GOS / 20 Излучения и спектры

20.Понятие о равновесном тепловом излучении.

Нагретые тела как известно излучают элек. магн. волны. При комнатных темп-х это излучение для газа невидно. При повышении темп-ры например до 1000K или выше возникает хорошо видимое световое излучение. В нагретых телах атом совершает хаотическое тепловое движение при этом элек. заряженные частицы электроны и ионы непрерывно сталкиваются, тормозятся. Связанные с этими частицами резко изменяется при торможении и по элект. магн. теории Максвелла происходит излучение элек. магнитное и в частности световые волны. Излучение – это люмменесценция. Существует много различных типов люмменесценции. Это хемилюмменесценции, трибо люмменесценции – при удара быстрых частиц (электр-в или ионов), биологическая люмменесценциия и т.д.

Среди всех видов свечения – тепловое свечение (излучение) или по другому темп-ное излучение обладает очень важной особенностью. Тепловое излучение м/т происходить равновено.

Пусть внутрь этой оболочки внесено нагретое тело, при T_{1 .} И оно излучает эл. магнит. излучение это излучение возвращается обратно отражаясь от стенок частично – поглощается телом нагретым, но вначале плотность излучение в этой полости невелика и излучение больше, чем поглощение. При этом плотность излучения наполняющего полость увеличивается, увеличивается и кол-во поглощаемого излучения; темп-ра тела постепенно понижается и при не которой темп-ре и плотность излучения наступает равновесие м/у нагретым телом и его излучением. Излучается равно столько же сколько поглощается. Далее темп-ра тела остается неизменным, тело находится в равновесии со своим излучением и м/т находится в таком состоянии неограниченно долго. Темп-ное излучение в отличии от всех др-х излучений м/т протекать равновесно. Cв-во темп-го излучения отличается рядом принципиальных особенностей, введем ряд определений.

E(,T) – деффер-ная лучеиспускательная способность(в шкале частот)

E(,T) – энергия, испускаемая нагретым телом с единицы поверхности в единицу времени в одинаковом интервале частот вблизи частот  при данной темп-ре нагретого тела T, иначе, это мощность, испускаемая нагретым телом с единицы повер-ти в единичном интервале частот вблизи  при данной темп-ре T.

E(,T) – ( в шкале длин волн )

E(,T) – (тоже самое, вместо -  )

По приведенному опр-ю элементарная энергия :

энергия (мощность) в пределах интервала d и d



E(,T)=E(,T) d, следует E(,T) = E(,T)=E(,T)= E(,T)=E(,T)= E(,T); |E(,T)|= E(,T) (1)

Лучеиспускательная способность выражается (Дж(Вт)/……

т.е. волна энергетическая:[ E(,T)=Дж(Вт)/….

Ведем понятие лучепоглощательной способности

A(, T) - лучепоглощательная способность (в шкале частот)

A(, T) – определяет заряд падающей энергии, которая поглощается в единичном интервале частот вблизи частоты  при данной абсолютной темп-ре нагреваемого тела T.

A(, T) - лучепоглощательная способность (в шкале длин- волн )

A(, T) –вел-на безразмерная, м/т принимать знач-ия 0< A(, T)<1. Для разных тел вел-на A(, T) м/т сущ-но разл-ся с изменением v или λ. Для зеркала A(, T)=0; для абсол. черного тела A(, T)=1. Абсолютно чер. Тел нет, но есть вещ-ва, кот-ые способны поглащать почти все излучения, т.е по свойствам близки к абс. черному телу(сажа идр.). Кирхгоф предложил(1859 г)модель абс. чер. тела, кот-ая оказалась очень удобной.

-выражает з-н Киргофа, согласно кот-му отношение испускательной способ-ти тела к его поглащательной сп-ти не зависит от природы тела и равна испускат-ой спос-ти абс. черного тела при тех же т-ах и частот. и -испускательная и поглощательная спос-ть любого непрозрачного тела.

Начиная с 70-х годов 19-го века интенсивно изучали черные тела. На основании собственных измерений суммарного излучения Стефан вычислил(1879):

черное тело нечерное тело

E_T~T⁴; E_T=dT⁴ (3)

Ч/з 5 лет 1884 году Больцман Тефоний доказал , что это соотношение определяет, только суммарное излучение абсолютно черных тел.

закон Стефана Больцмана d=5.7 10^-8(Вт/м²к⁴)

d- постоянная Стефана Больцмана

Следующий шаг сделан нем. учен. 1893 году Вином. Из термодинамических соображений получил вывод, что длина волны l^э~;

b2.9 10^-3(мк) – постоянная Вина

Закон пятой степени

~T⁵ c^”= 1.3 10^-5 Вт/м²к⁵м (4)

l^э- длина волны на которую приходится максимум лучеиспускательной способности абс. черн тела. К началу 20-го века были известны такие частные закономерности. Попытка ряда ученых получить функцию распределения энергии по длинам волн, в спектре абс. черных тел, исходя из классических представлений оказалось неудачной.

d=dλ; =; -? -?

