1. Теорія

При релєєвськоє розсіянні внутрішній стан розсіюючих часток не змінюється. Можна розглядати два граничних випадку. Якщо довжина хвилі менше відстані вільного пробігу, то акти розсіювання на частинках можна вважати незалежними. В протилежному випадку, в розсіянні беруть участь флуктуації в напрямку молекул і в їх щільності. ^[2]

1.1. Модель взаємодії з осцилятором

Для розсіювання на осцилляторе маси m, з зарядом q і власною частотою ν ₀ перетин розсіювання σ _R пропорційно четвертого ступеня частоти розсіюється світла ν:

Залежність вивів британський фізик Джон Релей в 1871 р.

Перетин σ _R залежить від кута розсіяння θ між напрямами падаючої і розсіяної хвиль:

розсіяна хвиля лінійно поляризована вздовж напрямку, перпендикулярного площини, що проходить через напрямку поширення падаючої і розсіяної хвиль. При розсіянні на сферичних частинках (неоднорідностях) ступінь поляризації p для неполяризованого падаючого світла дорівнює:

для розсіювання на подовжених частках на ступінь поляризації впливає і їх орієнтація. ^[3]

1.2. Спектральний склад

Релеєвське розсіяння визначається як відбувається без істотної зміни частоти. ^[2] Але теплові флуктуації вносять зміну в спектральний склад, при чому в рідинах розширення може досягати 150 см ^{-1. [4]}

Відношення інтенсивності розсіювання сонячного світла атмосферою для різних довжин хвиль

Релєєвськоє розсіюванням сонячного світла на неоднорідностях атмосфери (флуктуаційні неоднорідності щільності повітря) пояснюється блакитний колір неба і фарби заходу Сонця (селективне розсіяння).

3. Застосування

Застосовується в рефлектометрії.

ТИНДАЛЯ ЕФЕКТ — світіння оптично неоднорідного середовища внаслідок розсіяння світла, яке через нього проходить. Т.е. є характерним для дисперсних систем (напр. гідрозолів, аерозолів) з низькою концент­рацією частинок дисперсної фази, які мають показник заломлення, що відрізняється від показника заломлення дисперсійного середовища (див. Дисперсні системи). Т.е. може спостерігатись у вигляді світлого конуса на темному фоні (конус Тиндаля) при розгляданні дисперсної системи під певним кутом (зазвичай 90°) до напрямку проходження через неї сфокусованого пучка світла. Механізм розсіяння світла в дисперсних системах різний і залежить від співвідношення розміру частинок а дисперсної фази і довжини хвилі світла λ, яка для видимого світла знаходиться у межах 380-760 нм. Якщо

a<0,1λ,(1)

то розсіяння світла буде релєєвським або пружним (див. Золі). Умова (1) справедлива для високодисперсних систем, розмір частинок дисперсної фази яких не перевищує 76нм. Якщо розмір частинок знаходиться в діапазоні

0,1λ<a≤λ,(2)

то основною причиною розсіяння світла стає дифракція. Умові (2) відповідають високодисперсні системи з відносно великими частинками дисперсної фази і мікрогетерогенні системи з відносно невеликими частинками, а саме а~38–760 нм. Оптичні властивості дисперсних систем з розміром частинок a>λ визначаються законами геометричної оптики. Т.е. за фізичною природою те ж саме явище, що й опалесценція (див. Золі). Традиційно перший термін застосовують до інтенсивного розсіяння світла в обмеженому просторі у напрямку променя, що падає, а другий — до слабкого розсіяння світла всім об’ємом системи, що досліджується.

Т.е. лежить в основі оптичних методів виявлення, визначення розміру і концентрації частинок у дисперсних системах (див.Дисперсійний аналіз), які знайшли застосування у фармації.

Розсі́ювання сві́тла сфери́чною части́нкою — класична задача електродинаміки, розв'язана в 1908 році німецьким фізиком Густавом Мі для частинки будь-якого розміру^[1].

Задача розглядає розсіювання електромагнітної хвилі з напруженістю електричного поля

де   — частота,   — хвильовий вектор, а   — амплітуда хвилі, на сферичній частинці з радіусом R і діелектричною проникністю  .

Розв'язок задачі знаходиться за допомогою розкладу електромагнітного поля на сферичні гармоніки.

Розсіювання залежить від співвідношення розмірів частинки і довжини хвилі, яка падає на частинку. У випадку, коли частинка набагато менша від довжини хвилі, розсіювання є частковим випадком релеївського. Зовнішня електромагнітна хвиля поляризує частинку наводячи в ній змінний дипольний момент. Дипольний момент, що коливається у такт з частотою зовнішньої хвилі, перевипромінює світло з характерною для дипольного моменту діаграмою направленості. Якщо можна знехтувати частотною залежністю діелектричної проникності частинки, інтенсивність розсіювання залежить від частоти в четвертому степеню, що призводить до сильнішого розсіювання коротких хвиль. У розсіяному білому світлі переважатиме блакитний відтінок, а в нерозсіяному — червоний.

