III deoTehnike ili metodiidentifikacije predmeta

PredmetiPredmeti na MKD:

upotrebljeni za izvrenje KDnosioci tragova koji su vezani za KDodbaeni ili izgubljenivezani za uinioca KDPredmeti su izraeni od razliitih vrsta materijala.Identifikovati predmet znai identifikovati materijal.

Metodi identifikacije predmetadirektni metodiindirektni metodiautomatske identifikacije

III.1 Direktni metodi identifikacije predmetaOdreivanjem nepromenljivih karakteristika predmeta, direktno se moe identifikovati materijal od kojeg je izraen predmet.

Za identifikacije predmeta potrebno je poznavati :unutranju grau (sastav) materijala,linearne dimenzije predmeta (ako je pravilne geometrijske forme),masu ili teinu.

hemijske radioaktivne optike termikeNepromenljive karakteristike materijala

III.1-a

Unutranja graa materijala

MaterijalMale koliine materijala, delovi predmeta ili celi predmeti, mogu se nai na MKD.Materijal je oblik materije, sastavljen od jedne ili vie supstanci.Materijal slui za izradu razliitih predmeta.

MaterijaMaterija se obino definie kao supstancija od koje su sainjeni fiziki objekti, to praktino znai da se pod materijom smatra sve to se moe ulima osetiti i poseduje fizike osobine.Materija bi se najjednostavnije mogla definisti kao istovremena manifestacija mase i energije u vremenu i prostoru.Materija uvek postoji u prostoru (zauzima neki prostor) i vremenu, a ne moe da postoji ni bez kretanja, tj. nalazi se u stanju stalnog i neprekidnog kretanja i promena.

Osobine materijeTek u 19. veku su ispravno postavljeni temelji fizike u smislu definisanja osnovnih osobina materije i sastavnih elemenata prirode. Tada je primeeno da osim supstancije (fizikih tela) postoji neto to u prirodi moe imati fizike osobine, a ne mora imati masu i oblik. To je bila energija i dugo je smatrana osnovnim i nezavisnim sastavnim delom prirode. Taj drugi oblik postojanja materije naziva se i fiziko polje.

MaterijaPostoji u dva oblika: kao estica karakerie je fizika veliina masa (mirovanja) supstanca;kao polje sila karakterie je fizika veliina energija.Odnos izmeu ova dva oblika materije je postavio Ajntajn:

E =mc2

ALBERT AJNTAJN (18791955)

Supstanca

Supstanca je oblik postojanja materije.Sastoji se od veoma sitnih estica atoma. Danas je poznato oko 17 milona razliitih supstanci (oko 100 hiljada ima praktinu primenu).Neke supstance nalaze se u prirodi, dok se druge proizvode vetakim putem.Svaka supstanca ima karakteristina fizika svojstva po kojima se razlikuje od drugih supstanci, na primer: boju, miris, gustinu, temperatu topljenja, temperaturu kljuanja. Svaka supstanca ima hemijska svojstva koja se ispoljavaju pri reakcijama sa drugim supstancama.

SupstanceHemijske supstance su sastavljene od molekula i atoma, a one od elementarnih estica, kao to su leptoni i kvarkovi.Homogena supstanca poseduje odreen sastav i osobine. Svaka koliina homogene materije ima isti takav sastav i iste osobine. Supstanca moe biti meavina, kao to je bronza, ili elementarna materija, kao to je gvoe. Heterogena supstanca, kao to je granit, nema odreen sastav.

Jedinica za koliinu supstance

U meunarodnom sistemu jedinica je mol.Mol je ona koliina supstance koja sadri onoliko elementarnih estica koliko se nalazi atoma u 12 grama ugljenikovog izotopa 12C.

AtomOsnovne jedinice grae materije su atomi i molekuli.Atom je sloen, stabilan i elektrino neutralan fiziki sistem. - nedeljiv

AtomAtom je najmanji deli supstance. Atom se sastoji od tri tipa osnovnih estica:elektrona negativno naelektrisani i zanemarljivo male mase;protona pozitivno naelektrisani i jedinie mase;neutrona jedinine mase ali nisu naelektrisani.Pored tih osnovnih estica u atomu se nalaze i drge subatomske estice.

Atom

Atom

Karakteristike osnovnih estica u atomu Omota atoma sadri: elektron me= 9,1x10-3kg qe = 1,6x10-19 C Jezgro atoma sadri: proton mp= 1,66x10-27kg qp = +qe mp = 1836 me neutron mn = 1838,6 me elektroneutralan

Atom

Hemijske osobine atoma odreuje broj protona u njemu (redni broj). Masu atoma odreuje broj protona i broj neutrona u njemu. Atom je kao celina neutralan jer sadri isti broj elektrona i protona. Atom postaje naeletrisan tako to primi ili otpusti jedan ili vie elektrona i postaje jon.Hemijske osobine atoma ne zavise od broja neutrona, pa postoje atomi istog elementa sa razliitim brojem neutrona izotopi.

Karakteristike jezgra atomaSvaki element karakteriu:

atomski broj (Z) broj protona u jezgru atoma maseni broj (A) broj protona i neutrona u jezgru atoma

Karakteristike Hemijska formula: AXZ

Atomski broj Z Maseni broj =Z+N

Jezgra atomaIzotopi jezgra sa istim brojem protona, a razliitim brojem neutrona;izotoni jezgra sa istim brojem neutrona, a razliitim brojem protona;izobari jezgra sa istim masenim brojem.

Od 1500 razliitih jezgara 1/4 su stabilna, a 3/4 su radioaktivna.

Izotopi hemijskih elementa Izotope odreuje broj neutrona u jezgru. Izotopi nekog hemijskog elementa mogu imati razliiti broj neutrona u jezgru, dok im je broj protona isti. Izotopi mogu biti stabilne i nestabilne (radioaktivne) strukture.

Vodonik, koji je najprostiji hemijski element, ima samo jedan proton u jegru, a njegovi izotopi deuterijum i tricijum imaju jo po jedan neutron, odnosno dva neutrona u jezgrma.Ugljenik, kao sloeniji, ima vie vrsta izotopa.

ATOM vodonika H dH (prenik)= 10-10 m

mH (masa) = 1,66-27 kg

Izotopi vodonika

Vodonik Deuterijum Tricijum

Atom ugljenika

Atom ugljenika

ugljenik-14 je prisutan samo u tragovima nestabilan izotop

Izotopi ugljenika

Postoje tri prirodna izotopa ugljenika na Zemlji:ugljenik-12 je prisutan sa 99%stabilan izotopugljenik-13 je prisutan sa 1%

Elektroni u atomuPonaanje i priroda atomskih estica je odreena zakonima kvantne mehanike ili atomske fizike.Elektroni u atomu su rasporeeni u elektronske nivoe. Sloeniji atomi imaju vei broj elektronskih nivoa.Broj nivoa u atomu ne moe prei sedam.Elektroni u atomu imaju dvojaku prirodu: talasnu estinu

Atom

Atomske esticeSvaka elementarna estica se odlikuje nekim osobinama (masa, naelektrisanje, spin...) koje je razlikuju od ostalih estica. Za svaku esticu postoji i odgovarajua antiestica, ije su neke osobine, poput mase ili spina, jednake, a druge osobine, poput naelektrisanja ili magnetnog momenta, suprotne.

Subatomske esticeNa osnovu spina, sve estice mogu se podeliti na dve grupe: fermione i bozone Bozoni su estice sile. Imaju celobrojni spin (0, 1, 2 ) i prenose interakcije (slikovito reeno, esticama materije prenose informaciju o sili). Fermioni grade materiju. Obuhvataju dve grupe estica: leptone i kvarkove. Kvarkovi su estice od kojih su izgraeni protoni, neutroni i mnoge druge estice.

Karakteristike hemijskih elemenataHemijski elementi su strukture sastavljene od jednog ili vie atoma iste ili razliite vrste (arsen, iva, vodonik, helijum, olovo...).

Mogu biti:neorganskog poreklaprirodni i vetakivrstog, tenog ili gasovitog agregatnog stanja

Atom helijuma

Atom He

Periodni sistem elemenataMendeljejev je uspostavio periodni sistem elemenata.Sistem sadri niz elemenata poreanih po hemijskim svojstvima koja se periodino menjaju atomske mase.Mesto elementa u periodnom sistemu odreuje broj protona u jezgru.

Dmitrij Ivanovi Mendeljejev (18341907)

Periodni sistem elemenata

Hemijska jedinjenjaNastaju povezivanjem razliitih hemijskih elemenata.Imaju drugaija svojstva od elemenata od kojih su nastali.Povezivanjem atoma u hemijskom jedinjenju mogu nastati molekuli.

Molekuli (animacija)

..\

Hemijske smeeTo su supstance ili materijali, koji nastaju u hemijskim reakcijama u kojima uestvuju vie jedinjenja ili elemenata.

Mogu biti: organskog porekla neorganskog porekla

HomogeneHeterogene

Agregatna stanja materijeAgregatno stanje je makroskopski oblik postojanja materije, uniformnih fizikih osobina i uniformnog hemijskog sastava u kojem estice (atomi, molekuli, joni...) imaju karakteristian prostorni raspored i karakteristine oblike kretanja.Tip agregatnog stanja zavisi od odnosa termalne energije estica i energije meuestinih interakcija.Promene agregatnih stanja nazivaju se fazni prelazi.

Agregatna stanja materije Uopteno, materija moe postojati u nekoliko agregatnih stanja:

vrsto teno gasovito plazma

Agregatna stanja

Fizika poznaje i sledea agregatna stanja:

superfluidno stanje Boze-Ajntajnov kondenzat fermionski kondenzat

vrsto agregatno stanjeTela u vrstom stanju mogu biti: kristalna amorfnaU kristalnim telima atomi su pravilno rasporeeni u prostoru i estice samo osciluju oko svojih ravnotenih poloaja. U amorfnim telima estice isto osciluju oko ravnotenih poloaja ali je njihov prostorni raspored neureen.

Teno agregatno stanjeU tenom stanju raspored estica je poput onoga u amorfnom, s tim to je doputeno i translatorno kretanje estica. Pored oscilovanja oko ravnotenih poloaja estice se meusobno kreu. Molekuli mogu jo i da rotiraju oko svog centra mase, kao i da poseduju brojne oblike unutranjeg kretanja poput vibracija, torzionih oscilacija, konformacionih prelaza itd.estice tada mogu da razmenjuju poloaje i da stvaraju nove.Privlane sile su dovoljno velike u odnosu na termalnu energiju da dre estice na bliskim rastojanjima, pa tenosti imaju konstantnu zapreminu ali ne i oblik.

Gasovito agregatno stanje i plazmaU gasovitom stanju privlane sile meu esticama znatno su slabije od njihove toplotne energije, pa se estice skoro slobodno kreu ispunjavajui celokupan raspoloivi prostor.Plazma je jonizovan gas koji se zbog jedinstvenih osobina smatra posebnim agregatnim stanjem.

MeustanjaPostoji i itava serija meustanja, koja se nazivaju i teni kristali ili mezomorfna stanja.Po svojim osobinama nalaze se izmeu tenog i vrstog stanja. Praktino, radi se o anizotropnim tenostima, dakle, sistemima u kojima estice imaju pokretljivost tenosti ali prostorni raspored kristala.

Zakon odranja materijeJedan od najstarijih zakona fizike.Formulisan je jo u antikoj Grkoj.

