28.

 

Будут ли отражаться электромагнитные волны с граничной частотой 9 МГц  в дневное время от F₁-слоя на высоте 200 км, если концентрация электронов в нем равна  10⁶ см⁻³?

Решение:

F-слой ионосферы представляет собой плазменный слой с концентрацией электронов, которая меняется в зависимости от времени суток. Диэлектрическая проницаемость плазмы равна:

e = 1- (w₀/w)² = 1−е² N_е/mw² e₀.

Электромагнитные волны  отражаются от границы слоя, если круговая частота

Круговая частота:

w=2p v

 

где е=1,6∙10⁻¹⁹ Кл – элементарный заряд

       N_e=10⁶ см⁻³=10¹² м⁻³ − концентрация электронов

  e₀=8,85∙10⁻¹² Ф/м − электрическая постоянная

                    m_e=9,11∙10⁻³¹ − масса электрона

 

Частота радиосигнала

n

 

Так как

nn

то электромагнитные волны с граничной частотой 9 МГц будут отражаться в дневное время от F₁-слоя на высоте 200 км.

№38.

 

Чугунная плита уменьшает интенсивность  узкого пучка -лучей (энергия квантов 2,8 МэВ) в десять раз. Во сколько уменьшит интенсивность этого пучка свинцовая плита такой же толщины? Линейные коэффициенты ослабления для чугуна и свинца при данной энергии -лучей соответственно равны:

 

 

 

Решение:

 

При прохождении -лучей через слой вещества происходит их поглощение, следовательно интенсивность -лучей экспоненциально убывает в зависимости от толщины слоя:

 

 

 

где – интенсивность -лучей в веществе на глубине

      – интенсивность -лучей, падающих на этот слой.

 

 

Интенсивность лучей после прохождения  через чугунную плиту

 

 

 

 

Интенсивность лучей после прохождения  через свинцовую плиту

 

 

 

 

По условию задачи

 

 

следовательно

 

 

 

– толщина чугунной плиты

 

Интенсивность лучей после прохождения  через свинцовую плиту

 

 

 

Определяем отношение

 

 

 

интенсивность -лучей уменьшается примерно в 60 раз.

№48.

 

Два поезда идут навстречу друг другу  со скоростями 72 км/ч и 54 км/ч. Первый поезд дает свисток с частотой 600 Гц. Найти частоту колебаний  звука, который слышит пассажир второго  поезда:

 

1) перед встречей поездов

 

2) после встречи, когда поезда расходятся. Скорость звука в воздухе 340 м/с.

 

Решение:

 

Согласно принципу Доплера, частота  звука, воспринимаемая наблюдателем, зависит  от скорости движения источника звука  и скорости  движения  наблюдателя. Эта зависимость выражается формулой

 

 

 

где n =600 Гц − частота звуковых волн, излучаемых источником;

       c =340 м/с − скорость звука;

       u =72∙1000/3600=20 м/с − скорость движения источника;

      54∙1000/3600=15 м/с − скорость движения наблюдателя;

       − частота волн, воспринимаемых наблюдателем.

                                                 

Верхние знаки соответствуют встречному движению наблюдателя и источника, нижние – движению в противоположные  стороны.

 

 

1) Перед встречей поездов

 

 

 

2) После встречи, когда поезда расходятся

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№58.

 

Опишите основные и опасные свойства, напишите соответствующие уравнения  химических реакций фреона и его соединений.

 

Решение:

 

Физические свойства

 

Фреоны − бесцветные газы или жидкости, без запаха. Хорошо растворимы в неполярных органических растворителях, очень плохо − в воде и полярных растворителях.

 

Химические свойства

 

Фреоны очень инертны  в химическом отношении, поэтому  они не горят на воздухе, взрывобезопасны  даже при контакте с открытым пламенем. Однако при нагревании фреонов свыше 250 град. цельсия образуются весьма ядовитые продукты, например фосген COCl₂, который в годы первой мировой войны использовался как боевое отравляющее вещество.

Устойчивы к действию кислот и щелочей.

