Номер 2, страница 74, часть 1 - гдз по физике 7 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 2. Строение вещества. Параграф 19. Лабораторные и исследовательские работы. Темы исследовательских и проектных работ - номер 2, страница 74.

Условие.

• Современные методы наблюдения молекул и атомов.

Решение.

Современные методы наблюдения молекул и атомов.

Долгое время атомы и молекулы оставались чисто теоретическими объектами, поскольку их размеры (порядка ангстрем, $10^{-10}$ м) намного меньше длины волны видимого света, что делает их невидимыми для обычных оптических микроскопов. Прямое наблюдение отдельных атомов стало возможным только во второй половине XX века с изобретением принципиально новых инструментов, таких как сканирующие зондовые и электронные микроскопы.

Ключевыми современными методами, позволяющими "увидеть" атомы и молекулы, являются:

1. Сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ)

Это семейство методов, основанных на сканировании поверхности образца специальным зондом (очень острой иглой). Рельеф поверхности строится на основе взаимодействия зонда с поверхностью. Основные представители этого семейства:

- Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ). Изобретен в 1981 году. Принцип его работы основан на квантовом явлении — туннельном эффекте. Между острием тонкой металлической иглы (зонда) и исследуемой проводящей поверхностью прикладывается небольшое напряжение. Если подвести иглу достаточно близко к поверхности (на расстояние нескольких ангстрем), электроны начинают "туннелировать" через зазор, создавая измеримый электрический ток. Величина этого тока экспоненциально зависит от расстояния между иглой и поверхностью. Во время сканирования система обратной связи поддерживает ток постоянным, перемещая иглу вверх-вниз. Записывая эти перемещения, можно построить трёхмерное изображение поверхности с разрешением, достаточным для визуализации отдельных атомов.

- Атомно-силовой микроскоп (АСМ). Изобретен в 1986 году. В отличие от СТМ, он может работать с любыми поверхностями, включая диэлектрики. В АСМ используется зонд, представляющий собой острую иглу, закрепленную на конце упругой консоли (кантилевера). При сканировании поверхности силы межатомного взаимодействия между атомами на кончике иглы и атомами на поверхности заставляют кантилевер изгибаться. Этот изгиб регистрируется с высокой точностью (обычно с помощью лазерного луча, отражающегося от кантилевера на фотодиод). Анализируя изгиб кантилевера в каждой точке, компьютер строит карту рельефа поверхности. АСМ позволяет не только видеть атомы, но и манипулировать ими, перемещая их по поверхности.

2. Электронная микроскопия высокого разрешения

В этих микроскопах для получения изображения используются пучки электронов, длина волны которых значительно короче длины волны света, что позволяет достигать гораздо большего разрешения. Наиболее яркий представитель:

- Просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ). В ПЭМ пучок высокоэнергетических электронов проходит сквозь очень тонкий образец. Часть электронов рассеивается атомами образца, а часть проходит без отклонения. Прошедшие электроны фокусируются магнитной линзой и создают увеличенное изображение на флуоресцентном экране или цифровой камере. Современные ПЭМ с коррекцией аберраций позволяют достигать субангстремного разрешения, что дает возможность не просто видеть отдельные атомы, но и наблюдать их расположение в кристаллической решетке вещества.

Эти и другие методы, такие как полевая ионная микроскопия, произвели революцию в физике, химии, материаловедении и биологии, открыв эру нанотехнологий и позволив человечеству напрямую исследовать и конструировать материю на атомном уровне.

Ответ:

Современные методы наблюдения молекул и атомов включают сканирующую зондовую микроскопию (в частности, сканирующий туннельный микроскоп, СТМ, и атомно-силовой микроскоп, АСМ), которая строит изображение поверхности на основе взаимодействия острой иглы-зонда с образцом, и электронную микроскопию высокого разрешения (например, просвечивающий электронный микроскоп, ПЭМ), использующую пучки электронов для получения изображения с атомарным разрешением.