Zakon odranja materije glasi:Materija se ne moe unititi, niti ni iz ega stvoriti, ona moe samo da se menja i da prelazi iz jednog u drugi oblik.

Materija i energijaMaterija nije jedino to ispunjava prostor u kome i ovek postoji. Osim materije u celokupnom prostoru postoji i energija za koju se, moe zakljuiti da je daleko prisutnija od materije.

Dvojnost materijaenergijaAjntajnova specijalna teorija relativnosti uvodi dvojnost materijaenergija. Postoji izuzetno vrsta veza izmeu materije i energije, jer su materija (masa) i energija, prema poznatoj Ajntajnovoj relaciji, potpuno ekvivalentni i mogu se i pretvarati jedna u drugu materija u energiju u procesu anihilacije, a energija u materiju u procesu kreacije.

Materija i energija su dva pojavna oblika iste stvarnosti.Da nema materije ne bi bilo ni energije i obratno, da ne postoji energija koja uslovljava kretanje materije, ali i njene transformacije, ni ona sama ne bi mogla da postoji.Materija i energija

Materija i energija Materija ima svoje oblike u fizikim telima koja imaju odreene dimenzije. Iz toga sledi da i energija mora imati svoje oblike u odreenim dimenzijama. Od tih dimenzija zavise i osobine koje one ispoljavaju. Ako osobine materija zavise od dimenzija, logino je da i osobine energije zavise od onih delova materije (estica) koji prenose energiju.

Energija kao oblik materije U sutini, energija jeste materija, ali su njene osobine izmenjene upravo zato to su prenosioci energije izuzetno malih dimenzija. Materija koja vie nije estica postaje energija koja se prenosi putem talasa. Ovi talasi imaju razliite duine, tako da e od njihovih talasnih duina zavisiti i osobine energije (talasa). Talasi razliitih talasnih duina imaju razliite brzine kretanja.

TalasiVeliine kojima se opisuju talasi su:

Talasna duina rastojanje koje pree talas za vreme dok data estica napravi jednu oscilaciju (za jedan period). Frekvencija oscilovanja broj oscilacija u jedinici vremena. Brzina talasa c=

Karakteristike talasa talasna duina

amplituda

frekvencija

brzina

energija

TalasiU zavisnosti od pravca oscilovanja estica, u odnosu na pravac njihovog kretanja, talasi mogu biti: transverzalni estice sredine osciluju normalno na pravac kretanja talasa; longitudinalni estice osciluju u pravcu kretanja talasa.Za razliku od transverzalnih, koji postoje samo kod vrstog stanja, longitudinalni talasi se manifestuju u sva tri agregatna stanja.

Elektromagnetni talasi (EMT) Elektrino polje je normalno na magnetno, a oba polja su normalna na pravac prostiranja talasa (elektromagnetni talas je transverzalan). Elongacija elektrinog polja jednaka je elongaciji magnetnog polja. Elektrino i magnetno polja osciluju u fazi. Brzina EM talasa se odnosi na brzinu kojom se talas prostire: c = 300 000 km/s.

Karakteristike elektromagnetnog talasa

EMT EM talasom se prenosi energija od izvora talasa, a ne prenosi se masa znai da energija zavisi od talasa. Intenzitet talasa se definie kao energija koju talas prenese u sekundi, po jedinici povrine normalnoj na pravac prostiranja talasa.

EM talasi nastaju oscilovanem dva meusobno normalna vektora elektrinog i magnetnog polja.

EMT velike talasne duine nastaju oscilovanem naelektrisana u makroskopskim telima.

EMT male talasne duine nastaju oscilovanem elektrona u atomima i molekulima.

Spektar EMT sadri opseg talasnih duina:

10nm 10km

Elektromagnetni talasi

EM zraenje je nosilac elektromagnetne interakcije (sile) i moe se interpretirati kao talas ili kao estica, u zavisnosti od sluaja.

estice koje kvantifikuju elektromagnetno zraenje su fotoni.

Foton se kree brzinom svetlosti.Masa fotona u miru je nula.

Energija fotona iznosi: Foton kvant svetlosti

EMT EM talasi manjih talasnih duina imaju veu prodornu mo, zato to je i njihova brzina prostiranja vea. Zato X (rendgen) i gama zraci prolaze kroz tkiva i materiju, ne samo zato to imaju manje talasne duine, nego zato to u isto vreme imaju i veu brzinu prostiranja, pa zato i veu prodornost. Sa poveanjem brzine kretanja poveava se i broj oscilacija u jedinici vremena, to znai da talasi koji su prenosioci visoke energije, moraju imati i visoke frekvencije.

Atomski energetski spektriKoliine energije koju atom (jezgro ili omota) primi ili odaje strogo su odreene i nazivaju se kvanti. h=6,6210-34 Js

Skup tih iznosa energija naziva se energetski spektar: emisioni i apsorpcioni

Atomski spektri koriste se za identifikaciju materijala - svaki materijal ima svoj karakteristini spektar.

Nastajanje spektra

Kada elektroni u atomu prelaze sa viih orbita na nie dolazi do emisija svetlosti.

Te emitovane energije formiraju spektar: kontinualni ili neprekidni,linijski.

Emisioni spektar

Kontinualni spektriOva vrsta spektara nastaje kada usijane vrste ili tene supstance zrae svetlost. vrste supstance emituju sledee boje svetlosti: na 500 0C boja je crvena, a daljim zagrevanjem javljaju se narandasta, uta, zelena...Spektar bele svetlosti je kontinualan ili neprekidan. Duga spektar bele svetlosti.

Kontinualni spektar

Spektar vidljive (bele) svetlosti

Linijski spektriOvi spektri nastaju kada izolovani atomi razreenog gasa ili metalnih para emituju svetlost iji se spektar sastoji iz odvojenih spektralnih linija.Linijski spektar je traka sa uzdunim linijama.Linijski spektri opisuju strukturu atoma.Na osnovu talasnih duina spektralnih linija mogue je identifikovati materijal.Primeri: spektar pare natrijuma jedna uta linija; spektar vodonika crvena, zelena i plava linija; spektar cezijuma uta i dve plave linije.

Emisioni spektar natrijuma

H apsorpcioni i emisioni spektar

Apsorpcioni spektriZa prelaze elektrona sa niih orbita u atomu na vie, potrebna je energija apsorpciona energija.Te apsorbovane energije formiraju apsorpcioni spektar.Svaki materijal ima svoj tipian apsorpcioni spektar, koji slui za njegovu identifikaciju talasne duine tamnih linija odreuju vrstu materijala.

Apsorpcija zraenja

Ako bela svetlost (kontinualni spektar) prolazi kroz plamen natrijuma, ona e apsorbovati neke od komponenata kontinualnog spektra, pa e se na tim mestima javiti tamne linije apsorpcioni spektar.Poloaj tamnih linija apsorpcionog spektra jednog elementa odgovara poloaju svetlih linija njegovog emisionog spektra.Materijal apsorbuje samo zraenje pojedinih talasnih duina molekuli apsorbuju samo one energije koje odgovaraju njihovim pobuenim stanjima identifikacione karakteristike.

PrimeriStaklo sa dodatkom oksida gvoa proputa samo svetlost talasne duine 680 nm pa se vidi u crvenoj boji.

Staklo sa dodatkom oksida mangana proputa samo svetlost talasne duine od 530 nm pa se vidi u zelenoj boji.

AntimaterijaAntimaterija je supstanca sastavljena od elementarnih antiestica, za razliku od obine materije, koja je sastavljena od elementarnih estica.

Antimaterija se sastoji od: antiprotona, antineutrona, antielektrona (pozitrona).

Antiestice i antimaterijaPostojanje antiestica i antimaterije prvi je otkrio engleski naunik Pol Dirak (19021984).

On je 1928. godine uveo koncept pozitivno naelektrisanog elektrona pozitrona, ije je postojanje i eksperimentalno potvreno 1932. god.Od 1955. godine, kada su pomou akceleratora estica uoeni antiproton i antineutron, eksperimentalno je detektovan i itav niz antiestica.

Antimaterijaestice antimaterije: antielektron i antiproton, imaju naelektrisanja i magnetne momente suprotne od elektrona i protona, a sve ostale osobine su im identine.Materija i antimaterija ne mogu postojati jedna pored druge. Kada se nau zajedno meusobno se ponitavaju (anihilacija) uz oslobaanje velike koliine energije u obliku gama zraenja ili drugih estica.

AntimaterijaAtomska jezgra antimaterije su negativno naelektrisana, a oko njih krue pozitivno naelektrisani pozitroni. Pozitron se moe interpretirati kao elektron koji putuje unatrag u vremenu, to je matematiki razradio Richard Feynman koji je za to otkrie dobio Nobelovu nagradu 1965. godine.

AntiatomKrajem devedesetih godina prolog veka u CERNu i Fermilabu sintetisan je antivodonik prvi antiatom.Kod obinog vodonika oko protona koji predstavlja atomsko jezgro krui jedan elektron. Kod antivodonika oko antiprotona krui antielektron (pozitron). Kao to kombinacijom estica nastaje materija tako i kombinacijom odgovarajuih antiestica nastaje antimaterija.

AntiesticeU fizici estica, svaka estica ima svoju antiesticu. Antiestica ima istu masu kao i estica, ali ima obrnuto naelektrisanje. Izuzetak su estice bez mase, bozoni, u koje spada foton. ak i elektrino neutralne estice, na primer neutron, nisu identine sa svojom antiesticom neutron je izgraen od kvarkova, dok je antineutron izgraen od antikvarkova. Kvarkovi i antikvarkovi imaju suprotna naelektrisanja bez obzira to je njihov zbir u oba sluaja jednak nuli.

Materija i antimaterijaPri sudaru materije i antimaterije dolazi do anihilacije dve estice pri emu nastaju dve nove estice koje nemaju nikakve slinosti sa inicijalnim esticama.Prilikom anihilacije se oslobodi koliina energije koja je mnogo vea od one koja se oslobodi prilikom fuzije i fisije. Naunici su putem akceleratora uspeli da stvore antimateriju.Antimaterije ima malo i njeno postojanje je kratko, jer se brzo anihilie.

Antiesticeestica i antiestica mogu da unite jedna drugu ukoliko se nalaze u odgovarajuem kvantnom stanju. Procesi sa visokom energijom prirodno mogu da proizvedu antiesticu. Antiestice se mogu videtu u kosmikom zraenju, kao i u odreenim nuklearnim reakcijama.

Kosmiki zraci iz svemira prirodni izvor antiestica.

III.1-b

Geometrijska forma predmeta

Geometrijska forma predmetaGeometrijska forma se odreuje merenjem linearnih dimenzija predmeta koji su pravilne forme (kocka, kvadar, pravougaonik...).

Predmet moe biti u:

vrstomtenomgasovitom

agregatnom stanju.

Dimenzije predmetalinearna dimenzija (1D) povrina (2D)zapremina (3D)

Predmeti pravilne geometrijske formeOdreuju se merenjem linearnih dimenzija.

DuinaJedinica za merenje duine u meunarodnom sistemu mera (SI) je metar (m).

Etalon metar je duina putanje koju svetlost pree u vakuumu za vreme od

sekundi.

