Пример: Транспортная логистика
Я ищу:
На главную  |  Добавить в избранное  

Физика /

Применение лазеров

←предыдущая  следующая→
1 2 3 4 



Скачать реферат


Доклад

по физике

На тему:

«Применение лазеров»

Ученика 11 «Б» класса

лицея № 34

г. Костромы

Кудашева Михаила

г. Кострома

2000 г.

План.

1. Введение. 1

2. Лазерный луч. 2

3. Лазерный луч в роли сверла. 3

4. Лазерная резка и сварка. 5

5. Лазерный луч в роли хирургического скальпеля. 7

6. Лазерное оружие. 10

7. Заключение. 14

8. Список литературы. 14

1. Введение.

Уже самое начало XX века было отмечено величайшими дос-тижениями человеческого ума. 7 мая 1895 г. на заседании Русского физико-химического общества А. С. Попов продемонстрировал изо-бретенное им устройство связи без проводов, а год спустя аналогич-ное устройство предложил итальянский техник и предприниматель Г. Маркони. Так родилось радио. В конце уходящего века был соз-дан автомобиль с бензиновым двигателем, который пришел на сме-ну изобретенному еще в XVIII в. паровому автомобилю. К началу XX столетия уже действовали линии метро в Лондоне, Нью-Йорке, Будапеште, Вене. 17 декабря 1903 г. американские инженеры братья Орвилл и Уилбор Райт пролетели 260 м на созданном ими первом в мире аэроплане, а через 12 лет русский инженер И. И. Сикорский сконструировал и построил первый в мире многомоторный самолет, дав ему имя «Илья Муромец».

Не менее потрясающими оказались достижения в физике. Только за одно десятилетие на рубеже двух веков было сделано пять откры-тий. В 1895 г. немецкий физик В. Рентген открыл новый вид излуче-ния, названный позднее его именем; за это открытие он получил в 1901 г. Нобелевскую премию, став, таким образом, первым в исто-рии нобелевским лауреатом. В 1896 г. французский физик Антуан Анри Беккерель открыл явление радиоактивности — Но-белевская премия 1903 г. В 1897 г. английский физик Дж. Дж. Том-сон открыл электрон и в следующем году измерил его заряд — Но-белевская премия 1906 г. 14 декабря 1900 г. на заседании Немецкого физического общества Макс Планк дал вывод формулы для испус-кательной способности черного тела; этот вывод опирался на совершенно новые идеи, ставшие фундаментом квантовой теории — од-ной из основных физических теорий XX века. В 1905 г. молодой Альберт Эйнштейн — ему тогда было всего 26 лет — опубликовал специальную теорию относительности. Все эти открытия произво-дили ошеломляющее впечатление и многих повергали в замешательство — они никак не укладывались в рамки существо-вавшей физики, требовали пересмотра ее основных представлений. Едва начавшись, 20-й век возвестил о рождении новой физики, обо-значил невидимую грань, за которой осталась прежняя физика, по-лучившая название «классическая».

И вот сегодня человек получил в своё распоряжение всемогущий луч лазера. На что употребит он это новое завоевание ума? Чем ста-нет лазер: универсальным инструментом, надёжным помощником или, напротив, грозным космическим оружием, ещё одним разруши-телем?

2. Лазерный луч.

Человек никогда не хотел жить в темноте; он изобрел много разнообразных источников света — от канувших в прошлое стеари-новых свечей, газовых рожков и керосиновых ламп до ламп накали-вания и ламп дневного света, которые сегодня освещают наши ули-цы и дома. И вот появился еще один источник света — лазер.

Этот источник света совершенно необычен. В отличие от всех других источников, он вовсе не предназначается для освещения. В отличие от других источников света, лазер генерирует световые лу-чи, способные гравировать, сваривать, резать материалы, передавать информацию, осуществлять измерения, контролировать процессы, получать особо чистые вещества, направлять химические реакции... Так что это поистине удивительные лучи.

В чем же причина удивительных свойств лазерного луча? Для объяснения этих свойств в научном языке есть специальный термин - когерентность.

В общих чертах такое пояснение дать вроде бы несложно. Вполне понятно, что поток света, распространяющийся от любого источника, есть суммарный результат высвечивания великого мно-жества элементарных излучателей, каковыми являются отдельные атомы или молекулы светящегося тела. В случае лампы накаливания каждый атом-излучатель высвечивается, никак не согласуясь с дру-гими атомами-излучателями, поэтому в целом получается световой поток, который можно назвать внутренне неупорядоченным, хаотическим. Это есть некогерентный свет. В лазере же гигантское ко-личество атомов-излучателей высвечивается согласованно — в ре-зультате возникает внутренне упорядоченный световой поток. Это есть когерентный свет.