 

Виды фреонов

 

Наиболее распространены следующие соединения:

• трихлорфторметан (t_кип − 23,8 °C) − Фреон R 11, Фреон-11, Хладон-11
• дифтордихлорметан (t_кип − 29,8 °C) − Фреон R 12, Фреон-12, Хладон-12
• трифторхлорметан (t_кип − 81,5 °C) − Фреон R 13, Фреон-13, Хладон-13
• тетрафторметан (t_кип − 128 °C) − Фреон R 14, Фреон-14, Хладон-14
• тетрафторэтан (t_кип − 26,3 °C) − Фреон R 134а, Фреон-134а, Хладон-134а
• хлордифторметан (t_кип − 40,8 °C) − Фреон R 22, Фреон-22, Хладон-22
• хлорофторокарбонат (t_кип − 51,4 °C) − Фреон R407С, Фреон-R410A, Хладон-R410A
• изобутан (t_кип -11,80 °C) − Фреон R600a

 

Влияние на озоновый слой

 

Причиной уменьшения озона в стратосфере и образование озоновых дыр является производство и применение хлор- и бромсодержащие фреонов. Попадая после использования в атмосферу, они разлагаются под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца. Высвободившиеся компоненты активно взаимодействуют с озоном в так называемом галогеновом цикле распада атмосферного озона. Но как до озонового слоя доходят эти компоненты - неизвестно.

Подписание и ратификация  странами ООН Монреальского протокола привело к уменьшению производства озоноразрушающих фреонов и способствует восстановлению озонового слоя Земли.

В связи с пагубным влиянием озоноразрушающего фреона R-22, его  использования год от года сокращается  в США и Европе, где с 2010 года официально запрещено применять этот фреон.

В России также запрещен импорт холодильного оборудования, в  том числе кондиционеров промышленного  и полу-промышленного класса. На замену фреону R-22 должен прийти фреон R-410A, а также R-407C.

 

№68.

 

Проанализировать абсорбцию, распределение и токсичность  металла (медь Cu) в организме человека и животных.

 

Решение:

 

Медь (лат. Cuprum), Сu, химический элемент I группы периодической системы Менделеева; атомный номер 29, атомная масса 63,546; мягкий, ковкий металл красного цвета. Природная Медь состоит из смеси двух стабильных изотопов - ⁶³Сu (69,1%) и ⁶⁵Сu (30,9%).

 

Распространение Меди в природе. Среднее содержание Меди в земной коре (кларк) 4,7·10^-3 % (по массе), в нижней части земной коры, сложенной основными породами, ее больше (1·10^-2%), чем в верхней (2·10^-3%), где преобладают граниты и другие кислые изверженные породы.

 

Медь - важный элемент жизни, она участвует во многих физиологических процессах. Среднее содержание Меди в живом веществе 2·10^-4%, известны организмы - концентраторы Меди. В таежных и других ландшафтах влажного климата Медь сравнительно легко выщелачивается из кислых почв, здесь местами наблюдается дефицит Меди и связанные с ним болезни растений и животных (особенно на песках и торфяниках). В степях и пустынях (с характерными для них слабощелочными растворами) Медь малоподвижна; на участках месторождений Медь наблюдается ее избыток в почвах и растениях, отчего болеют домашние животные.

 

Все соли Меди ядовиты.

 

Медь в организме. Медь - необходимый для растений и животных микроэлемент. Основная биохимическая функция Меди - участие в ферментативных реакциях в качестве активатора или в составе медьсодержащих ферментов. Среди животных наиболее богаты Медью некоторые беспозвоночные (у моллюсков и ракообразных в гемоцианине содержится 0,15-0,26% Меди). Поступая с пищей, Медь всасывается в кишечнике, связывается с белком сыворотки крови - альбумином, затем поглощается печенью, откуда в составе белка церулоплазмина возвращается в кровь и доставляется к органам и тканям.

 

Содержание Меди у человека колеблется (на 100 г сухой массы) от 5 мг в печени до 0,7 мг в костях, в жидкостях тела - от 100 мкг (на 100 мл) в крови до 10 мкг в спинномозговой жидкости; всего Меди в организме взрослого человека около 100 мг. Медь входит в состав ряда ферментов (например, тирозиназы, цитохромоксидазы), стимулирует кроветворную функцию костного мозга. Малые дозы Меди влияют на обмен углеводов (снижение содержания сахара в крови), минеральных веществ (уменьшение в крови количества фосфора) и других. Увеличение содержания Меди в крови приводит к превращению минеральных соединений железа в органические, стимулирует использование накопленного в печени железа при синтезе гемоглобина.

В медицине сульфат Меди применяют как антисептическое и вяжущее средство в виде глазных капель при конъюнктивитах и глазных карандашей для лечения трахомы. Раствор сульфата Медь используют также при ожогах кожи фосфором. Иногда сульфат Меди применяют как рвотное средство. Нитрат Меди употребляют в виде глазной мази при трахоме и конъюнктивитах.