Dozvoljene jedinice za duinu izvan SI sistemajard (sad) ................. yd (USA) = 0,9144018 mjard ........................... yd = 0,9144 mstopa ........................ ft = 0,3048 min.............................. in = 0,254 mmilja .......................... mile = 1 609,344 mnautika milja ........... n. mile =1 852 msvetlosna godina ....... s. g. = 9,46073 x 1015 m

Povrina i zapreminajedinica za povrinu: 1 m2jedinica za zapreminu: 1 m3

litar: 1 l = 10-3 m3 galon: 1 gal (UK) = 4,5460910-3 m3 1 gal (USA) = 3,7854310-3 m3 pinta: 1 pt (UK) = 0,56826110-3 m3 tena unca: 1 fl.oz. (UK) = 28,413010-6 m3 buel: 1 bu (UK) = 36,368710-3 m3 1 bu (USA) = 35,239310-3 m3 barel (sad): 158,98810-3 m3 brodska tona: 1 sh.ton = 1,13 m3

Merenje linearnih dimenzija predmetaMogue je direktno meriti: predmete pravilnog geometrijskog oblika (kocka, valjak, lopta...),predmete u vrstom agregatnom stanju,makro tela,mikro tela.

Ureaji za merenje makro telaMerna traka napravljena od elika ili plastificirane tkanine. opseg merenja: 1m 10 m, preciznost: 0,5 m.

Lenjir opseg merenja: 50 cm, preciznost: 0,5 cm.

Laserski meraSlui za merenje veih duina; izraunava povrinu i zapreminu.Moe da meri duinu u prometnim i nedostupnim prostorima.Daljina merenja je do 30 m.

NonijusUreaj se sastoji iz:pokretnog (N) i nepokretnog (n) lenjira.

Meri dubinu, unutranji i spoljanji prenik.

Opseg merenja: 150 mm,preciznost merenja: (0,1 - 0,02) mm.

Duina predmeta odreuje se po formuli:

Nonijus

Mikrometarski zavrtanjUreaj se sastoji iz:nepokretnog i rotirajueg cilindra.Opseg merenja: 25 mm,preciznost merenja: (0,005 - 0,01) mm.

Debljina predmeta (D) odreuje se po formuli:

Mikrometarski zavrtanj

Ureaji za merenje mikro telaMerna lupa

Sastoji se od sabirnog soiva i merne skale sa podeljcima na rastojanju od 0,1 mm. Meri duinu predmeta pod odreenim uveanjem soiva.

Okularni mikrometarOptiko-mehaniki ureaj koji se sastoji iz: sabirnog soiva, merne skale, pokretne konanice (normalne na skalu), krune skale (sadri 100 podeoka).Jednom podeljku linearne skale okularnog mikrometra odgovara 100 podeljaka krune skale.Preciznost merenja je: (0,001 - 0,0001) mm.Odreuje se prenik predmeta (R):

III.1-c

Masa i teina predmeta

Masa i teina predmeta Merenje mase i teine predmeta, u vrstom, tenom i gasovitom stanju, omoguava odreivanje niza jedinstvenih karakteristika materijala od kojih su napravljeni predmeti koji se mogu nai na MKD.

Definicije maseMehanika: masa je mera inertnosti tela pri promeni stanja kretanja.Fiziko-hemijska: masa je koliina supstance koju telo sadri.Gravitaciona: masa je izvor gravitacionog polja.Najoptija: masa je ekvivalentna energiji.

Osnovna jedinica za masu: 1kgKilogram je masa meunarodnog etalona kilograma. Jedinice izvan SI: funta (trg): 1 lb = 0,45359237 kg,funta (vb): 1 lb = 0,4535592338 kg,funta (sad): 1 lb = 0,4535924277 kg,sleg: 1 slug = 14, 5939 kg,unca: 1 oz = 28,34595 10-3 kg.

Ureaji za merenje maseJednakokrake terazije

Terazije sa nejednakim kracima digitalne terazije sa preciznou 0,001 ganalitike terazije sa preciznou 0,0001 g

Merenje poinje odreivanjem praktine nule terazija metodom oscilacija:

Merenje se zavrava kada se uspostavi ravnotea terazija:

masa tela na levom tasu = masi tegova na desnom tasu.

Tada se oita masa tegova, koja predstavlja izmerenu masu tela.Postupak merenja

Teina telaTeina tela u stanju mirovanja je sila kojom telo deluje na podlogu ili oslonac pod uticajem gravitacije.Veza izmeu teine i mase:

Teina tela nestaje ako se ukloni gravitacija, dok masa ostaje konstantna.

Osnovna jedinica za teinu: 1NTeina tela je sila koja se meri pomou: mehanike vage, koja se sastoji iz opruge, koja se istee ili sabija kada se telo postavi na vagu;elektrine vage, koja teinom tela kompenzuje elektromagnetnu silu.

III.1-d

Hemijske karakteristike

Hemijske karakteristike

Najee hemijske karakteristike koje se koriste za identifikaciju materijala (predmeta) su:

gustina vrstih tela (pravilan ili nepravilan oblik)gustina tenih telaviskoznost tenih tela

Gustina materijalaJedinstvena karakteristika za svaku vrstu materijala.Konstantna veliina za svaki materijal.Ne zavisi od koliine supstance i veliine tela.Odreuje prirodu materijala u smislu raspodele masa(homogena i nehomogena tela).Zavisi od temperature.Odreuje se i specifina zapremina tela.

Jedinica za gustinu tela u sistemu SI

Odreivanje gustine vrstih telaGrubo odreivanje gustine:

merenje mase tela na terazijama (m),odreivanje zapremine tela (V) na osnovu zapremine tenosti koju istisne potopljeno telo Arhimedov zakon.

2. Hidrostatike terazijeMere se: masa tela u vazduhu (m1), masa tela zaronjenog u vodi (m2). Gustina vode je poznata i iznosi:

Zapremina se odreuje kao:

Gustina se odreuje preko formule :

3. Piknometarski metodPiknometar staklena boica odreene zapremine

Koriste se uzorci vrstog materijala, koji moraju biti usitnjeni, neporozni i nerastvorljivi u vodi.

Mere se - masa uzorka (mt), - masa piknometra napunjenog samo destilovanom vodom (mV), - masa piknometra napunjenog vodom i uzorkom (mTV).

Odreivanje gustine vrstog tela piknometromGustina se odreuje na osnovu izmerenih vrednosti masa i poznate gustine vode,po formuli:

4. Flotacioni metodGradijentna kolona - uzana staklena cev, napunjena odgovarajuim tenostima.Metod je zasnovan na ponaanju vrstih rastresitih tela (npr. uzorak zemlje) u vodi:tela tonu gustina tela je vea od gustine tenosti;tela plivaju gustina tela je manja od gustine tenosti;tela lebde gustine su iste.Potrebno je pronai tenosti u kojima tela lebde: tada je gustina tenosti istovremeno i gustina tela.

Kirkov postupakTenosti razliitih gustina ulivaju se u uzane sudove kolone.Broj sudova odgovara broju ispitivanih uzoraka zbog poreenja.Formira se gradijent gustine koji se poveava sa dubinom.U svaki sud se ubacuje uzorak (smea razliitih gustina).estice smee se rasporeuju du kolone, zavisno od gustine- manje gustine ostaju na viim nivoima, a tee na niim.Konano sve estice se rasporede na onim nivoima kolone na kojima gustina tenog sloja odgovara gustini estica.

Gustine nekih materijala na temperaturi 20 0Cmaterijal gustina ( )

srebro..................10,5olovo....................11,5gvoe.................. 7,8aluminijum........... 2,7prozorsko staklo.. 2,47-2,54led (0 0C)...............0,92

Odreivanje gustine tenih telaPiknometarski metod

Meri se: masa praznog piknometra sa zapuaem (m1), masa piknometra sa ispitivanom (m2). Masa tenosti kojoj se odreuje gustina je m = m2 - m1 Zapremina tenosti je ustvari zapremina piknometra. Gustina tenosti:

2. Areometarski metodAreometar je:staklena cev vretenastog oblika plovak,njen donji deo je napunjen olovom ili ivom,gornja strana sadri izbadarenu skalu.Vrednost jednog podeljka skale areometra, uronjenog u tenost nepoznate gustine, odreuje se kao:

Areometar

Postupak odreivanja gustinePlovak se uroni u tenost i pliva vertikalno. Njegov poloaj zavisi od gustine tenosti (kod manje gustine tenosti, plovak veim delom uranja, i obratno).

Gustina se direktno oitava na skali areometra, u vertikalno plivajuem poloaju u odnosu na nivo tenosti u sudu.Oitavaju se donje ili gornje celobrojne vrednosti na skali, do granine povrine tenost - vazduh.

Oitane gustine tenosti

Gustine moraju biti jednake.

Gustine nekih tenosti na temperaturi 20oC

materijal gustina ( ) iva 13,6 alkohol 0,79 benzin 0,69 voda (4 oC) 1,00

3. Gradmetrijski metodiKod gradmetara, skala areometra izbadarena je za merenje koncentracije.Gradmetri mogu biti:alkoholometri mere koncentraciju alkohola (plovak vie uranja kod vee koncentracije), saharometri mere koncentraciju eera,laktometri mere koncentraciju mlenih masti,bomeometri mere koncentraciju rastvora elektrolita u vodi.

Viskoznost tenih telaMolekuli tenosti se, prilikom proticanja kroz cev, kreu jedni u odnosu na druge razliitim brzinama.Sloj tenosti uz cev ima najmanju brzinu, a u centru najveu.Usled takvog kretanja, javlja se trenje izmeu paralelnih slojeva tenosti.Isak Njutn je otkrio da je sila trenja izmeu dva susedna sloja tenosti nezavisna od pritiska, a proporcionalna povrini slojeva i njihovoj relativnoj brzini. Viskoznost tenih tela: - dinamika, - kinematika.

Njutnov zakon

Dinamiki koeficijent viskoznostiViskoznost je mera otpora tenosti koja slojevito struji.Jedinica za dinamiku viskoznost je Paskal-sekunda.

To je strujanje izmeu dva paralelna sloja na rastojanju od 1 metra, s razlikom u brzini od 1m/s kada nastaje napon smicanja od jednog Pa.

Kinematiki koeficijent viskoznostiDefinie se kao odnos dinamike viskoznosti i gustine tenosti:

Jedinica kinematike viskoznosti je:

Merenje viskoznosti tenostiUreaj koji se koristi za merenje je Ostvaldov viskozimetar.Sastoji se iz dve povezane staklene posude: gornja (manja) povezana je sa donjom (veom), preko staklene kapilare. Posude moraju biti na visinskoj razlici, kako bi tenost mogla da istie pod dejstvom zemljine tee.Meri se brzina isticanja tenosti iz posude poznate zapremine.

Ostvaldov viskozimetar

PostupakU veu donju posudu sipa se ona koliina nepoznate tenosti (kojoj se odreuje viskoznost), koja je dovoljna da usisavanjem ispuni manju posudu i kapilaru koja ih spaja.Prstom se zapui izlaz iz vee posude, kako tenost ne bi odmah poela da istie.Poetak isputanja tenosti prati i ukljuivanje hronometra u trenutku kada tenost naie na gornju crtu A.

Hronometar se zaustavlja kada tenost istekne iz gornje posude, odnosno kada tenost doe do donje crte B izmeri se vreme . Merenje se ponavlja vie puta. Isti postupak merenja vremena se sprovede i za tenost ija je viskoznost i gustina poznata ( ).

Poznata je i vrednost gustine tenosti ( ) iji se koeficijent viskoznosti odreuje.Postupak

Koeficijent dinamike viskoznosti nepoznate tenostiNa osnovu prethodno izmerenih i poznatih vrednosti, odreuje se koeficijent dinamike viskoznosti:

Ovaj koeficijent predstavlja konstantnu karakteristiku materijala - identifikacionu karakteristiku.

