DOCSLIB.ORG

Dydaktyka Chemii (I Innych Przedmiotów Przyrodniczych) Od Czasów Alchemii Po Komputery

Total Page：16

File Type：pdf, Size：1020Kb

Download full-text PDF Read full-text
Dydaktyka Chemii (I Innych Przedmiotów Przyrodniczych) Od Czasów Alchemii Po Komputery Dydaktyka chemii (i innych przedmiotów przyrodniczych) od czasów alchemii po komputery monografia pod redakcją M. Nodzyńskiej ZAKŁAD CHEMII I DYDAKTYKI CHEMII UNIWERSYTET PEDAGOGICZNY im. Komisji Edukacji Narodowej KRAKÓW, 2011 1 Redakcja: Małgorzata Nodzyńska Recenzja: Jan Rajmund Paśko Projekt okładki: Paweł Cieśla Skład: Małgorzata Nodzyńska ISBN 978-83-7271-698-9 2 3 4 WSTĘP Wiadomości i umiejętności przyrodnicze były niezbędne naszemu gatunkowi jeszcze w czasach przed homo sapiens. Znajomość roślin jadalnych i trujących, zwyczajów zwierząt, umiejętność przechowywania żywności (wędzenie, suszenie) były niezbędne by przeżyć. Umiejętność wykonywania prostych narzędzi z kamieni, kości, drewna i ich wykorzystywania, produkcja broni (np. bolas, oszczep), umiejętność budowania schronienia czy pułapek na zwierzynę to tylko niektóre czynności niezbędne praludziom do ich egzystencji. Kolejne niezbędne umiejętności to: znajdowanie drogi, umiejętność posługiwanie się ogniem, otrzymywanie barwników. Wymienienie tylko tych kilku najbardziej podstawowych i oczywistych umiejętności pokazuje jak wielką wiedzę trzeba posiadać by przeżyć. Kolejne znajdowane przez arheologów artefakty świadczą o zainteresowaniach ludzi pierwotnych astronomią (np. kościana płytka z symbolami faz księżyca datowana na 32 tysiące lat czy konstrukcja sanktuarium megalitycznego z epoki neolitu – Stonehenge w Anglii, datowanego na ok. 3000-1700 p.n.e.). Wraz z rozwojem naszego gatunku ilość wiedzy gromadzonej przez naszych przodków była coraz większa i dotyczyła coraz to szerszego zakresu życia, coraz więcej osób było ‘wtajemniczonych’ w wiedzę tajemną pozwalającą np. odpowiednimi garbnikami wyprawiać skóry, otrzymywać stopy miedzi, leczyć ziołami czy balsamować zwłoki. Obok wiedzy ‘praktycznej’ powstałej w wyniku doświadczeń kolejnych pokoleń powstawała też wiedza teoretyczna początkowo oparta o religię czy filozofię. Wiedza ta stała się zaczątkiem nauk przyrodniczych, rodzielając się w miarę rozwoju na biologię, chemię, fizykę i geografię by po kilku wiekach samodzielnej egzystencji tworzyć nowe interdyscyplinarne dziedziny takie jak np. biochemia, chemia-fizyczna, … itp. Obecnie rzadko kiedy sięgamy do korzeni naszej wiedzy dlatego często nie zdajemy sobie sprawy w jaki sposób dawne rozumienie pojęć i terminów przyrodniczych jest obecne ciągle w kręgu tzw. wiedzy potocznej i ciąży na ich współczesnych, naukowych definicjach. Wiele podstawowych pojęć przyrodniczych w początkowym okresie nauczania czy to przyrody, czy już nawet biologii, chemii, fizyki i geografii pojawia się w ich historycznym kształcie [Nodzyńska & Paśko, 2002; Paśko 1998]. Wiąże się to z pokutującym wśród metodyków nauczania błędnie interpretowanym stwierdzeniem, iż postulat współczesności treści nauczania może być uwzględniony tylko w takim stopniu, w jakim współczesne treści są możliwe do zrozumienia i opanowania przez uczniów [Bogdańska-Zarembina & Łaszkiewicz, 1970; Paśko 2004]. Powoduje to rozdźwięk pomiędzy poszczególnymi etapami kształcenia, gdyż na każdym z nich nauczyciel wprowadza coraz to nowsze a zarazem inaczej brzmiące definicje tych samych pojęć, nie zdając sobie równocześnie sprawy z faktu prezentowania uczniom ‘przestarzałej’ i nieaktualnej już wiedzy [Cieśla & Paśko 2008]. Przykładem tego typu działań jest np. wprowadzanie historycznych pojęć dotyczących budowy materii [Paśko 2002] czy wartościowości [Wasilewski, 2002a, 2002b; Paśko & Kucharska-Żądło 2005]. Można powiedzieć, że przyrodnicy nie dbają o jednoznaczność języka (przykładem tego typu działań jest podkładanie pod stare terminy nowego znaczenia, nie rezygnując równocześnie całkowicie z ich pierwotnego znaczenia - np. w chemii termin kwas ma różne znaczenie i zakres w zależności od używanej teorii [Nodzyńska, 2010]). Dodatkowo na użytek dydaktyczny stwarza się czasami nowe, nieprawdziwe teorie, które bazują na teoriach historycznych (porównaj np. tzw. rozszerzona teoria Arrheniusa) [Paśko, 2003; Paśko & Nodzyńska 2004]. 