У випадку близькості розмірів частинки до довжини хвилі світла діаграма направленості розсіювання стає складною. Проявляється інтерференція хвиль, відбитих від різних ділянок поверхні частинки. Інтенсивність розсіяного під певним кутом світла залежить від того, скільки разів хвиля вкладається на діаметрі частинки, тож вона сильно залежить від розмірів частинки. Коли в розміри частинки вкладається кілька довжин хвилі, чергування максимумів і мінімумів в діаграмі направленості стає настільки частим, що при падінні білого світла на, наприклад, колоїдний розчин, спостерігач бачитиме біле розсіяне світло. Водночас речовина з великою кількістю таких частинок стає непрозорою. В цьому причина білого кольорухмаринок на небі, білого кольору молока тощо. Розчин колоїдних частинок може бути забарвлений в тому випадку, коли речовина частинок вибірково поглинає світло у певному спектральному діапазоні.

Якщо розміри сфери набагато більші за довжину хвилі частинки, то поверхня сфери вестиме себе так, як плоска поверхня. Відбуватиметься заломлення і відбивання світла, які описуються формулами Френеля.

24.3 Природа і типи молекулярних спектрів.

Молекулярні спектри, оптичні спектри випускання і поглинання, а також комбінаційного розсіяння світла, що належать вільним або слабо зв'язаним між собою молекулам . М. с. мають складну структуру. Типові М. с. — смугасті, вони спостерігаються у випусканні і поглинанні і в комбінаційному розсіянні в вигляді сукупності більш менш вузьких смуг в ультрафіолетовій, видимій і близькій інфрачервоній областях, що розпадаються при достатній вирішуючій силі вживаних спектральних приладів на сукупність тісно розташованих ліній. Конкретна структура М. с. різна для різних молекул і, взагалі кажучи, ускладнюється із збільшенням числа атомів в молекулі. Для вельми складних молекул видимі і ультрафіолетові спектри складаються з небагатьох широких суцільних смуг; спектри таких молекул схожі між собою.М. с. виникають при квантових переходах між рівнями енергії E ‘ і E ‘’ молекул згідно із співвідношенням

h n = E ‘ — E ‘’,     (1)

де h n — енергія що поглинається, що випускається, фотона частоти n ( h — Планка постійна ) . При комбінаційному розсіянні h n дорівнює різниці енергій падаючого і розсіяного фотонів. М. с. набагато складніше за лінійчаті атомні спектри, що визначається більшою складністю внутрішніх рухів в молекулі, чим в атомах. Поряд з рухом електронів відносно два або більш за ядра в молекулах відбуваються коливальний рух ядер (разом з тими, що оточують їх внутрішніми електронами) біля положень рівноваги і обертальний рух молекули як цілого. Цим трьом видам рухів — електронному, такому, що коливає і обертальному — відповідають три типи рівнів енергії і три типи спектрів.

  Згідно з квантовою механікою, енергія всіх видів руху в молекулі може приймати лише визначені значення, тобто вона квантується. Повна енергія молекули E приблизно може бути представлена у вигляді суми квантованих значень енергій трьох видів її руху:

E = E _ел + E _кіл + E _вращ .     (2)

По порядку величин

де m — маса електрона, а величина М-коду має порядок маси ядер атомів в молекулі, тобто m/М ~ 10 ^-3 —10 ^-5 , отже:

E _ел >> E _кіл >> E _вращ .     (4)

Обично E _ел порядка декілька ев (декілька сотень кдж/моль ) , E _кіл ~ 10 ^-2 —10 ^-1 ев, E _вращ ~ 10 ^-5 —10 ^-3 ев.

  Відповідно до (4) система рівнів енергії молекули характеризується сукупністю далеко віддалених один від одного електронних рівнів (різні значення E _ел при E _кіл = E _вращ = 0), значно ближче один до одного розташованих коливальних рівнів (різні значення E _кіл при заданому E _л і E _вращ = 0) і ще більш за близько розташовані обертальні рівні (різні значення E _вращпри заданих E _ел і E _кіл ). На мал. 1 приведена схема рівнів двоатомної молекули; для багатоатомних молекул система рівнів ще більш ускладнюється.