Viskoznost tenosti Tenost (Pa s) Ricinusovo ulje 0,986 Maslinovo ulje 0,084 Sulfana kiselina 0,025 Salicilna kiselina 2,7110-3 Glicerol 1,4910-3 Etanol 1,2010-3 Voda 1,00510-3 Ksilol 0,8110-3 Toluol 0,5910-3 Benzen 6,5210-4 Hloroform 5,8010-4 Etar 2,3310-4

III.1-e

Radioaktivne karakteristike

Radioaktivne karakteristike

Radioaktivnost je unutranje svojstvo atoma radioaktivnog elementa.Radioaktivnost se izraava preko nepromenljivih karakteristika koje opisuje radioaktivni raspad hemijskog elementa.

Karakteristike jezgra atoma

Najvanije karakteristike jezgra atoma su : broj nukleona maseni broj (A), broj protona redni (atomski) broj (Z), broj neutrona N (N=A-Z), energija veze po nukleonu (neutron i proton) srednja energija potrebna za odvajanje jednog nukleona od jezgra.

estice jezgra Atomsko jezgro (nuklid) sadri: Proton (p) Neutron (n) Proton i neutron se nazivaju nukleoni. Pozitron (e+) je estica mase jednake masi elektrona. Neutrino () ima masu mirovanja nula i nema naelektrisanja; stabilan je i kada jednom nastane vie ne interaguje sa materijom. Antineutrino (-) ima naelektrisanje nula, masu mirovanja nula i kree se brzinom svetlosti. Neutrino i antineutrino meusobno predstavljaju antiestice. .

Masa jezgra - M(Z,N)

Moglo bi se oekivati da je ukupna masa jezgra jednaka: M(Z,N) = Z mp + N mn Meutim, stvarna masa jezgra manja je od ove vrednosti za iznos M(Z,N) koja se naziva defekt mase. Defekt mase pomnoen sa c2 daje ukupnu energiju veze jezgra: W(Z,N) =M(Z,N) c2

Energija veze B(Z,N) Da bi se jezgro rastavilo na slobodne nukleone, potrebno je uloiti energiju M(Z,N) c2 na savladavanje privlanih nuklearnih sila. Energija veze po nukleonu dobija se deljenjem ukupne energije veze jezgra sa brojem nukleona: B(Z,N)=W(Z,N)/Z+N

Jezgro atomaProtoni i neutroni u jezgru uzajamno interaguju jakim nuklearnim silama. Te sile su kratkog dometa, deluju izmeu svih parova nuklearnih estica na rastojanju < 10-13 cm:

protona i protona (p-p) protona i neutrona (p-n) neutrona i neutrona (n-n)

Energija raspadaAko je u poetnom jezgru (jezgroroditelj) ukupna energija vea od energije u krajnjem jezgru (jezgropotomak), tada dolazi do spontanog raspada jezgra, takvo jezgro je nestabilno. Prema zakonu o odranju energije, energiju raspada odnose estice koje se emituju u raspadu. Energija raspada jednaka je energiji emitovanog zraenja. Atomsko jezgro uva ogromnu energije.

Nestabilna jezgraPojava nestabilnosti jezgara naziva se radioaktivnost. Transformacije koje trpe radioaktivni izotopi zovu se radioaktivni raspadi. Izotopi su jezgra nekog elementa koja imaju isti redni broj Z, a razliit broj neutrona, odnosno N. U pogledu hemijskog ponaanja oni predstavljaju iste atome. Radioaktivni izotopi ugljenik, samarijum, kalijum, rubidijum, olovo...

Radijacije iz jezgraJezgra atoma emituju radioaktivno zraenje: neutrone i , , zrake.Pri prelasku iz jednog oblika u drugi, hemijski elementi se transformiu i emituju sledee zrake:

Vrste radioaktivnih raspadaPostoje sledee vrste radioaktivnih raspada:

alfa raspad beta raspadi: beta-minus beta-plus elektronski zahvat spontana fisija gama raspad

Alfa raspad Pri alfa raspadu emituje se estica, pri emu se maseni broj jezgra smanjuje za 4, a redni broj se smanjuje za 2. Alfa estica je jezgro atoma helijuma.Sadri dva protona i dva neutrona.Element se pomera za dva mesta ulevo u periodnom sistemu

Alfa radijacija

Beta-minus raspad Beta-minus () estica je elektron, odnosno elektroni su beta-minus zraci. Pri beta-minus raspadu, neutron se transformie u proton, koji ostaje u jezgru, a jezgro naputaju elektron i antineutrino: n p+ e-+v- Pri ovom raspadu redni broj izotopa raste za jedan.

Beta-plus raspad (pozitronski) U ovoj vrsti raspada jedan proton raspada se na neutron, koji ostaje vezan u jezgru, pozitron i neutrino koji se ne zapaa: pn+e++ Pri beta-plus raspadu redni broj izotopa smanjuje se za jedan.

Beta radijacija

Elektronski zahvat (EZ) U elektronskom zahvatu, jedan od atomskih elektrona, obino iz K ljuske, biva zahvaen od strane jednog protona iz jezgra. Proton se pri tome transformie u neutron, a iz jezgra se emituje samo neutrino: p+e n+Redni broj izotopa se smanjuje za jedan.

Gama raspad

Posle ili raspada, jezgro moe da se nalazi u nekom od svojih pobuenih stanja. Iz pobuenog stanja jezgro se praktino trenutno vraa u osnovno stanje emisijom gama fotona odgovarajuih energija. Gama zraenje je oko 100 puta prodornije od zraenja.

Gama radijacija Gama raspad je praen emisijom fotona i ne predstavlja pravi raspad, jer u njemu jezgro ne trpi nikakvu promenu osim energetske.

Spontana fisija To je proces cepanja tekog jezgra na dva laka jezgra fisioni fragmenti.Fragmenti nisu jednaki, ve postoji verovatnoa da mase fragmenata stoje u odreenom odnosu. Prilikom svake fisije oslobodi se energija od oko 250 MeV. Tu energiju nose fisioni fragmenti u vidu kinetike energije, 23 osloboena neutrona kao i -zraenje. Osloboeni neutroni omoguavaju razvoj i odravanje lananih reakcija u reaktorima.

Radioaktivnost

Radioaktivnost je otkrio Joseph John Thomson. On je 1913. god. potvrdio postojanje izotopa.U poetku se mislilo da postoje samo radioaktivni izotopi, ali Tomson je dokazao da izotope imaju i stabilni elementi.Danas se zna da se u prirodi nalazi oko 270 stabilnih i oko 50 prirodnih radioaktivnih izotopa. Hiljade drugih radioaktivnih izotopa stvoreni su u laboratorijima.

Kako izotopi nekog elementa imaju razliit broj neutrona, to utie na njihovu nuklearnu stabilnost, to rezultira injenicom da neki izotopi podleu nuklearnom raspadu radioaktivni izotopi. Radioizotope prouava nuklearna fizika. Prouavanjem naina na koji se taj raspad odigrava, fiziari stiu uvid u svojstva atomskog jezgra identifikaciona karakteristika. Izotopi

U prirodi se moe nai nekoliko izotopa istog elementa. Najee se javljaju stabilni izotopi, mada se mogu nai i znaajne koliine nestabilnih izotopa sa velikim vremenom poluraspada kao na primer U238.Male koliine radioaktivnih izotopa sa malim vremenom poluraspada su takoe prisutne u prirodi. Ti izotopi nastaju kao proizvod raspada veih radioaktivnih jezgara sa duim ivotom. Atomska masa elementa u periodnom sistemu elemenata je prosek prirodne rasprostranjenosti izotopa tog elementa.Izotopi

Prirodna rasprostranjenost raznih izotopa na Zemlji je rezultat: koliina izotopa formiranih u zvezdama i supernovama, kao i ema raspada radioaktivnih jezgara formiranih u ovim procesima; formiranje Sunevog sistema uticalo je na proporcije razliitih izotopa koji se mogu nai na Zemlji. Solarni vetrovi su odmah po stvaranju Sunca lake mogli da oduvaju laka jezgra ka daljim delovima sunevog sistema. Izotopi

Stabilna jezgra

Stabilna jezgra imaju isti (paran) broj protona i neutrona. Veliku stabilnost imaju jezgra u kojima je broj protona ili broj neutrona jednak brojevima 2, 8, 20, 28, 50 i 82 magini brojevi.

Nestabilni izotopiNestabilni izotopi, odnosno radioaktivni izotopi su atomi koji imaju odnos protona i neutrona vei ili manji od odnosa potrebnog za stabilnost. Nestabilni izotopi postaju stabilni radioaktivnim raspadom. Posledica radioaktivnog raspada je menjanje mase i/ili hemijskih svojstava radioaktivnih izotopa, uz istovremeno emitovanje jonizujueg zraenja. Svi elementi iznad rednog broja 82 (olovo) su nestabilni jer odbojnim silama protona vie nisu dovoljni neutroni kao ravnotea. Naime, prevelika je koncentracija protona na jednom mestu.

Nestabilno jezgro Nestabilno jezgro se moe okarakterisati:

vremenom poluraspada (T1/2), vrstama zraenja emitovanih pri raspadu,energijama emitovanih zraenja, relativnim intenzitetima emitovanih zraenja.

Radioaktivni raspadZa raspad jezgra potrebna je ogromna koliina energije i prema zakonima klasine fizike estica ne moe spontano dobiti tu energiju i izleteti iz jezgra. Radioaktivni raspad je sloen proces u kome glavnu ulogu igraju kvantni fenomeni (princip neodreenosti, tunel-efekat i slino) i upravo ti fenomeni dovode do raspada jezgra. Kako je po svojoj prirodni radioaktivni proces kvantni fenomen, jasno je da u njemu verovatnoa igra ogroman znaaj. Nemogue je znati kada e se koji atom raspasti raspad je sluajan proces. Ali, ma koliko ovaj proces bio sluajan, on se pokorava nekim zakonima.

Radioaktivni raspadJezgra koja podleu radioaktivnom raspadu su:radioizotopi jezgra sa velikim rednim brojem (Z>83) i masenim brojem (A>140),jezgra koja imaju vei broj neutrona od protona.

Radioaktivni raspadNije hemijska reakcija. Promene se deavaju uz oslobaanje ogromne koliine energije.Teku spontano i na njih se ne moe uticati. Jezgro koje se raspada naziva se roditeljsko jezgro, a stabilno jezgro koje nastaje posle raspada naziva se jezgropotomak.

Zakon radioaktivnog raspadaPokazuje smanjenje broja neraspadnutih jezgara tokom vremena:

N0 je broj radioaktivnih jezgara prisutnih u poetnom trenutku (t=0). N je broj jezgara polaznog radioizotopa koji ostaje neraspadnut po isteku vremena t. je konstanta raspada, ija je jedinica s-1

Identifikacione karakteristike radioaktivnih elemenata konstanta radioaktivnog raspada -

srednji ivot

vreme poluraspada

Period poluraspadaPeriod vremena na ijem je kraju broj neraspadnutih jezgara jednak polovini broja radioaktivnih jezgara prisutnih na poetku, tj.

naziva se vreme (period) poluraspada i obeleava se sa .

