Конкурс ученических рефератов «Эврика 2013»
Скачать 102.74 Kb.
|
| Информационный Центр атомной энергии г. Калининграда, МБОУ №7 г. Балтийска. Областной конкурс ученических рефератов «Эврика – 2013» Предсказание современных технологий писателями-фантастами на основе произведения А. Н. Толстого «Гиперболоид инженера Гарина». 11 «А» класс МАОУ СОШ №56г. Калининграда Мизин Александр. Руководитель: Борода Любовь Николаевна. Оглавление11 «А» класс МАОУ СОШ №56 1 Оглавление 2 Введение. 3 Обзор литературного произведения. 3 Лазер. 3 Схема работы лазера. 4 Механизм вынужденного излучения. 4 Типы лазеров. 5 Свойства лазерных лучей. 5 Применение лазеров. 6 Вывод. 6 Послесловие. 7 Приложения: 8 Список литературы: 9 Введение.Выбор темы моего исследования относится к важнейшей области современной науки и техники – квантовой электронике. Актуальность данной темы обусловлена поисками альтернативных источников энергии для нужд человечества. Я решил сопоставить научно-фантастическое произведение Алексея Николаевича Толстого о создании прибора невероятной мощности с современными оптическими квантовыми генераторами. Цель моего исследования: выяснить, как далек или близок был автор в своих фантастических предположениях от действительности. «Гиперболоид инженера Гарина» был написан А. Н. Толстым в 1925-1927 годах, а оптические квантовые генераторы были созданы в 1960 году. Промежуток времени в 35 лет разделил фантастику и реальность. Меня очень заинтересовали научные принципы действия лазеров, их возможности и область применения. Обзор литературного произведения.Интрига романа начинается с первых страниц книги, где приводится цитата из американской газеты: «… Роллинг говорил о Советской России, где, по слухам, ведутся работы над передачей на расстояние тепловой энергии.» [2, стр.16]. И, как доказательство существования прибора неведомой силы, был показан кусочек стали толщиной в полдюйма. «В толще стали были прорезаны насквозь каким-то тонким орудием полоска, завитки и … скорописью было написано: «Проба силы… Гарин»[2, стр.34]. Инженер Петр Гарин создает загадочный гиперболоид, способный передавать огромное количество тепловой энергии на расстояние практически без потерь. С помощью своего гиперболоида Гарин планирует овладеть миром, его аппарат не предназначен для промышленных целей – он предназначен для разрушения. И ему практически удается захватить мир, но мятежникам, взбунтовавшимся против Гарина, удается захватить главный – самый большой гиперболоид. Диктаторству Гарина приходит конец. Он попадает в кораблекрушение, скрываясь от мести мятежников, и оказывается на необитаемом острове. Там он и доживает свои последние дни, вспоминая о своем могуществе. Лазер.«Позавчера мы ничего не знали об электричестве, вчера мы ничего не знали об огромных резервах атомного ядра; о чем мы не знаем сегодня?..» Луи де Бройль. За основу научных изысканий взята книга Николая Александровича Соболева «Лазеры и их будущее». Из нее я взял устройство и принцип действия лазеров, свойства лазерных излучений и область их применения. Большую помощь в работе мне оказали статьи из Большой Советской Энциклопедии, где в хронологической последовательности описана история открытия, создания и испытания оптических квантовых генераторов. В связи с этим открытием и его значимостью в 1964 году советским физикам Н. Г. Басову и А. М. Прохорову, а также американскому физику Ч. Таунсу была присуждена Нобелевская премия. Теперь давайте поближе познакомимся с лазерами. Лазер (от англ. Laser – light amplification by stimulated emission of radiation, «усиление света посредством вынужденного излучения») - это устройство, преобразующее энергию накачки в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения. Иными словами, лазер – это источник электромагнитного излучения видимого, инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов, основанный на вынужденном излучении атомов и молекул. Он послужил основой развития нового направления в физике и технике, называемого квантовой электроникой. Схема работы лазера.Рассмотрим работу лазера, активным веществом которого служит рубин. Такой генератор света называют рубиновым лазером. Рубиновый лазер – наиболее распространенный тип генераторов на твердых кристаллических веществах. Лазер состоит из трех основных частей: активного вещества, резонансной системы, представляющей две параллельные пластины с нанесенными на них отражающими покрытиями, и системы возбуждения (накачки), в качестве которой обычно используется ксеноновая лампа-вспышка с источником питания (рис.1)[3]. Каждая из них обеспечивает для работы лазера выполнение своих определённых функций. В романе «Гиперболоид инженера Гарина была достаточно похожая схема (рис.2)[2]. Здесь, на гиперболическом зеркале и фокусировался луч огромной мощности. А что же происходит внутри активного вещества? Механизм вынужденного излучения.Пред вами, на рисунке 3[6], представлен процесс формирования луча в активном веществе лазера:
