Теоретическое введение. Инженерная экология – система научно обоснованных инженерно-техничес­ких мероприятий, призванная разрабатывать инженерные методы исследования экосистемы

Инженерная экология – система научно обоснованных инженерно-техничес­ких мероприятий, призванная разрабатывать инженерные методы исследования экосистемы «человек – окружающая среда», инженерно-технические методы и средства защиты человека и окружающей его среды от особо опасных, опасных и вредных антропогенных факторов.

В качестве экологической системы «че­ловек – производственный объект – окружающая среда» может рассматриваться любое промышленное предпри­ятие, включающее в себя материальные, энергетические и людские ресурсы, занятые в производственном процессе.

Такие системы характеризуются тем, что в зависимости от условий внешней среды могут принимать несколько состояний при одних и тех же начальных условиях. Поэтому для исследования таких систем должен быть применен системный подход.

Проблема экологической безопасности в рамках производственного предприятия должна анализироваться в широком аспекте как комплексная задача обеспечения внутрипроизводственной безопасности и безвредности, а также защиты окружающей среды.

Решение проблемы экологической безопасности производственных предприятий требует привлечения системы знаний, объединяющей на основе общей методологии, достижения в области безопасности труда, охраны окружающей среды и промышленной безопасности.

 

 

Лабораторная работа

Соотношение неопределенностей для фотонов

 

Цель работы: экспериментальная проверка выполнения соотношения неопределенностей для фотонов.

Приборы и принадлежности: источники излучения (лазеры ЛГН-113 и ZY 852), щель с микрометрической регулировкой ширины, оптическая скамья, экран, линейка рулетка.

 

Теоретическое введение

Принцип неопределенностей, сформулированный на основе корпускулярно-волнового дуализма, является одним из фундаментальных принципов современной физики. Для квантовых частиц его можно сформулировать следующим образом. Неопределенность координатной составляющей частицы и неопределенность проекции импульса на то же направление удовлетворяют соотношению

, (1)

где – постоянная Планка.

В данной работе соотношение неопределенности (1) проверяется экспериментально для фотонов. Как проявление принципа неопределенности в оптике можно трактовать явление дифракции. Действительно, состояние движения фотона вдоль оси в области (рисунок 1) ничем не ограничено в пространстве. В этой области координат импульс фотона характеризуется вполне конкретными значениями координатных составляющих . В точке , в которой расположена входная щель, состояние движения фотона характеризуется пространственным ограничением по координате . Неопределенность координаты фотона , задаваемая шириной входной щели, обусловливает в соответствии с формулой (1) неопределенность соответствующей координатной составляющей импульса в окрестности значения . Следовательно, в области пространства будут присутствовать фотоны, которые движутся не только в направлении оси , но и под некоторым углом a к ней, чем и объясняется явление дифракции пучка излучения с точки зрения квантовой теории.

Поскольку неопределенность проекции импульса определяет отличие - ой компоненты импульса от нулевого значения, то можно записать

. (2)

Учтем, что модуль импульса фотона излучения с длиной волны определяется

. (3)

Тогда величину неопределенности импульса (2) можно записать

. (4)

Так как при дифракции основная доля излучения будет сосредоточена в максимуме нулевого порядка, то есть в диапазоне угловых расстояний от ( ) до (рисунок 1), то неопределенность выделенной проекции импульса можно принять равной . При этом произведение неопределенностей координаты и импульса будет удовлетворять соотношению

, или

Из этого неравенства следует, что угловая расходимость светового пучка после дифракции на щели шириной Dх может быть оценена на основе равенства

. (5)

Этот результат полностью соответствует результату классической теории дифракции, в которой расходимость излучения определяется на основе формулы .

 

В формуле (5) угол определяет направления на первые минимумы в дифракционной картине, расстояние на экране между которыми составляет (см. рисунок 1). Ввиду малости угла можно записать

. (6)

Сравнив формулы (5) и (6), получим выражение

,

которое для удобства анализа представим в виде

. (7)

Таким образом, для проверки выполнения соотношения неопределенностей необходимо измерить ширину щели, принимаемую за неопределенность координаты фотона , ширину центрального максимума (расстояние между минимумами +1 и -1 порядков) в дифракционной картине и расстояние от щели до экрана .