Period poluraspadaOsnovna karakteristika radioaktivnog raspada je period poluraspada. Period poluraspada je identifikaciona karakteristika svakog hemijskog elementa, tj. izotopa.Predstavlja vreme koje je potrebno da se raspadne polovina poetnog broja jezgara. Sa sigurnou se moe znati da e se za jedan period poluraspada raspasti tano polovina ukupnog broja jezgara koja su postojala na poetku merenja. Periodi poluraspada razliitih poznatih elemenata se znatno razlikuju: za uran iznosi 4,4 milijardi godina, za radon iznosi 3,825 dana.

Vreme poluraspada

Mogue je u svakom trenutku odrediti verovatnou da e se neko jezgro raspasti nakon isteka nekog vremena. Ta verovatnoa iznosi 50% za vremenski interval koji se naziva vreme poluraspada.

Vreme poluraspadaKonstantna veliina za radioaktivnu supstancu (identifikaciona veliina).

U odnosu na vreme poluraspada, izotopi mogu biti: dugoivei vreme due od nekoliko godina, kratkoivei vreme krae od dana.

Konstanta raspada - Uvoenjem : ,

u formulu za zakon radioaktivnog raspada dobija se izraz za konstantu raspada:

Srednji ivot radioizotopa

Veliina koja karakterie radioaktivni raspad definie se kao reciprona vrednost konstante radioaktivnog raspada:

Zakon radioaktivnog raspada

Kada se dobijeni izraz za konstantu raspada

uvede u osnovnu formulu zakona, dobija se izraz:

Vremena poluraspada

Prirodna radioaktivnost

Prirodnu radioaktivnost urana otkrio je 1896. godine Anri Bekerel.Radioaktivnost torijuma, hemijskih jedinjenja urana, kao i minerala poput radijuma, otkrili su Marija i Pjer Kiri.

Vetaka radioaktivnost Radioaktivna jezgra mogu se dobiti bombardovanjem stabilnih jezgara protonima, alfa esticama, neutronima itd. Glavni izvor vetakih radioaktivnih elemenata su nuklearni reaktori i akceleratori estica.Vetaki radioaktivni elementi mogu se dobiti bombardovanjem prirodnih elemenata nuklearnim projektilima.U njemu se izazove nuklearna transmutacija prelaz u novi element ili novi izotop istog elementa.

Neutronski projektiliKao projektili za bombardovanje, neutroni su jako pogodni jer nemaju naelektrisanje, pa lako prodiru u jezgro atoma.

Slobodnih neutrona u prirodi nema, jer je vreme poluraspada slobodnog neutrona oko 10 minuta.

Slobodan neutron je nestabilan i spontano se transformie u proton, elektron i antineutrino.

Jedinice radioaktivnostiAKTIVNOST radioaktivnog uzorka se meri kao broj raspada u sekundi. Jedinica za radioaktivnost je Bq (bekerel). Bq = s-1 Kiri (Ci) je stara jedinica za radioaktivnost. Jedan kiri (Ci) oznaava 3.7 x 1010 raspada u sekundi.UKUPNA RADIOAKTIVNOST je aktivnost izraena brojem raspada u jedinici vremena Bq (raspad/s) ili Ci (3.7x 1010 raspada/s).SPECIFINA RADIOAKTIVOST je radioaktivnost specifine mase uzorka. Specifina radioaktivnost se izraava u Bq po jedinici mase ili jedinici zapremine Bq/kg = raspad s-1 kg-1 ili Bq/m3 = raspad s-1 m-3.

Metod ugljenika C-14 Ugljenik C-14 je radioaktivni oblik ugljenika koji naunici koriste za utvrivanje starosti fosila. Njegov poluperiod je samo 5 730 godina.On se raspada brzo tako da se ne moe oekivati da neka koliina ostane u fosilima posle nekoliko stotina hiljada godina. Ali C-14 je jo od najranijih dana upotrebe ove metode utvrivanja starosti ipak otkriven u prastarim fosilima, starim navodno nekoliko stotina miliona godina.

C-14 izotop ugljenika (6C14) Zbog bombardovanja protonima iz kosmosa, na povrini nae atmosfere dolazi do izbacivanja neutrona iz jezgara azota, kiseonika i argona. Atomi azota hvataju te neutrone i u tom postupku atom azota emituje jedan proton, ime atomska masa ostaje ista, a atomski broj se umanji za jedan. Tako od azota nastaje atom ugljenika C-14 (6C14), koji je radioaktivan.C-14 ima istu atomsku masu kao azot (7N14), ali budui da ima est protona u jezgru, on ima osobine ugljenika. To je izotop ugljenika.

6C14 izotop ugljenikaOvaj ugljenik, kao i C-12, sa kiseonikom gradi ugljen-dioksid CO2.I jedan i drugi ugljen-dioksid apsorbuju biljke, grade organsku materiju koju jedu ivotinje,ili ivotinje jedu druge ivotinje.Biljke su primarni producenti, biljojedi su sekundarni, a mesojedi tercijarni.Kako je ovo jezgro nestabilno, dezintegrie se radioaktivnim raspadom, to znai da se 6C14pretvara opet u azot 7N14 i emituje elektron.

asovnik ugljenika C-14Svako ivo bie u sebi sadri radioaktivni ugljenik, jer postoji ciklus ugljenika u prirodi.Zato je mogue da svi organizmi na planeti Zemlji budu ukljueni u takozvani asovnik ugljenika C-14. asovnik poinje da otkucava sa smru organizma, jer tada nema vie unoenja novog C-14.

Metod C-14 Ovaj metod utvrivanja starosti funkcionie pod sledeim pretpostavkama:da je bombardovanje iz kosmosa konstantno,da je odnos izmeu radioaktivnog i normalnog ugljenika konstantan,da je koliina CO2 u atmosferi konstantna,da je stopa radioaktivnog raspada C-14 konstantna,da nema razmene izmeu organizma koji je uginuo i sredine (da je sistem izolovan),da je postignuta ravnotea izmeu koliine novonastalog i raspadnutog C-14.

Raspad C-14Koliina radioaktivnog C-14 se za 5730 godina smanji na 1/2. Za narednih 5730 godina padne na 1/4, pa na 1/8, pa na 1/16, pa na 1/32. Dakle, za pet vremena poluraspada ili 28 650 godina, koliina C-14 e pasti na 1/32, to je zadnja detektabilna koliina.

Metod C-14

Utvrivanje starosti fosila primenom C-14 metoda bilo je aktuelno u periodu od 1984. do 1998. godine.U naunoj literaturi se spominje postojanje ugljenika C-14 u 70 uzoraka iz fosila, uglja, nafte, prirodnog gasa i mermera, koji predstavljaju delove geolokih zapisa u kojima se pronalaze fosili, iz perioda od 500 miliona godina. Svi oni sadre radiougljenik.

Metod C-14Analize uzoraka fosilizovanog drveta i uglja, ija je starost navodno od 32 do 350 miliona godina, pomou metode C-14 pokazale su starost od 20 000 do 50 000 godina.Dijamanti, navodne starosti od jedne do tri milijardi godina, metodom C-14 pokazali su starost od samo 55 000 godina.

Metod C-14Zna se da starost podrazumeva da je Zemljino magnetsko polje uvek bilo konstantno. Meutim, ono je nekad bilo jae, titilo je atmosferu od solarnog zraenja i tako smanjivalo stvaranje radioaktivnog ugljenika. Kao rezultat toga, iva bia su u prolosti imala mnogo manje radioaktivnog ugljenika u svojim telima, a njihova smrt nastupila je daleko skorije nego to se smatra.

Zahvaljujui primeni metoda C-14, pokazano je da bi starost radioaktivnog ugljenika morala biti smanjena kod:

svih fosila i uglja na manje od 5.000 godina (to se poklapa sa vremenom kada su pokopani potopom); dijamanata na vreme biblijskog stvaranja pre oko 6.000 godina.

Metod C-14

III.1-f

Optike karakteristike

Optike karakteristikeJedinstvene karakteristike svakog materijala, koje se dobijaju dejstvom svetlosti na predmet: indeks prelamanja svetlosti,talasna duina,frekvencija.Koriste se optiki ureaji kojima se vri identifikacija predmeta.Ovi ureaji koriste vidljivu, UV, IC i dr. svetlost.

Talasi za prenos energije Svi poznati talasi prenose energiju kroz prostor. Elektromagnetni talasi prenose specijalni oblik energije koji se optim imenom naziva zraenje. Spektar elektromagnetnih talasa ine:mikro talasi, IC, vidljivi, UV, X, gama itd. Elektromagnetni talasi imaju vrlo razliite izvore, kao i interakciju sa materijom imaju razliite efekte na materiju ili ive organizme, kao i razliite naine detekcije.

Optike karakteristikeDefinisane su preko dejstva elektromagnetnog spektra na materijal.Elektromagnetna radijacija je energija koja se iri kroz prostor izmeu elektrinih i magnetnih polja. Elektromagnetni spektar je opseg te energije koji se kree od do

Elektromagnetni talasi se prostiru brzinom

Sastav elektromagnetnog spektraradiotalasi mikrotalasiinfracrveni talasividljiva svetlost ultraljubiasti zraci X-zraci gama zraci

Spektar elektromagnetnog zraenja

OptikaOptika prouava pojave koje nastaju usled dejstva spektra elektromagnetskog zraenja na materijale.

Talasna optikaGeometrijska optika.

IstorijatIsak Njutn je postavio korpuskularnu teoriju svetlosti svetlost je protok malih i brzih estica (korpuskula).Kristijan Hajgens postavlja talasnu teoriju svetlosti svetlost je talasni proces.Olaf Remer je odredio brzinu svetlosti.

IstorijatMaksvel je teorijski dokazao da u prirodi postoje elektromagnetski talasi koji se u vakuumu prostiru brzinom svetlosti svetlost predstavlja elektromagnetni talas. Herc (1888) i Lebedev (1895) eksperimentalno dokazuju postojanje elektromagnetnih talasa.Maks Plank pretpostavlja da tela zrae svetlost u kvantima fotoni.

Fotoni kvanti svetlostiFoton je estica koja se kree brzinom svetlosti

Energija fotona je

Masa fotona je

Masa fotona u miru je nula.

Kvantna teorija svetlostiAjntajn je dokazao da svakom fotonu odgovara odreena masa. Luj de Brolj je dokazao da se svetlosti moe pripisati talasna i korpuskularna priroda (to je i eksperimentalno dokazano na snopu brzih elektrona koji su pokazali svojstva talasa).Bor (1913), redinger (1925) i Dirak (1930) utvrdili su da je svetlost sloen elektromagnetni proces koji ima kako talasna tako i korpuskularna svojstva.

Dualizam svetlostiTeorije svetlosti: talasna (elektromagnetna) i korpuskularna (kvantna), ne iskljuuju se meusobno, ve se dopunjuju.

Svetlost je talas, estica ili istovremeno i talas i estica.

DualizamPri niim frekvencama (IC zraci), gde je energija jako mala, ispoljava se samo talasna priroda svetlosti.Vidljiva svetlost je istovremeno i estica i talas.Pri viim frekvencijama, gde je energija velika, ispoljavaju se estina svojstva svetlosti.

Geometrijska optikaSvetlosni zrak je idealizovan nema fizika svojstva.