5 Często nie zdajemy sobie również sprawy z faktu, iż promowane jako nowoczesne teorie czy metody nauczania są znane i stosowane od dawna. Przykładem na tego typu nieporozumienia jest metoda projektów wprowadzona ostatnio jako obowiązkowa metoda w nauczaniu gimnazjalnym. Przez część nauczycieli i metodyków promowana jest jako nowatorska metoda nauczania. A przecież metoda projektów jako forma kształcenia architektów pojawiła się w końcu XVI w. w rzymskiej akademii sztuk pięknych [Szymański, 2000], skąd rozprzestrzeniła się na całą Europę. W XVII w. metodę tą wykorzystywano w wyższych szkołach technicznych i przemysłowych Europy a od XIX w. również w Stanach Zjednoczonych. Na początku XX w. w Stanach Zjednoczonych zaczęto stopniowo stosować tę metodę w procesie edukacji dzieci. Wtedy też zyskała ona swoje teoretyczne podstawy: - John Dewey – uzasadnił ja teoretycznie, - William H. Kilpatrick – podjął się próby zdefiniowania metody projektów, - a Ellsworth Collings – zbadał jej efektywność przeprowadzając eksperyment pedagogiczny. W latach międzywojennych metoda projektów była też wykorzystywana w Polsce. Jako przykładowe można tu wspomnieć publikacje: - Przyroda w szkole metodą zamierzeń [Gasiorowska, 1932], - Jak uczyć metodą projektów [Skarżyński, 1931], - Nauczanie metodą projektów [Stanisławski, 1929], - Ogródek szkolny w Hołoblach [Szczypiński, 1932], - Przyroda w szkole metodą zamierzeń [Szypińska, 1982]. W latach powojennych w Polsce zaniechano rozwijania tej metody. Obecnie metoda projektów jest stosowana w procesie kształcenia w Europie Zachodniej i Stanach Zjednoczonych i Polsce w ramach reformy szkolnictwa [Cieśla & Nodzyńska, 2007; Cieśla, Nodzyńska & Paśko, 2005; Nodzyńska 2002, 2003, 2005, 2007]. Analogiczna sytuacja dotyczy także innych metod nauczania, które obecnie dostają nowe, często anglojęzyczne nazwy a praktycznie były stosowane w edukacji szkolnej od dawna. Jako przykłady można tu wymienić: questing - czyli dawne podchody harcerskie czy tutoring i coaching, które funkcjonowały w dawnej szkole bez osobnej nazwy i treningu nauczycieli w tym kierunku. Dlatego tak ważnym jest znajomość historii rozwoju nauk przyrodniczych oraz metod ich nauczania. Brak znajomości historii rozwoju pojęć przyrodniczych oraz brak znajomości historii dydaktyki nauk przyrodniczych wpływa ujemnie na wykształcenie nauczycieli przedmiotów przyrodniczych, metodyków, dydaktyków oraz autorów podręczników czy dzieł popularno-naukowych, gubią oni bowiem wielowiekowy dorobek i tradycje nauczania przedmiotów przyrodniczych. Dlatego wydaje się słusznym zwrócenie uwagi na korzenie edukacji przyrodniczej oraz na rolę historii nauki w edukacji każdego przyrodnika. W niniejszej publikacji próbowano przedstawić historie rozwoju nauk chemicznych od czasów prehistorycznych do obecnych oraz przedstawić nowatorskie pomysły na nauczanie przedmiotów przyrodniczych w obecnych czasach. Na początku zamieszczono krótkie kalendarium rozwoju nauk chemicznych - autorstwa A. Michniewskiej, P. Pikuzińskie, K. Piwowarczyk oraz P. Pluty oraz “Krótki zarys rozwóju nauk ścisłych na przestrzeni wieków” autorstwa N. Regulskiej, A. Frączek, M. Mamicy, M. Łakomego, K. Bodnickiego i Ł. Nowaka. Oba te artykuły miały za zadanie w sposób przekrojowy ukazać rozwój nauk przyrodniczych i być swego rodzaju kompasem w dalszym poruszaniu się po zagadnieniach historii nauk przyrodniczych. Kolejne trzy artykuły z różnych stron naświetlają zmiany zachodzące na przestrzeni wieków w procesie edukacji przedmiotów przyrodniczych: - artykuł dr Elizy Chodkowskiej z Uniwersytetu w Rzeszowie opisuje nie tylko