  Електронні рівні енергії ( E _ел в (2) і на схемі мал. 1 відповідають рівноважним конфігураціям молекули (в разі двоатомної молекули рівноважним значенням r ₀ , що характеризується, меж'ядерного відстані r , див.(дивися) мал. 1 в ст. Молекула ) .Кожному електронному стану відповідають певна рівноважна конфігурація і певне значення E _ел ; найменше значення відповідає основному рівню енергії.

Обертовим спектрам відповідає випромінювання, що лежить в далекій інфрачервоній області оптичного спектра.

Коливним спектрам відповідають переходи, що лежать в ближній інфрачервоній області.

Електронним спектрам відповідає випромінювання, що лежать у видимій або ультрафіолетовій області.

Особливостями молекулярних спектрів є те, що вони відрізняють їх від атомних спектрів, і визначаються тим, що рух часток, що утворюють молекулу, значно складніший, ніж у атомах. Поряд з рухом електронів (як валентних, тобто тих, що приймають участь в утворенні хімічного зв’язку, так і локалізованих біля ядер відповідних атомів), в молекулі може відчуватись періодична зміна відносного положення ядер (коливний рух молекули), а також періодична зміна її орієнтації в просторі як цілого (обертовий рух молекули).

24.4. Виділіть основні методи та засоби навчання, що найчастіше використовуються при викладанні Вашого предмета. Охарактеризуйте їх дидактичні можливості.

Метод навчання — спосіб упорядкованої взаємопов'язаної діяль¬ності вчителів та учнів, спрямованої на вирішення завдань освіти, виховання І розвитку в процесі навчання.

З поняттям «метод навчання» пов'язане поняття «при¬йом навчання».

Прийом навчання — деталь методу, часткове поняття щодо за¬гального поняття «метод».

Наприклад, розповідь — метод навчання, але в лекції вона може бути прийомом активізації уваги учнів. Педа¬гогічна майстерність учителя потребує не лише знання ним свого предмета, а й володіння методами і прийомами навчання.

Методи навчання пов'язані з рівнем розвитку суспіль¬ства, науки, техніки й культури. У давні часи і на почат¬ку середніх віків, коли багата верхівка готувала своїх на¬щадків лише до світського життя, а не до трудової діяль¬ності, у навчанні використовувалися догматичні методи, що ґрунтувалися на заучуванні навчального матеріалу-Епоха великих відкриттів і винаходів покликала до життя потребу в знаннях, украй необхідних людині. Формуються і розвиваються методи, що спираються на наочність, ме¬тоди, звернені до свідомості й активності учнів у навчан¬ні, практичні методи навчання.

Сучасна школа висуває свої вимоги до методів навчан¬ня. Це стосується і розбудови української школи взагалі, й удосконалення методики навчання зокрема. Не випад¬ково в Державній національній програмі «Освіта» («Ук¬раїна XXI століття») одним із шляхів реформування за¬гальної середньої школи названо науково-дослідну та ек-спериментальну роботу щодо впровадження педагогічних інновацій, інформатизації загальної середньої освіти.

Ефективність навчання в сучасній школі залежить від уміння вчителя обрати метод чи прийом навчання в кон¬кретних умовах для кожного уроку.

Класифікують методи навчання з урахуванням того, що вони мають вирішувати дидактичне завдання. У кла¬сифікації повинна виявлятися внутрішня сутність методу, форма взаємопов'язаної діяльності вчителя та учнів як за¬сіб управління їх пізнавальною діяльністю.

У дидактиці існують різні критерії, підходи до класи¬фікації методів навчання:

За джерелами передачі й характером сприйняття інформації: словесні, наочні та практичні (С. Петровський, Е. Талант).

За основними дидактичними завданнями, які необхід¬но вирішувати на конкретному етапі навчання: методи оволодіння знаннями, формування умінь і навичок, засто-сування отриманих знань, умінь і навичок (М. Данилов, Б. Єсипов).

За характером пізнавальної діяльності: пояснювально-ілюстративні, репродуктивні, проблемного викладу, част¬ково-пошукові, дослідницькі (М. Скаткін, І. Лернер).

Відомий дослідник педагогіки Ю. Бабанський виділяє три великі групи методів навчання (кожна передбачає де¬кілька класифікацій), в основу яких покладено:

а) організацію та здійснення навчально-пізнавальної ді¬яльності;

б) стимулювання і мотивацію навчально-пізнавальної діяльності;

в) контроль і самоконтроль навчально-пізнавальної ді¬яльності.

Звісно, ця класифікація, як і попередні, недосконала, оскільки має недоліки, зокрема те, що в практиці навчан¬ня метод застосовують не ізольовано, а в певному взаємо¬зв'язку і взаємозалежності з іншими методами і прийома¬ми. Проте вона найпослідовніша й найзручніша.