Zakoni geometrijske optike su:pravolinijsko prostiranje svetlostinezavisno prostiranje svetlostiodbijanje svetlostiprelamanje svetlosti

Talasna optikaProuava svetlosne pojave u kojima dolazi do izraaja talasna priroda svetlosti:

interferencija svetlostidifrakcija svetlostipolarizacija svetlosti

SvetlostZa identifikacije predmeta koriste se ureaji koji rade na bazi:

vidljive svetlostiinfracrvene svetlostiultravioletne svetlostirendgen zrakagama zraka

Identifikacija predmeta

Vidljiva svetlost

Vidljiva svetlostJedini deo elektromagnetnog spektra koje vidi ljudsko oko.Opseg talasne duine vidljive svetlosti je: (400700) nm.

Vidljiva svetlost

Interakcija vidljive svetlosti i predmetaKada svetlosni zrak padne na predmet, materijal od kojeg je on napravljen reaguje na tri naina:

odbijanjem svetlosnih zrakaprelamanjem svetlosnih zrakaapsorpcijom svetlosnih zraka

Dejstvo vidljive svetlosti

Bela boja materijal potpuno odbija ili proputa belu svetlost koja na njega pada. Crna boja materijal potpuno apsorbuje svetlost koja na njega pada.Crvena boja materijal proputa crvenu svetlost, a ostale boje apsorbuje.Boja materijala

ODBIJANJE SVETLOSTISvetlost se odbija od povrine materijala pod istim uglom pod kojim je upala, u odnosu na normalu povrine.Ljudsko oko vidi samo odbijene zrake svetlosti.Sposobnost materijala da odbija svetlost zavisi od: - hemijskog sastava materijala i - upadnog ugla svetlosnog zraka.

Odbijanje svetlostiSvetlost koja pada normalno na materijal, odbija se u istom pravcu, a suprotnom smeru.

Odbijanje svetlosnog snopa

Svetlosni snop koji pada na ravnu povrinu usmereno se odbija. Objekat se vidi samo iz pravca odbijenog snopa.

Usmereno odbijanje

Ravno ogledalo se vidi iz pravca odbijenih zraka.

Difuzno odbijanjeSvetlosni snop koji pada na neravnu povrinudifuzno se odbija.Predmet se vidi iz svih pravaca.

Optiki elementi koji odbijaju svetlost:ravna ogledalasferna ogledala

Koriste ih optiki ureaji za posmatranje i identifikaciju predmeta.

Ravna ogledalapolirane povrine metala (Ag, Al, Cr, Ni) 96%staklena povrina prevuena metalimamirna povrina vode...

Lik posmatranog predmeta je imaginaran (nalazi se iza ogledala). Veliina lika jednaka je veliini predmeta.

ispupena i uglaana povrina izdubljena i uglaana povrina

Sferna ogledala

Izdubljena sferna ogledala Karakteristini zraci

Lik realan, izvrnut i uvean

Lik - realan, izvrnut, iste visine kao predmet

Lik imaginaran, uspravan i uvean

Ispupena sferna ogledalaLik je imaginaran, umanjen i uspravan.

HOLOGRAFIJAHolografija je metod dobijanja prostornog lika predmeta 3D tehnika slikanja.

Koristi laserske zrake za zapis svetlosnih talasa, koji su reflektovani od predmeta na emulziju filma hologram.Holografija je jedini vizuelni proces zapisivanja koji moe zapisati na trodimenzionalni svet na dvodimenzionalni medijum.Hologramom moemo videti: dubinu, veliinu, oblik, teksturu, relativnu poziciju objekta koji se nalazi u prostoru slike Hologram je slika koja se dobija kada se na posebnom snimku registruju: amplituda, faza i frekvencija svetlosnog talasa.

HolografijaHolografija poiva na osobini svetlosti da se ponaaslino talasu na vodi. Svetlosni talas se moe trajno zapisati na filmu. Takose dobijaniz svetlih itamnih linija (koje i samelie na talas) HOLOGRAM. Linije su veoma guste (ima ih i do nekoliko hiljada na jednom milimetru), a njihov broj, gustina i oblik nose kompletnu informaciju o treoj dimenziji objekta. Konture samog objekta se ne vide.

Ureaj za snimanje hologramaUreaj ine: laser (izvor koherentne svetlosti), optike komponenata ogledala i soiva. Ceo ureaj se mora nalaziti na stolu koji je mehaniki stabilan (lagani korak, aputanje ilidaleki um saobraaja, mogu da u potpunosti onemogue snimanje holograma). Snimljeni fotografski materijali su veoma specifini, jer moraju da budu u stanju da zabelee sisteme veoma gustih svetlih i tamnih linija.

Kada se snimljeni hologram osvetli, svetlost kroz hologram delimino prolazi bez savijanja, kao talas nultog reda, a delimino se savija formirajui talase prvog reda. Jedan talas prvog reda daje realnu sliku objekta. Drugi talas prvog reda daje virtuelnu sliku. Obe slike su trodimenzionalne.

itanje holograma

itanje hologramaSlika objekta dobijenog reprodukcijom holograma verna je objektu, iste je veliine kao i objekat.Zavisno od ugla posmatranja holograma mogue je videti predmete koji stoje jedan iza drugog. Posmatra koji gleda hologram ima utisak da gleda u svetli predmet kroz okvir holograma.

IstorijatIzraz holografija potie od grkih rei: holos ceo, potpun;gramma poruka.

Holografija znai cela poruka.

Jo 1947. godine britanski fiziar Denis Gabor otkrio je holografiju.Denis Gabor je tada radio na poboljanju elektronskog mikroskopa.

Hologram i fotografija predmeta

Fotografija je nain prikazivanja stvarnosti slikom.Fotografija je zapisivanje na film razliitih svetlosnih zraka, reflektovanih od predmeta pomou soiva. U holografiji, informacija o dimenzijama predmeta nalazi se ne samo u intenzitetu (amplitudi) svetlosti, ve i u fazi talasa. Fotografije su dvodimenzionalne, a hologrami trodimenzionalne slike.

Hologram i fotografija predmeta

Fotografije sadre samo jednu taku pogleda na predmet.Ljudskom oku su potrebne najmanje dve take pogleda na predmet da bi se videla dubina (trea dimenzija) - hologram.Svako oko dobija malo drugaiju taku pogleda na predmet posmatranja. Mozak usaglaava te dve slike, pa se vidi dubina.

PRELAMANJE SVETLOSTIPrelamanje svetlosti na ravnim povrinama prizme, granina povrina izmeu dve prozrane sredine...Prelamanje svetlosti na sfernim povrinama sabirna i rasipna soiva.

Prelamanje svetlosti na granici izmeu dve sredineDeo svetlosnih zraka, koji pada pod nekim uglom na graninu povrinu, prelazi u drugu sredinu, menjajui pravac svog prostiranja prelamanje.Zraci koji padaju normalno na graninu povrinu ne menjaju pravac svog prostiranja.Prelamanje svetlosti karakteriu: upadni i prelomni ugao.

Optika gustinaSvaka sredina ima svoju optiku gustinu.

Optiki gua sredina sredina u kojoj je brzina prostiranja svetlosti manja.Optiki rea sredina sredina u kojoj je brzina prostiranja svetlosti vea.

Optika gustina nije ista karakteristika kao gustina materijala.

Indeks prelamanja nMera prelamanja svetlosti kroz prozirnu sredinu naziva se indeks prelamanja.Karakteristina veliina za svaki materijal.Zavisi od: - temperature sredine, - talasne duine upotrebljene svetlosti.

Indeks prelamanja je manji ako je talasna duina svetlosti vea.

Relativni indeks prelamanjaPri prelasku iz jedne sredine u drugu koja je razliite optike gustine, svetlost menja brzinu prostiranja, to definie relativni indeks prelamanja:

Ako je sredina optiki gua, brzina svetlosti se smanjuje, i obratno.

Apsolutni indeks prelamanjaPri prelasku svetlosti iz vakuuma u neku drugu sredinu, indeks prelamanja je:

c - brzina svetlosti u vakuumuv - brzina svetlosti u nekoj drugoj sredini n = 1 u vakuumu n > 1 za sve materijale n = 1,00029 za vazduh

Indeks prelamanja smee dve tenosti

Identifikacija materijala preko indeksa prelamanja

Indeks prelamanja imaju tela u tenom, gasovitom i vrstom stanju.Metodi njihovih identifikacija se razlikuju.

Metodi odreivanja indeksa prelamanja1. Snelijus (1620) - Dekart (1637) zakonOdnos sinusa upadnog i sinusa prelomnog uglaza dve sredine jednak je odnosu apsolutnog indeksa prelamanja druge i prve sredine.

Indeks prelamanjaZa granicu sredina-vazduh, nepoznati indeks prelamanja se odreuje kao:

Indeks prelamanja za vazduh je poznata veliina.

Prelamanje na granici sredina-vazduh

Prelomni ugaoPrelomni ugao je manji od upadnog ugla svetlosni zrak prelazi iz sredine sa manjom optikom gustinom u sredinu sa veom optikom gustinom.Prelomni ugao je vei od upadnog ugla svetlosni zrak prelazi iz optiki gue u optiki reu sredinu.

2. Metod odreivanja indeksa prelamanja tenih telaMetod je zasnovan na optikoj pojavi totalne refleksije.

Abeov refraktometar je ureaj koji se sastoji iz:dve prizme, skale indeksa prelamanja, okulara.

Slui za odreivanje indeksa prelamanja.

Totalna refleksijaTotalna refleksija moe se desiti samo ako svetlost prelazi iz optiki gue u optiki reu sredinu.

Nastanak totalne refleksije:kada zrak svetlosti prelazi iz vode (gua sredina) u vazduh (rea sredina), tada je prelomni ugao vei od upadnog;poveanjem upadnog ugla poveava se i prelomni ugao.

Totalna refleksijaPri vrednosti upadnog ugla (granina vrednost), prelomni ugao iznosi 900 tada prelomljeni zrak klizi po graninoj povrini.Za svaki upadni ugao vei od , zrak ne izlazi iz vode, ve se odbija od granine povrine i vraa u nju tada nastaje totalna refleksija.

Totalna refleksija

Primena totalne refleksije optika vlakna

Prenos signala kroz optiko vlakno

Fatamorgana optika pojavaU polarnim predelima:vii slojevi vazduha su topliji i rei,zbog ega se svetlosni zraci od udaljenog predmeta totalno reflektuju na njima posmatra vidi izvrnut lik udaljenog predmeta.

U tropskim predelima:pesak zagreva donje slojeve vazduha vie nego gornje, pa su iznad peska slojevi vazduha rei,usled ega dolazi do totalne refleksije, pa se udaljeni predmeti vide izvrnuti.

Zbog poviene temperature asfalta, ideks prelamanja vazduha pri povrini znatno je nii nego indeks prelamanja okolnog vazduha, zbog ega dolazi do totalne refleksije, to stvara iluziju da je na asfaltu barica.

Staklena prizma Prizme su optiki elementi koji reflektuju svetlost.Totalna refleksija na prizmi dogaa se na graninoj povrini vazduh-staklo.

Reflektovani zraci kod pravougaone prizme:menjaju pravac prostiranja za 900,menjaju smer i redosled izvrnuta slika posmatranog predmeta,obru likove po visini, dok su likovi pohorizontalnom pravcu nepromenjeni.

Staklena prizma

Prolazak svetlosti kroz prizmu

Pravougaona prizma

Prizma razlae vidljivu svetlost

Odreivanje indeksa prelamanjaTeni uzorak se nanese na donju prizmu Abeovog refraktometra i poklopi gornjom.Osvetljava se utim svetlom natrijumove lampe.