rozwój wiedzy przyrodniczej na przestrzeni wieków ale również ukazuje w jaki sposób zmieniał się sposób nauczania tych przedmiotów; - artykuł prof. Martina Bilka z Uniwersytetu w Hradec Kralove (CZ) zwraca uwagę na 6 metodologiczny aspekt nauczania przedmiotów przyrodniczych (w tym chemii) i jego zmiany na przestrzeni wieków; - artykuł prof Jireho Ryhtery również z Uniwersytetu w Hradec Kralove (CZ) prezentuje rozwój chemii jako przedmiotu szkolnego od czasów najdawniejszych do obecnych. Artykuł pt. “Historia obrazowania w naukach przyrodniczych” ukazuje jak niesłusznym jest powszechne przekonanie o niedawnym dopiero odkryciu roli wizualizacji w przekazywaniu wiedzy przyrodniczej, przedstawiając liczne przykłady rysunków i obrazów z różnych dziedzin nauk przyrodniczych od czasów ludzi pierwotnych. Również historią zajmuje się pani Anna Ludwik, reprezentująca Uniwersytet Pedagogiczny, ukazując jak na przestrzeni wieków zmieniały się muzea przyrodnicze, jaką rolę i funkcję pełniły i czym różniły się od współczesnych muzeów. W artykule “Spektroskopia - od zwierciadła po komputer” (dr Iwony Stawoskiej i dr Małgorzaty Nodzyńskiej z UP) przedstawiona jest droga kolejnych odkryć naukowych prowadząca od pierwszych doświadczeń z zwierciadłem sferycznym (w 300 p.n.e.) do nowoczesnej metody badawczej. Nieco krótszy okres czasu, bo od czasów powojenych do dnia dzisiejszego, obejmuje artykuł pani Karoliny Czerwiec (również z UP) pt. ”Zmiany sposobu kształcenia w zakresie edukacji seksualnej od czasów powojennych do dnia dzisiejszego”. Artykuł ten kończy część historyczną publikacji, kolejne artykuły przedstawiają współczesne koncepcje i problemy nauczania przedmiotów przyrodniczych aczkolwiek ich autorzy pamiętają o ciągłości historii nauk przyrodniczych i ich nauczania. I tak dr Iwona Maciejowska z Uniwersytetu Jagiellońskiego przedstawia IBSE jako najbardziej modną obecnie strategię edukacyjną zwracając przy tym uwagę na jej historyczne korzenie (“IBSE można po
Load more

Recommended publications
  • Calcium and Potassium Spectra in the EUV
    atoms Review Calcium and Potassium Spectra in the EUV Elmar Träbert Fakultät für Physik und Astronomie, Ruhr-Universität Bochum, AIRUB, 44780 Bochum, Germany; [email protected]; Tel.: +49-234-322-3451; Fax: +49-234-321-4169 Received: 28 August 2020; Accepted: 2 October 2020; Published: 14 October 2020 Abstract: In online data bases, the entries on extreme ultraviolet (EUV) spectra of Ca are much more sparse than those of neighbouring elements such as Ar, K, Sc and Ti. This may be a result of experimental problems with Ca in the laboratory as well as of the limited role of multiply charged Ca ions in solar observations. Beam-foil EUV spectra of Ca and K are presented that provide survey data of a single element each. Keywords: atomic physics; EUV spectra; beam-foil spectroscopy 1. Introduction Early in the 19th century Wollaston and Fraunhofer detected dark lines in their prism spectra of the Sun, and Fraunhofer labelled the strongest of these lines by capital letters of the alphabet. A few decades later Kirchhoff and Bunsen recognized that those dark lines agreed in position with bright lines in the spectra of a flame seeded with specific materials. Thus it was eventually learned that Fraunhofer’s line ‘G’ (partly) originates from calcium (Ca, atomic number Z = 20) atoms, and his lines ‘H’ and ‘K’ belong to singly charged Ca+ ions. Evidently, Ca is abundant enough in the Sun to feature prominently in the solar visible spectrum. Subsequently, the various spectra of Ca have been studied in flames, arcs, sparks, and whatever plasma discharge light sources seemed appropriate, and the extent of the spectral coverage has expanded from the visible to the infrared (IR), ultraviolet (UV), vacuum ultraviolet (VUV, wavelengths below 200 nm), and extreme ultraviolet (EUV, wavelengths below 110 nm) to the X-ray range (wavelengths shorter than, say, 5 nm).