Внутренне упорядоченный, иными словами, когерентный све-товой пучок отличается, во-первых, высокой монохроматичностью и, во-вторых, исключительно малой расходимостью. Это понятно, поскольку разные атомы при взаимной согласованности испускают волновые цуги одинаковой (точнее говоря, почти одинаковой) час-тоты и одинакового (почти одинакового) направления движения.

Когда мы говорим о лазерном луче, то обычно представляем себе яркий и тонкий световой шнур или световую нить. Эту нить можно увидеть, если включить гелий-неоновый лазер. Правда, этот лазер маломощный - настолько, что его луч можно спокойно «ло-вить» в руку. К тому же луч не «ослепительно белый», а сочного красного цвета. Чтобы он был лучше виден, надо создать в лабора-тории полумрак и легкую задымленность. Луч почти не расширяется и везде имеет практически одинаковую интенсивность. Можно раз-местить на его пути ряд зеркал и заставить его описать сложную из-ломанную траекторию в пространстве лаборатории. В результате возникнет эффектное зрелище-комната, как бы «перечеркнутая» в разных направлениях яркими красными прямыми нитями.

Однако не всегда лазерный луч выглядит столь эффектно. На-пример, луч СО2-лазера вообще невидим — ведь его длина волны попадает в инфракрасную область спектра. Кроме того, не следует думать, что лазерный луч - это обязательно непрерывный поток световой энергии. В большинстве случаев лазеры генерируют не непре-рывный световой пучок, а световые импульсы.

Современная лазерная техника позволяет регулировать дли-тельность, энергию и даже форму лазерных импульсов. Регулирует-ся и частота следования импульсов; это очень важно, так как от час-тоты следования импульсов существенно зависит средняя мощность лазерного излучения. О том, как управляют лазерными импульсами, будет рассказано позднее.

3. Лазерный луч в роли сверла.

Сверление отверстий в часовых камнях — с этого начиналась трудовая деятельность лазера. Речь идет о рубиновых камнях, кото-рые используются в часах в качестве подшипников скольжения. При изготовлении таких подшипников требуется высверлить в рубине — материале весьма твердом и в то же время хрупком — отверстия диаметром всего 0,1-0,05 мм. Многие годы эта ювелирная операция выполнялась обычным механическим способом с использованием сверл, изготовленных из тонкой рояльной проволоки диаметром 40-50 мкм. Такое сверло делало до 30 тысяч оборотов в минуту и одно-временно совершало при этом около ста возвратно-поступательных перемещений. Для сверления одного камня требовалось до 10-15 мин.

Начиная с 1964 г. малопроизводительное механическое сверле-ние часовых камней стало повсеместно заменяться лазерным сверле-нием. Конечно, термин «лазерное сверление» не надо понимать бук-вально; лазерный луч не сверлит отверстие — он его пробивает, вы-зывая интенсивное испарение материала. В настоящее время лазер-ное сверление часовых камней является обычным делом. Для этой цели применяются, в частности, лазеры на стекле с неодимом. От-верстие в камне (при толщине заготовки 0,5-1 мм) пробивается се-рией из нескольких лазерных импульсов, имеющих энергию 0,5-1 Дж. Производительность работы лазерной установки в автоматиче-ском режиме —камень в секунду. Это в тысячу раз выше производи-тельности механического сверления!

Вскоре после своего появления на свет лазер получил следую-щее задание, с которым справился столь же успешно, — сверление (пробивание) отверстий в алмазных фильерах. Для получения очень тонкой проволоки из меди, бронзы, вольфрама используется техно-логия протягивания металла сквозь отверстие соответствующего диаметра. Такие отверстия высверливают в материалах, обладающих особо высокой твердостью, — ведь в процессе протягивания прово-локи диаметр отверстия должен сохраняться неизменным. Наиболее тверд, как известно, алмаз. Поэтому лучше всего протягивать тон-кую проволоку сквозь отверстие в алмазе — сквозь так называемые алмазные фильеры. Лишь с помощью алмазных фильер удается по-лучать сверхтонкую проволоку, имеющую диаметр всего 10 мкм. Но как просверлить тонкое отверстие в таком сверхтвердом материале, как алмаз? Механически это сделать очень трудно — для механиче-ского сверления одного отверстия в алмазной фильере требуется до десяти часов. Зато, как оказалось, совсем нетрудно пробить это от-верстие серией из нескольких мощных лазерных импульсов.

Сегодня лазерное сверление широко применяется не только для особо твердых материалов, но и для материалов, отличающихся по-вышенной хрупкостью. Лазерное сверло оказалось

←предыдущая  следующая→
1 2 3 4 



Copyright © 2005—2007 «Mark5»