Indeks prelamanja direktno se oitava na skali, tako to se vri posmatranje kroz okular.Kada se u vidnom polju okulara ugleda jasna podeljenost na svetli i tamni deo, na tu granicu se postavi konanica; njen poloaj odreuje na skali vrednost izmerenog indeksa prelamanja tenosti.

Abeov refraktometar

Digitalni refraktometar

3. Metod odreivanja indeksa prelamanja vrstih telaImerzioni metod (metod potapanja)

Na posredan nain odreuje indeks prelamanja.Koristi osobinu zavisnosti indeksa prelamanja od temperature.Pronalazi se tenost (smea tenosti) iji se indeks prelamanja podudara sa indeksom prelamanja uronjenog tela. Indeks prelamanja tenosti se prethodno odredi refraktometrom.

Postupakvrsti uzorak se uroni u tenost sa viim indeksom prelamanja (poznata vrednost) i vri se zagrevanje.Promene koje nastaju povienjem temperature prate se pod mikroskopom sa grejnom elijom visokotemperaturska optika mikroskopija; - indeksi prelamanja se razlikuju ako se vrsti uzorak jasno uoava u tenosti, - indeksi prelamanja su isti ako se vrsti uzorak ne uoava u tenosti.Indeks prelamanja se utvruje na osnovu temperature na kojoj je uoena podudarnost. Mogue je istovremeno ispitati vie uzoraka.

Vrednosti apsolutnih indeksa prelamanjaled (- 4 oC) 1,31voda 1,33etil alkohol 1,36kvarc 1,46kamena so 1,54 staklo kron: - lako 1,52- teko 1,62staklo flint: - lako 1,61 - teko 1,75 - najtee 1,90dijamant 2,49

Optiki ureaji za identifikaciju predmetaUreaj sadri:

mehaniki deooptike elemente (soiva, prizme, ogledala)izvor vidljive svetlosti

Izvori svetlosti omoguavaju stvaranje slike predmetaSlika predmetasvetlost osvetljava predmet,odbija se ili prolazi,dospeva do ureaja gde se stvara lik.

Lik moe biti: uvean ili umanjen,izvrnut ili uspravan,imaginaran ili realan.

Osobine izvora svetlostiFotometrija je grana optike koja meri kvantitativne osobine izvora svetlosti:

- svetlosni fluks,- jainu svetlosti,- osvetljenost.

Svetlosni fluksSvetlosni fluks je koliina svetlosne energije koja protekne kroz posmatranu povrinu u jedinici vremena.

Jedinica svetlosnog fluksa u meunarodnom sistemu je lumen (lm).

Jaina svetlostiJaina svetlosti nekog svetlosnog izvora jednaka je svetlosnom fluksu koji on zrai kroz jedinini prostorni ugao.

Jedinica za svetlosnu jainu u SI sistemu je kandela (cd).

KandelaJedna od osnovnih jedinica u SI.

Kandela (cd) je svetlosna jaina, u odreenom pravcu, izvora koji emituje monohromatsko zraenje frekvencije 5401012 Hz i ija je jaina zraenja u tom pravcu 1/683 W/sr.

OsvetljenostOsvetljenost je jednaka svetlosnom fluksu koji pada na jedininu normalnu povrinu.

Jedinica za osvetljenost je luks (lx).

Ureaji za identifikaciju udaljenih predmetaKoriste vidljivu svetlost.Namenjeni su posmatranju veoma udaljenih predmeta i nebeskih tela.Poveavaju vidni ugao.Obrazuju imaginarne likove.

Teleskopirefraktorskireflektorski

Durbini

Refraktorski teleskopPoveanje vidnog ugla postie prelamanjem (refrakcijom) svetlosti. Prelamanje se vri pomou soiva.Sastoji se iz objektiva i okulara, ije se ie poklapaju.Dobijeni likovi posmatranog predmeta su izvrnuti.Koriste dodatne obrtne sisteme za izvrtanje likova, tako da se dobiju uspravni likovi.

Refraktorski teleskop

Reflektorski teleskopObjektiv ovog teleskopa je sferno konkavno ogledalo velikog poluprenika krivine i velikog otvora.Poveanje vidnog ugla postie se odbijanjem (refleksijom) svetlosti na sfernim ili parabolinim ogledalima.

PosmatranjeSvetlosni zraci padaju najpre na objektiv, odbijaju se i obrazuju realan lik predmeta u ii objektiva.Da bi se lik mogao posmatrati, na put odbijenih zraka postavlja se ravno ogledalo koje skree zrake ka bonom otvoru - okularu teleskopa gde se lik posmatra.

Reflektorski teleskop

Radio teleskop

Durbiniastronomski ili Keplerov durbinGalilejev durbinzemaljski durbin

Astronomski teleskopSadri dva sloena sabirna soiva:objektiv velike ine daljine f1okular male ine daljine f2

Objektiv i okular su na takvom rastojanju da im se ie poklapaju zajednika ina ravan.

uveanje

Galilejev durbinKoristi se za posmatranje udaljenih predmeta na zemlji.Konstruisan je tako da daje uspravne likove.Sastoji se iz: objektiva (sabirno soivo) obrazuje realan, izvrnut i umanjen lik L1okulara (rasipno soivo) obrazuje imaginaran i uspravan lik L2 predmeta L1Uveanje durbina nije veliko.Ovakav durbin moe da se koristi kao binokularni pozorini durbin.

Zemaljski durbinKoristi se za posmatranja predmeta na zemlji.

Sadri:dva sabirna soiva objektiv i okular,dve pravougaone prizme - postavljaju se izmeu objektiva i okulara;- prizme su svojim osnovama okrenute jedna ka drugoj, tako da okrenu lik predmeta u uspravan poloaj.

Zemaljski durbin dobijanje lika posmatranog predmeta

Infracrvenasvetlost (IC) Identifikacija predmeta

Infracrvena svetlostSvetlost nevidljiva za ljudsko oko.Oblast talasnih duina u EM spektru je 760 nm 1 cm.

I za ovu svetlost vae isti optiki zakoni kao i za vidljivu svetlostprelamanje, odbijanje...Supstance koje su za vidljivu svetlost prozrane, za IC su potpuno neprozrane - staklo, voda (skoro potpuno apsorbuju IC svetlost, a proputaju vidljivu).

Ureaji za identifikaciju predmetaOptiko-mehaniki ureaji sa IC konvertorom.IC zraci su nevidljivi toplotni zraci koji se koriste za nona posmatranja.

IC konvertor: elektronski ureaj,nevidljivi lik iz IC talasnog podruja konvertuje u vidljivi lik.

Princip rada IC konvertoraPosmatrani predmet ozrai se IC zracima.Reflektovani IC zraci sa predmeta dospevaju u konvertor.U konvertoru IC zraci padaju na specijalnu katodu i izbaciju elektrone (fotoefekat) koji se ubrzano kreu ka anodi (fluorescentni ekran).Na mestima udara, elektrona anoda svetluca. Na fluorescentnom ekranu (okular) stvara se vidljiva slika predmeta lik.

Termovizijske kamere

Termovizijski ureaji

Termovizijski dodatak

Ultravioletna svetlost (UV)

Identifikacija predmeta

UV svetlostNevidljiva svetlost za ljudsko oko.U EM spektru zauzima opseg talasnih duina od 10 380 nm.Kvarcno staklo proputa UV zrake, a obino staklo ih skoro potpuno apsorbuje.UV svetlost ima veliko bioloko dejstvo.U spektru sunevog zraenja, na ultraljubiasto zraenje odlazi samo 10% energije.

Vrste UV zraenja:

blisko (380 200) nmdaleko ili vakuumsko (200 10) nmekstremno (1 31) nm

Ultravioletni region EMSblisko daleko ekstremno

Vrste UV zraka koje deluju na ljudski organizam

UV-A dugotalasno (400 315) nmUV-B srednjetalasno (315 280) nmUV-C kratkotalasno (< 280) nm

Dejstvo UV zrakaUV-C- ne prodiru do povrine zemlje, jer se apsorbuju u ozonskom sloju atmosfere,- ne dopiru do ljudske koe.

UV-A i UV-B- prodiru kroz spoljnji sloj koe i izazivaju: opekotine, rak koe, alergiju...

Ultravioletni fotoniMogu da otete molekul DNK na sledei nain:

susedne baze se vezuju jedna za drugu umesto sa partnerom iz susednog niza,tako nastaje izboina u DNK lancu pa molekul vie ne funkcionie normalno.

Dejstvo UV fotona

UV identifikacijaIdentifikuju se: minerali, drago kamenje, nevidljive skrivene slike...

Predmet se obasjava UV lampom.Dolazi do pojave fluoresciranja na razliitim talasnim duinama identifikacija.

Identifikacija minerala

Identifikacija Kada se moderna VISA kartica osvetli UV lampom, na njoj se pojavi do tada nevidljiva slika ptice u letu.

X - zraciIdentifikacija predmeta

U pitanju je posebna vrsta elektromagnetskog zraenja; kasnije su nazvani rendgenskim zracima. Opseg talasnih duina im je: 0,1 10 nm.Otkrio ih je Rendgen 1895. god. Ustanovio je da prolaze kroz razliite materijale i joniziraju vazduh kroz koji prolaze.Konstruisao je rendgenske cevi sa konkavnom katodom i platinskom antikatodom. Za ovo otkrie dobio je 1901. god. Nobelovu nagradu za fiziku.X-zraci se koriste se za identifikacije predmeta izuzetne tvrdoe.X-zraci

Rendgenska cev animacija

Rendgenski zraciJedna od prvih radiografija (rendgenska slika) koju je Rendgen snimio

aka gospoe Rendgen.

Primenemedicinastrukture kristalaastronomijakontrole

Muka lobanja

Gama zraciIdentifikacija predmeta

Gama zraci (gama fotoni)Oblik elektromagnetnog zraenja sa najprodornijim fotonima i najmanjim talasnim duinama.Gama zrak je foton velike energije.Gama zrak se razlikuje od vidljivog fotona, emitovanog iz sijalice, po tome to je njegova talasna duina mnogo kraa.Gama estice su najtetnije estice, jer imaju i najveu frekvenciju, tj. lee u krajnjom (levom) delu EM spektra. Zatita od njih su teki metali, recimo olovo. Hekoliko centimetara olova zaustavlja gama esticu.

-zraciIme -zraenje nastalo je zato to je to bila trea vrsta prodornih zraka otkrivena posle -zraka i -zraka.Gama zraenje je otkrio francuski istraiva Pol Vilard 1900.god., dok je ispitivao uranijum. On je pronaao da gama zraenje (za razliku od alfa i beta) ne skree sa pravolinijske putanje u magnetnom polju.

Gama zraciGama zraci potiu iz nukleusa (jezgra).Nastaju pri interakcijama subatomskih estica i pri radioaktivnom raspadu.Veina potie iz nuklearnih reakcija koje se odigravaju u meuzvezdanoj sredini u svemiru.Mogue je napraviti sliku celog neba mapu gama zraenja sa energijama preko 100 meV. Slika se dobija pomou gama zranog teleskopa.

Gama svemirska slika

Gama slika MesecaMesec je u ovoj spektralnoj oblasti sjajniji od Sunca iznenaujue.

III.1-g Termike karakteristike

ToplotaToplota je energija koja se dovodi telu ili odvodi kroz njegovu povrinu u vidu termikog (haotinog) kretanja molekula.Koliina toplote koja se dovodi telu menja njegovu temperaturu od t1 do t2:

Jedinica za koliinu toplote SI sistema je J (1 J = 0,239 Cal).ureaji za merenje toplote kalorimetri.