В конце 90-х Релей и Джинс исходя из класс-х пред-ий о том, что энергия изл-ия элем-х излучателей из кот-х состоит абс. черное тело м/т изменятся непрерывно эта энергия изл-ия, испускается сколь угодно малыми порциями. Посредством термодинамического представления они получили:

=-ф-ия Релея-Джинса.

=2-формула Релея-Джинса.

В длинноволновой части спектра под ф-ией Р.Д. хорошо соот-ет эксп-ой кривой, а в коротковолновой части эти кривые расходятся. В 1900г. Планк выдвинул гипотезу о том, что изл-ие нагретых тел происходит не непрерывно, а дискретно, отдельными порциями энергии, квантами изл-ия-фотонами. Это предположение противоречило осн. Законам физики о непр-ти процессов. Исходя из этой гипотезы Планку удалось получить ф-ию распределения энергии абс. черного тела, кот-ая хорошо соот-ло эксп. данным. Он смоделировал абс. черное тело как совок-сть гармонических осцилляторов, каждая из кот-х имеет свою частоту. Т.к осц-ов много, то и частот тоже. По Планку энергия гарм. осц-ра м/т принимать дискретный ряд значений. Изобразим соот-ий график:

W_n=nhv; n-целое число. Энергия гар. Осц-ра дискретна.W_n-энергия гар. осц-ра на n-ом уровне.v-частота. h- пост. Планка. ∆W_n= hv.

Из статестических расчетов м/о получить связь с ф-ей распределения энергии по спектру т.е велечины со средней энергией гар. осц-ра <W₁>;

=; Планк предложил, что распределение осц-ра по энерг-им уровням подчинено законам Больцмана. -распределение Больцмана. Велечина <W₁> оказалось =; Подставим полученное значение: =-ф-ия Планка в шкале частот. =-ф-ия Планка в шкале длин волн. Восполь-ся последней фор-ой и введем новую переменную, подставим в ф-ию Планка: ==; чтобы выйти на з-н Вина, радо иссл-ть послед. ф-лу на экстремум и максимум. , ; , x₃=x^{экстремальное.} , ; -трансцендентное урав-ие. Будем решать посл. уравнение методом последовательных приближений. 1-ое прибл-ие: -не производная. 2-ое прибл-ие: х^’’=5-, 150, . -2-ое приближение. х^э=4.98. Пусть х^э=5, ;

введем обозначение , -закон смещения Вина.

-

ф-ла Планка для испускательной способности абс. черного тела.

Учитель и его назначение в обществе.

Профессиональный педагог - это человек, который большую часть своего времени отводит на обучение и воспитание детей, Остальные взрослые люди не могут много времени уделять детям, Боли бы обучение и развитием детей не занимались педагога, то общество прекратило бы свое развитие.

В современном обществе педагог является фигурой, которая требует особого внимания, и там где его место занимают недостаточно профессионально подготовленные люди, в первую очередь страдают дети и следовательно, общество в целом. Это требует от общества создания таких условий, чтобы среде учителей оказывались люди, которые наиболее подготовлены интеллектуально и морально к работе с детьми. Педагогическая деятельность представляет собой воспитывающее и обучающее воздействие учителя на ученика, направленное на его развитие, одновременно выступающее как основа саморазвития и самосовершенствования.

Педагогическая деятельность определятся психологическим содержанием, в которое включается мотивация, цели, предмет, средства, способы, продукт и результат.

В педагогической деятельности выделяют внешние мотивы (мотив достижения) и внутренние мотивы (ориентация на процесс и результат своей деятельности).

Предметом пед. деятельности является организация учебной деятельности.

Средствами пед. деятельности являются:

1) научные знания

2) в качестве носителей знаний выступают тексты учебников

3) в качестве вспомогательных средств выступают технические, компьютерные, графические и т.д.

4) способами передачи социального опыта в педагогической деятельности являются объяснение, показ, практика и т.д.

5) продуктом пед. деятельности выступает формируемый у ученика индивидуальный опыт.

Педагогические способности (по В.А. Крутецкому)

1. Дидактические способности - способность передаватъ учащимся уечебный материал (ясно и понятно, вызвать интерес, делать трудное - лёгким, сложное –простым, неясное - ясным).

2. Академические способности - способность к соответствующей области науки (математика, физика и т.д.)

3. Перцептивные способности - способность проникать во внутренний мир ученика.

4. Речевые способности - способность ясно и четко выражать свои мысли (речь, мимика, пантомимика)

5. Организаторские способности - способность организовать ученический коллектив и свою деятельность.

6. Авторитарные способности - способность эмоционально-волевого влияния на учащихся.

7. Коммуникативные способности — способности к общению с детьми (найти подход, установить взаимоотношения, педагогический такт).

8. Педагогическое воображение (предвидение последствий своих действий).

9. Способность к распределению внимания.

Говоря об индивидуальном стиле педагогической деятельности, имеют в виду, что, выбирая средства педагогического воздействия и формы поведения, педагог учитывает свои индивидуальные склонности.

Индивидуальный стиль педагогической деятельности проявляется: - в темпераменте

- в характере реакции на те или иные пед. ситуации

- в выборе методов обучения

- в подборе средств воспитания

- в стиле педагогического общения

- в реагировании на действия детей

- в манере поведения

- в предпочтении видов поощрений и наказаний,

Выделяются следующие стили пед. деятельности

1. Демократическйй стиль.

