Номер 2, страница 20 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Глава 2. Основы молекулярно-кинетической теории. Параграф 2.1. Основные положения молекулярно-кинетической теории - номер 2, страница 20.

Условие.

2. В чём заключается принципиальное различие между оптическим и туннельным микроскопами?

Решение.

Принципиальное различие между оптическим и туннельным микроскопами заключается в физическом явлении, которое используется для получения изображения, что в свою очередь определяет их разрешающую способность, тип получаемой информации и требования к образцам.

Оптический микроскоп работает на основе законов классической оптики. Он использует видимый свет (фотоны) и систему линз для создания увеличенного изображения. Свет проходит через образец или отражается от него, после чего линзы формируют изображение. Главное ограничение этого метода — дифракционный предел, из-за которого невозможно различить детали, размером меньше примерно половины длины волны света (около 200–400 нм). Оптические микроскопы универсальны и позволяют изучать широкий спектр объектов, включая живые клетки, в их естественной среде.

Туннельный микроскоп (в частности, сканирующий туннельный микроскоп, СТМ) основан на квантово-механическом явлении — туннельном эффекте. Вместо света используется очень острая металлическая игла-зонд, которая подводится к поверхности образца на расстояние в несколько ангстрем (менее нанометра). Между зондом и поверхностью прикладывается небольшое напряжение, и электроны начинают "туннелировать" через вакуумный зазор, создавая туннельный ток. Сила этого тока экспоненциально зависит от расстояния до поверхности. Сканируя зондом над образцом и поддерживая ток постоянным, система отслеживает рельеф поверхности с высочайшей точностью. Это позволяет получать трёхмерные изображения с атомарным разрешением (до 0.1 нм), то есть видеть отдельные атомы. Однако метод применим только к проводящим и полупроводниковым материалам и обычно требует сверхвысокого вакуума.

Таким образом, ключевые отличия сводятся к следующему:
1. Принцип работы: классическая оптика (преломление света) в оптическом против квантовой механики (туннелирование электронов) в туннельном.
2. Разрешение: ограничено сотнями нанометров у оптического, достигает атомарного уровня (доли нанометра) у туннельного.
3. Тип изображения: прямое оптическое изображение (часто цветное) у оптического против компьютерной трёхмерной карты рельефа электронной плотности у туннельного.
4. Требования к образцу: почти любые у оптического против только электропроводящих у туннельного.

Ответ: Принципиальное различие состоит в том, что оптический микроскоп использует свет и линзы для получения увеличенного оптического изображения и его разрешение ограничено длиной волны света, в то время как туннельный микроскоп использует квантовый эффект туннелирования электронов для сканирования поверхности и создания её трёхмерной карты с атомарным разрешением.