Identifikacione toplotne karakteristikespecifina toplotatoplotni kapacitetlatentna toplotatoplota isparavanjatoplota kondenzovanjatoplota topljenjakoeficijent toplotne provodljivostitalasne duine emitovanih toplotnh talasa gubitak mase na odreenoj temperaturibrzina promene mase sa temperaturom

Specifina toplota cJedinstvena karakteristika materijala.Menja se sa promenom temperature.Jedinica za specifinu toplotu je

cP - specifina toplota pri stalnom pritiskucV - specifina toplota pri stalnoj zapremini

Toplotni kapacitet ck

Izraava se u jedinicama:

Latentna toplotaToplota dovedena telu koja ne izaziva porast temperature.Latentna toplota za vodu:

t = 100 oC i po = 101 325 Pa

Prenoenje toploteToplota se prenosi kroz telo:provoenjem; koeficijent toplotne provodljivisti je jedinstvena karakteristika materijala;konvekcijom; zraenjem emitovanjem EMT (400 40 000) nm. svako zagrejano telo emituje toplotne talase razliitih talasnih duina.Toplotno zraenje ne zavisi od temperature sredine Sunevi zraci koji padaju na prizmu od leda, mogu se iza nje sakupiti u iu i zapaliti neko telo, a da se sama prizma pri tome ne istopi.

Temperatura Temperatura je stepen zagrejanosti tela. Menja se dovoenjem ili odvoenjem toplote.Visoke i niske temperature proizvode fizioloki oseaj bola.Temperatura se menja u zavisnosti od mase i prirode tela.Promena temperature dovodi do promene: pritiska, zapremine, elektrinog otpora, boje svetlosnog izvora, magnetnih osobina...

Merenje temperatureMerenje temperature mogue je preko temperaturskih efekata.Jedinica za merenje temperature u meunarodnom sistemu je stepen Kelvina (1 K).Kelvin je termodinamika temperatura jednaka 1/273,16 termodinamike temperature trojne take vode.Temperatura se meri termometrima.

Termometridilatacioniotpornitermoelektrinipirometritermoindikatori

Dilatacioni termometriGasni termometri (H2, He) koriste efekat promene pritiska sa temperaturom.Termometri sa vrstim telom mere visoke temperature; postojani su, ali male tanosti; termoelement, pirometar, termometar sa elektrinom otpornou...Termometri sa tenou (Hg) koriste injenicu da se iva pri zagrevanju vie iri od staklenog suda u kojem je smetena.

Telesni termometri

Gasni termometar

IC termometar

Digitalni termometri

Posebni termometri (-20C do 4000C)

Temperaturske skaleFormiranje temperaturske skale:odreivanje nule skaledefinisanje jedinice temperatureodreivanje temperaturskog efekta

Celzijusova skalaFarenhajtova skalaKelvinova skala

Celzijusova skalaFormirana je na osnovu stalne take topljenja leda od iste vode i take kljuanja vode pri normalnom vazdunom pritisku.Jedinica za merenje temperature je stepen Celzijusa (1 0C), koji iznosi stoti deo temperaturske razlike izmeu take mrnjenja vode (00C) i take kljuanja vode (100 0C).Skala je podeljena na 100 delova.Temperaturski efekat je linearno irenje tela pri zagrevanju. Celzijusova temperatura se obeleava sa t.

Celzijus

Farenhajtova skalaFormirana je na osnovu take topljenja leda koja lei na 32. podeljku skale i take kljuanja vode koja lei na 212. podeljku skale.Skala je podeljena na 180 delova. Jedan deo takve skale je stepen Farenhajta (1 0F).

Kelvinova skalaIma iste podeljke kao Celzijusova skala, ali drugaiju poetnu taku.Jedinica skale je stepen Kelvina (1 K), 1 K = 1 0C. Kelvinova temperatura se obeleava sa T.Temperaturski interval skale poinje od apsolutne nule: T = 0 K (-273,19 0C), i zavrava se takom topljenja leda: T = 273,16 K (0 0C).

Kelvin

Apsolutna nulaTemperatura od: 0 K = - 273,16 0 C naziva se apsolutnom nulom.To je najnia temperatura u prirodi.Na ovoj temperaturi se svi materijali nalaze u kristalnom stanju.

Skale:

KelvinovaCelzijusovaFarenhajtova

Konverzije skala C = K 273.15 K = C + 273.15

F = K 1.8 459.67 K = (F + 459.67) / 1.8

1 K = 1 C 1 K = 1.8 F

Analiza termikih karakteristikaKoriste se termiki metodi zagrevanje ili hlaenje uzorka, merenje i beleenje promena u uzorku.Neorganski materijali se ispituju pod visokim temperaturama.Organske supstance se ispituju samo do temperature od 300 0C, iznad koje se termiki razgrauju.Najnia temperatura koja se koristi za hlaenje je -180 0C (temperatura tenog azota).

Diferencijalna termo-analiza (DTA)Identifikuje materijal na osnovu jedinstvene termike karakteristike toplotnog kapaciteta.DTA daje zavisnost toplotnog kapaciteta od temperature.Identitet se postie analizom ponaanja uzorka od nepoznatog materijala i referentnog uzorka (materijal slian ispitivanom) pri porastu temperature.Rezultat analize je DTA dijagram.

DTA postupakU dve jednake grejne komore postave se ispitivani i referentni uzorak.Uzorcima se dovode iste koliine toplote preko termoregulacionog ureaja i grejaa.Svaki uzorak vezan je na posebne termoelemente, koji mere temperature uzoraka.Temperatura referentnog uzorka se ravnomerno poveava dovoenjem toplote.Kod ispitivanog uzorka, temperatura se poveava sve dok ne nastupi neka fazna promena topljenje.

DTA postupakDalje dovoenje toplote poveavae temperaturu referentnog uzorka, ali ne i ispitivanog javlja se temperaturska razlika.Temperaturska razlika se, preko spregnutih termoelemenata, ispoljava u vidu napona koji se preko pojaivaa alje na pisa.Pisa ispisije krivu koja predstavlja toplotni kapacitet uzorka u funkciji temperature.Toplotni kapacitet se na dijagramu detektuje kao skok koji nastaje usled faznog prelaza identifikaciona karakteristika.

2. Termogravimetrija (TG)Identifikuje materijal na osnovu jedinstvene karakteristike nagli gubitak mase na odreenoj temperaturi (deava se sagorevanje proces razgradnje). Organski materijali sagorevaju na temperaturi od 300 0s - 400 0s.TG meri promenu mase uzorka sa porastom temperature.Dijagram termogravimetrijska kriva, slui za identifikaciju.

TG postupak

TG ureaj sastoji se od vage sa dva tasa.

Levi tas, sa ispitivanim uzorkom, smeta se u elektrinu pe, koja je povezana sa regulacionim ureajem koji je zagreva. Desni tas dva koaksijalna kalema spoljanji kalem se napaja strujom iz regulacionog ureaja.Ispitivanom uzorku se pre poetka izmeri masa.

TG postupakNa poetku rada, terazije su u ravnotei detektor nultog poloaja, koji je povezan na regulacioni ureaj, registruje ravnoteu terazija u vidu signala. Zagrevanjem dolazi do promene mase uzorka (remeti se ravnotea), koja se registruje na pisau kriva procentnog smanjenja mase uzorka sa temperaturom TG kriva.Daljim porastom temperature, masa ostaje konstantna masa pepela.

3. Derivaciona termogravimetrija (DTG)Pomou TG ureaja mogue je dobiti i prikaz brzine promene mase u funkciji temperature DTG.

Kriva brzine promene mase sa temperaturom ima svoj maksimum na temperaturi razgradnje posmatranog uzorka.

Kombinacije metodaTG-DTA

4. TermovizijaIdentifikuje materijal detekcijom toplotnog zraenja karakteristinog za taj materijal.Termovizija identifikuje i analizira termike fenomene.Daje vidljivu toplotnu sliku predmeta koji se snima termogram.Analogna je televizijskom procesu prijem, predaja i prikazivanje na ekranu talasa iz vidljivog dela EM spektra.

IstorijatTermovizijski ureaji nastali su iz potrebe poveanja efikasnosti pri osmatranju nou i u uslovima smanjene dnevne vidljivosti ili loih vremenskih uslova. Uvoenje prvih senzora koji mere sopstvena zraenja pozadine i predmeta povezano je sa eksperimentima u IC delu spektra jo 1900. godine. Kasnije nastaje ureaj za termovizijsku sliku koja se formira na osnovu sopstvenog zraenja predmeta.Zraenje zavisi od: temperature predmeta, pozadine, vrste i sastava predmeta, zraenja sunca...

Osnovni elementi ureajaoptiki sistem teleskopamehanizam za skeniranjedetektor primljenog zraenjasistem za hlaenjedisplejoprema za obradu i prenos podataka

Termovizijski senzoriSenzori sa linijskim skeniranjem (IRLS - Infra Red Line Scaning), Senzori sa detektorima u fokusnoj ravni (FPA - Focal Plane Array).Detektuju se signali koji potiu od samog predmeta.Detektuju se signali koje je sam ureaj emitovao i koji se odbijaju od predmeta.

IC termovizijaUreaj je IC kamera koja se koristi kao indikator toplotne slike.Toplotnim IC zracima ozrai se posmatrani predmet, koji potom emituje IC zrake. Konvertor kamere, koja snima emitovane zrake, pretvara to nevidljivo toplotno zraenje, odbijeno od objekta, u vidljive signale koji se pojaavaju i prenose do indikatora, gde se dobija vidljiva toplotna slika.Razliiti intenziteti i nijanse boja na slici odgovaraju razliitim temperaturama predmeta identifikaciona karakteristika.

IC identifikacijaIC termovizija omoguava trenutno merenje temperature velikog broja taaka na povrini predmeta.IC termovizija omoguava prikazivanje raspodele temperatura i praenje brzine promene temperature.Intenzitet toplotnog zraenja naglo opada sa smanjenjem temperature tela.Ureaji na bazi IC zraenja koriste se za merenja temperatura od 300 0C - 6 000 0C.

Termovizijski ureajiMogu biti: na fiksnom postolju, vezani za neki drugi ureaj, na oruju, runi.

Mogunosti primene ureaja

Doseg daljine od 200 20 000 m, sa grekom od 5 m.Temperaturski opseg od - 32 0 C do + 45 0 C.Otpornost na: vibracije, udarce, vlanost, kiu, slanu maglu, pesak...

Termovizijski sistemi

III.2

Indirektni metodi identifikacije predmeta

Indirektni metodi identifikacije predmetaPredmete je mogue identifikovati i na indirektan nain preko:tragova koji se mogu nai na predmetu,tragova koji predmeti ostavljaju na MKD,delova predmeta.

Primeri indirektnih identifikacija su: oruje, orue, obua, odea...

III.3

Automatski metodi identifikacija predmeta

Automatski metodi identifikacija predmetaDanas se koriste kompjuterski metodi identifikacije. To su automatski identifikacioni sistemi, koji vre brze i pouzdane komparacije izmeu unetih uzoraka sa MKD i podataka uskladitenih u bazi automatskog sistema.Primena automatskih identifikacionih sistema dovodi do identiteta oruja - IBIS

Automatski metodi identifikacijeOvi sistemi se sastoje iz sledeih modula:

skeniranjeekstrakcija osobinabaza podatakakomparacijaprikazivanje rezultata

**********