    [Show full text]
  • Spectroscopy
    Chapter 1, page 1 Spectroscopy An Introduction to the Theoretical and Experimental Fundamentals 1 Introduction In the year 1666 at Cambridge, Isaac Newton procured a triangular glass prism and let a ray of sunlight from a small round hole in the window illuminate it. He observed the image created thereby on a paper screen. The white light from the window dissociated into red, yellow, green, blue, and violet. He called the invisible colors in the white sunlight the “spectrum” (lat spectrum = image in the soul) [1]. It was at the end of the 19th century that the observation of spectra was first christened “Spectroscopy”. This word has both a Latin and Greek root (Greek skopein = to look). Arthur Schuster first used the term spectroscopy in 1882 during a lecture at the Royal Institution [2]. Newton led the way from speculation to spectral analysis by making exact measurement and having clear insights. The oldest observation of nature dealing with the properties of invisible light comes to us from the Roman scholar and philosopher Titus Carus Lucretius. Infrared spectroscopists therefore consider him to be their intellectual father. Around 60 B.C. he hypothesized the existence of infrared radiation: [3]: »Forsitan et rosea sol alte lampade lucens possideat multum caecis fervoribus ignem circum se, nullo qui sit fulgore notatus, aestifer ut tantum radiorum exaugeat ictum.« (original Latin) or freely translated into English: »Perhaps the sun, shining above with rosy lamp is surrounded by much fire and invisible heat. Thus the fire may be accompanied by radiance which increases the power of rays.« or translated by Knebel [3] into German: »Mag es auch sein, dass hoch die rosige Fackel der Sonne ringsum Feuer verbirgt in düsteren unscheinbaren Gluten, die beitragen, die Macht so heftiger Strahlen zu mehren«.
    [Show full text]
  • Outline of Physical Science
    Outline of physical science “Physical Science” redirects here. It is not to be confused • Astronomy – study of celestial objects (such as stars, with Physics. galaxies, planets, moons, asteroids, comets and neb- ulae), the physics, chemistry, and evolution of such Physical science is a branch of natural science that stud- objects, and phenomena that originate outside the atmosphere of Earth, including supernovae explo- ies non-living systems, in contrast to life science. It in turn has many branches, each referred to as a “physical sions, gamma ray bursts, and cosmic microwave background radiation. science”, together called the “physical sciences”. How- ever, the term “physical” creates an unintended, some- • Branches of astronomy what arbitrary distinction, since many branches of physi- cal science also study biological phenomena and branches • Chemistry – studies the composition, structure, of chemistry such as organic chemistry. properties and change of matter.[8][9] In this realm, chemistry deals with such topics as the properties of individual atoms, the manner in which atoms form 1 What is physical science? chemical bonds in the formation of compounds, the interactions of substances through intermolecular forces to give matter its general properties, and the Physical science can be described as all of the following: interactions between substances through chemical reactions to form different substances. • A branch of science (a systematic enterprise that builds and organizes knowledge in the form of • Branches of chemistry testable explanations and predictions about the • universe).[1][2][3] Earth science – all-embracing term referring to the fields of science dealing with planet Earth. Earth • A branch of natural science – natural science science is the study of how the natural environ- is a major branch of science that tries to ex- ment (ecosphere or Earth system) works and how it plain and predict nature’s phenomena, based evolved to its current state.