Ученик рассматривается как равноправный партнер в общении, коллега в совместном поиске знаний.

2. Авторитарный стиль.

Ученик рассматривается как объект пед. воздействия, а не равноправный партнер.

3. Либеральный сталь.

Учитель уходит от принятия решений, передавая инициативу ученикам, коллегам. Учитель и его назначение в обществе

Потребность людей в технических, научных и эстетических знаниях, повышение престижа образования, необходимость занятий физической культурой, спортом, музыкой – все это реализуется огромным отрядом преподавателей, тренеров, мастеров производственного обучения – теми, кто по характеру своей деятельности может быть назван учителем. Прогресс науки и культуры общества во многом зависит от деятельности учителя, поэтому огромной важности задачи стоят перед ними: воспитание учеников, вооружение их знаниями, умениями, навыками, организация их деятельности и досуга, пропаганда педагогических знаний. Педагогическая профессия ответственна, сложна, но и увлекательна. Огромна общественная значимость учительского труда, поскольку в руках учителя судьба поколений. Велико социальное значение учительской деятельности, связанной с формированием общественного сознания, культурного наследия, настроений и потребностей людей. Поэтому очень высокими должны быть требования к личности учителя. Ум, знания, поступки – все постоянно подвергается критическому анализу учеников, родителей, окружающих людей. Трудность педагогической деятельности заключается и в том, что далеко не сразу видны ее результаты, не сразу обнаруживаются ошибки, сложны сами по себе педагогическое общение и воздействие. Продукты учительской деятельности материализуются в практическом и физическом облике другого человека, в его знаниях, чертах характера, физических и умственных способностях и т.д. Успех воспитания зависит не только от отношения педагога к воспитаннику, но и от отношения воспитанника к педагогу. Только осознание социально-политической значимости своего труда, большая любовь к своей профессии могут помочь учителю в преодолении этих трудностей.

Успех учительской деятельности зависит от степени развития педагогических способностей:

1. Конструктивная – способность проектировать личность ученика, отбирать и компоновать учебно-воспитательный материал в связи с возрастом и индивидуальными способностями учащихся.

2. Организаторская – способность включать учащихся в различные виды деятельности и создавать коллектив, который мог бы воздействовать на каждую отдельную личность.

3. Коммуникативность – способность устанавливать с воспитанниками правильные взаимоотношения и перестраивать их в соответствии с развитием учащихся.

Воспитательная деятельность – это процесс непрерывного творчества. Она ставит педагога в положение исследователя, выдвигая перед ним все новые и новые задачи.

Условия педагогического творчества:Способность к самоанализу, к саморазмышлению.Склонность к анализу – анализу того, что происходит вокруг поведения учеников.Склонность к систематизации – творческая личность умеет из маленьких эпизодов, фактов лепить целостный образ.Восприимчивость к новаторам.

учащихся в определенный отрезок времени.

Невидимые лучи

В конце XIX столетия физики открыли новые невидимые излучения. В наше время все знают, что внутренние органы человека можно «просвечивать» с помощью рентгеновских лучей, открытых в 1895 году физиком Рентгеном. Рентген обнаружил, что поток быстро летящих электронов, ударяясь о стекло или металлическую пластинку, вызывает появление невидимых излучений. Излучения были замечены случайно: они упали на бумагу, покрытую особым веществом — платино цианистым барием, и бумага в темноте засветилась. Рентгеновские излучения имеют длину волны примерно от 0,1 до 100 ангстремов. По длине волны они следуют за ультрафиолетовыми излучениями.

Вскоре после открытия рентгеновских излучений в природе были найдены излучения с ещё более короткой длиной волны, так называемые гамма-излучения. Их испускают радиоактивные вещества. Таким образом, шкала излучений, обнаруженных человеком в природе, оказалась очень широкой. Если идти от наиболее длинных волн к коротким, мы увидим особую картину. Сначала идут радиоволны, они самые длинные. В их же число входят и излучения, открытые Лебедевым и Глаголевой-Аркадьевой. Далее идут инфракрасные излучения, видимый свет, рентгеновские излучения и, наконец, гамма-излучения. Границы между различными излучениями весьма условны: излучения непрерывно следуют одно за другим и отчасти перекрывают друг друга. Взглянув на шкалу электромагнитных волн, читатель может заключить, что видимые нами излучения составляют весьма небольшую часть общего известного нам спектра излучений.

Для обнаружения и изучения невидимых излучений физик должен был вооружиться дополнительными приборами. Невидимые излучения можно обнаружить по их действию. Так, например, радиоизлучения действуют на антенны, создавая в них электрические колебания, инфракрасные излучения сильнее всего действуют на тепловые приборы, а все остальные излучения наиболее сильно действуют на фотопластинки, вызывая в них химические изменения. Антенны, тепловые приборы, фотопластинки — это новые «глаза» физиков для различных участков шкалы электромагнитных волн. Открытие многообразных электромагнитных излучений — одна из самых блестящих страниц истории физики.