Между спонтанным и вынужденным излучением существует глубокая разница, а лазеры работают именно благодаря вынужденному излучению. Если акт спонтанного излучения состоит в возникновении одиночного фотона, результатом вынужденного излучения всегда является второй фотон (сверх того, который инициировал акт излучения). Эти два фотона могут инициировать испускание двух следующих, и процесс, если бы для него существовали условия, нарастал бы лавинообразно. Другими словами, вынужденное излучение есть элементарный механизм усиления света, распространяющегося в теле. Типы лазеров.Новые лазеры сейчас открывают чуть ли не каждый день. Как правило, речь идет об обнаружении нового вещества, способного работать в лазере, или изобретении нового метода закачки энергии в рабочее тело. На сегодняшний день существует ошеломляющее разнообразие лазеров, которые можно классифицировать по материалу рабочего тела и способу закачки энергии (это может быть электричество, мощный световой луч, даже химический взрыв). Перечислим несколько типов лазеров. • Газовые лазеры. Эта категория включает и чрезвычайно распространенные гелий-неоновые лазеры, дающие очень знакомый красный луч. Накачивают их при помощи радиоволн или электричества. Гелий-неоновые лазеры обладают небольшой мощностью. А вот газовые лазеры на углекислом газе можно использовать при подрывных работах, для резки и плавки металлов в тяжелой промышленности; они способны давать чрезвычайно мощный и совершенно невидимый луч; • Химические лазеры. Эти мощные лазеры заряжаются от химической реакции — к примеру, горения этилена и трифторида азота NF3. Такие лазеры достаточно мощны, чтобы найти применение в военной области. В США химический принцип накачки применяется в воздушных и наземных боевых лазерах, способных давать луч мощностью в миллионы ватт и предназначенных для сбивания в полете ракет малой дальности. • Эксимерные лазеры. Эти лазеры получают энергию также от химической реакции, в которой обычно задействованы инертный газ (т.е. аргон, криптон или ксенон) и какой-нибудь фторид или хлорид. Они дают ультрафиолетовый свет и могут использоваться в электронной промышленности для вытравливания крохотных транзисторов на полупроводниковых чипах, а также в хирургии глаза для проведения тончайших операций по технологии Lasik. • Полупроводниковые лазеры. Диоды, которые мы так широко используем во всевозможных электронных устройствах, могут давать мощные лазерные лучи, которые используются в промышленности для резки и сварки. Эти же полупроводниковые лазеры работа ют и в кассовых аппаратах, считывая штрих-коды с выбранных вами товаров. • Лазеры на красителях. В этих лазерах в качестве рабочего тела используются органические красители. Они исключительно полезны в получении ультракоротких импульсов света, которые часто имеют длительность порядка одной триллионной доли секунды[5]. Свойства лазерных лучей.Исключительно важным обстоятельством в излучении лазера является его когерентность. Когерентность – это согласованность по фазе и амплитуде колебаний. Она обеспечивает минимальное рассеивание луча. В то же время лазерный луч практически монохроматичен - это дает возможность освоить диапазон видимого света для осуществления передачи информации и связи, тем самым существенно увеличить количество передаваемой информации в единицу времени. Из-за того, что вынужденное излучение распространяется строго вдоль оси резонатора, лазерный луч расширяется слабо: его расходимость составляет несколько угловых секунд. Все перечисленные качества позволяют фокусировать лазерный луч в пятно чрезвычайно малого размера, получая в точке фокуса огромную плотность энергии. Это как раз то, к чему так стремился инженер Гарин. Применение лазеров.С самого момента разработки лазер называли устройством, которое само ищет решаемые задачи. Лазеры нашли применение в самых различных областях — от коррекции зрения до управления транспортными средствами, от космических полётов до термоядерного синтеза. Лазер стал одним из самых значимых изобретений XX века. Вот только некоторые области, в которых используется лазер: наука, военная промышленность, медицина, связь, информационные технологии, культура( лазерные шоу и представления, световой дизайн) – и этот список можно продолжать еще долго, а с каждым днем он только пополняется. Рассмотрим некоторые способы применения лазеров. Наука:
Медицина: Очень интенсивно лазеры используются в современной медицине. Ее уже нельзя представить без них. Так, например, лазеры используются в косметической хирургии, для коррекции зрения, в хирургии (гинекология, урология, лапароскопия), в стоматологии, в удалении опухолей и тд. Промышленность: В промышленности лазеры используют для термообработки, оплавления поверхностей (с целью их улучшения), для сварки, для разделения материалов, также их используют для экологического мониторинга [7]. Вывод.Итак, мною была поставлена задача выяснить, как далек был автор в своих фантазиях от действительности. Я понял, что он был на пути к реальному открытию. В его придуманном гиперболоиде была сосредоточена энергия современного лазера. Но его прибор был обречен на уничтожение, потому что цели инженера Гарина были направлены на уничтожение, разрушение. Он стремился владеть всем миром. О своем аппарате он говорил так: «Кто будет владеть им, того ждет сказочное могущество», «Здания, крепости… воздушные корабли, скалы, кора Земли – все пронижет, разрушит, разрежет мой луч»[2, стр.84]. Так это и произошло, этот аппарат уничтожил Золотой остров инженера Гарина и погубил его мечту о власти над миром. Воистину, А. Н. Толстой предвосхитил свое время в изобретениях. Роман «Гиперболоид инженера Гарина» является ярким тому подтверждением. Ему удалось предсказать создание лазера за тридцать пять лет до его появления! И как прекрасно то, что настоящий лазер, созданный человеком, направили в нужное русло. Нет тех ужасающих разрушений, которые описывал автор в своем романе, а есть только прогресс и новые научные открытия – движение вперед. С открытием лазеров человечество сделало большой шаг вперед в своем техническом развитии. Применение лазеров в будущем, я думаю, сделает этот шаг еще более значительным. Послесловие.Гиперболоид Александра Мизина. Если бы гиперболоид изобрел я, то я бы направил его возможности на то, чтобы сделать жизнь на нашей планете более комфортной, экологически чистой. Я бы попытался проникнуть лазером в клетки человеческого тела, чтобы пресекать развитие заболеваний в самом начале, не дожидаясь, пока оно проявится. Направил бы мощь лазерного луча на возобновление исчерпаемых ресурсов энергии. Я бы придумал, как очистить планету от избытка мусора и различных отходов; направил бы энергию лазера на увеличение запасов питьевой воды на нашей планете, на закрытие озоновых дыр в ее атмосфере. У нас на Земле много проблем, и наша задача – направить лазерный луч в нужном направлении. |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Конкурс ученических рефератов «Эврика-2013» Калининград, Советский проспект, д. 1; тел.: (4012) 95-00-16; факс: 95-00-32; e-mail |  | Отчёт об участии во Калининградский областной институт развития образования, Информационный центр по атомной энергии и гимназия №7 г. Балтийска проводили... |
| О проведении областного Конкурса ученических рефератов «Эврика 2013» «Эврика 2013», который будет проводиться с 15 сентября 2013 года по 5 ноября 2013 года на базе мбоу гимназии №7 г. Балтийска Калининградской... | | Положение о проведении областного Конкурса ученических рефератов «Эврика 2013» ... |
| Положение о проведении областного Конкурса ученических рефератов «Эврика 2013» Общие положения ... | | Положение о проведении областного Конкурса ученических рефератов «Эврика 2012» ... |
| Конкурс ученических рефератов «Кругозор» Наполеона | | Конкурс ученических рефератов «Кругозор» Типы фразеологических оборотов по их лексико – грамматической характеристике |
| Рефератов «Кругозор» на тему: «Фентези. Тайна жанра» Реферат по литературе на всероссийский конкурс ученических рефератов «Кругозор» на тему | | Конкурс ученических рефератов «кругозор» Переход собственных имён в нарицательные в единицах измерения и измерительных приборах |
| Рефератов "Эврика 2013" Номинация Научная деятельность Д. И. Менделеева | | Конкурс ученических рефератов «Кругозор» Тема: Особенности речевых формул приветствия и прощания в русском и китайском языках |
| Конкурс ученических рефератов «Кругозор» Адрес: 665236. Иркутская область, Тулунский район, с. Будагово, улица Школьная, 12 | | Конкурс ученических рефератов «Кругозор» Учёные утверждают, что правильный выбор домашнего питомца может повлиять на судьбу хозяина |
| О проведении всероссийского Конкурса ученических рефератов «Кругозор» Учредителем всероссийского Конкурса ученических рефератов «Кругозор» является Томский государственный педагогический университет | | О проведении регионального Конкурса ученических рефератов по физике и астрономии «Эврика 2014», который будет проводиться с 10 октября 2014 года по 15 декабря 2014 года на базе мбоу гимназия №7 г. Балтийска Калининградской... |