    [Show full text]
  • 1 CHAPTER 7 ATOMIC SPECTRA 7.1 Introduction Atomic Spectroscopy Is
    1 CHAPTER 7 ATOMIC SPECTRA 7.1 Introduction Atomic spectroscopy is, of course, a vast subject, and there is no intention in this brief chapter of attempting to cover such a huge field with any degree of completeness, and it is not intended to serve as a formal course in spectroscopy. For such a task a thousand pages would make a good start. The aim, rather, is to summarize some of the words and ideas sufficiently for the occasional needs of the student of stellar atmospheres. For that reason this short chapter has a mere 26 sections. Wavelengths of spectrum lines in the visible region of the spectrum were traditionally expressed in angstrom units (Å) after the nineteenth century Swedish spectroscopist Anders Ångström, one Å being 10 −10 m. Today, it is recommended to use nanometres (nm) for visible light or micrometres ( µm) for infrared. 1 nm = 10 Å = 10 −3 µm= 10 −9 m. The older word micron is synonymous with micrometre, and should be avoided, as should the isolated abbreviation µ. The usual symbol for wavelength is λ. Wavenumber is the reciprocal of wavelength; that is, it is the number of waves per metre. The usual symbol is σ, although ~ν is sometimes seen. In SI units, wavenumber would be expressed in m -1, although cm -1 is often used. The extraordinary illiteracy "a line of 15376 wavenumbers" is heard regrettably often. What is intended is presumably "a line of wavenumber 15376 cm -1." The kayser was an unofficial unit formerly seen for wavenumber, equal to 1 cm -1.
    [Show full text]
  • High-Resolution Spectroscopic Studies Of
    HIGH-RESOLUTION SPECTROSCOPIC STUDIES OF 15 ATMOSPHERIC GASES (C2H2-N2, O2, and NH3) HOIMONTI IMMACULATA ROZARIO Master of Science, University of Lethbridge, 2012 Master of Science, Jahangirnagar University, 2010 Bachelor of Science, Jahangirnagar University, 2009 A Thesis Submitted to the School of Graduate Studies of the University of Lethbridge in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree DOCTOR OF PHILOSOPHY Department of Physics and Astronomy University of Lethbridge LETHBRIDGE, ALBERTA, CANADA © Hoimonti Immacualata Rozario, 2019 HIGH-RESOLUTION SPECTROSCOPIC STUDIES OF ATMOSPHERIC GASES 15 (C2H2-N2, O2, and NH3) HOIMONTI IMMACULATA ROZARIO Date of Defence: March 27, 2019 Dr. Brant Billinghurst Senior Scientist PhD Co-supervisor Canadian Light Source Saskatoon, Saskatchewan Dr. Karl Staenz Professor PhD Co-supervisor Dr. Locke Spencer Associate Professor PhD Thesis Examination Committee Member Dr. Arundhati Dasgupta Associate Professor PhD Thesis Examination Committee Member Dr. Michael Gerken Professor PhD Internal External Examiner Dr. Ann-Lise Norman Professor PhD External Examiner University of Calgary Calgary, Alberta Dr. Craig Coburn Associate Professor PhD Chair, Thesis Examination Committee Dedication Page I would like to dedicate my PhD thesis work to my mother. iii Abstract With the modern technology and availability of spectrometer systems, it is possible to provide more accurate and new parameters to the spectroscopic databases. Accordingly, three spectroscopic studies were carried out in this thesis. The first study is intended to find the suitable line-shape models that can reproduce C2H2-N2 spectra best as well as retrieve reliable parameters, which are very useful for spectroscopic studies. The second project of oxygen A-band spectra is dedicated to retrieving a new parameter, called the speed- dependent parameter.
    [Show full text]
  • EUV Beam-Foil Spectra of Titanium, Iron, Nickel, and Copper
    atoms Article EUV Beam-Foil Spectra of Titanium, Iron, Nickel, and Copper Elmar Träbert 1,2 1 Fakultät für Physik und Astronomie, Ruhr-Universität Bochum, AIRUB, 44780 Bochum, Germany; [email protected]; Tel.: +49-2343223451; Fax: +49-2343214169 2 Lawrence Livermore National Laboratory, Physics Division, Livermore, CA 94550-9234, USA Abstract: Beam–foil spectroscopy offers the efficient excitation of the spectra of a single element as well as time-resolved observation. Extreme-ultraviolet (EUV) beam–foil survey and detail spectra of Ti, Fe, Ni, and Cu are presented, as well as survey spectra of Fe and Ni obtained at an electron beam ion trap. Various details are discussed in the context of line intensity ratios, yrast transitions, prompt and delayed spectra, and intercombination transitions. Keywords: atomic physics; EUV spectra; beam–foil spectroscopy 1. Introduction Bengt Edlén demonstrated by laboratory experiments in the 1940s [1] that the long- time mysterious solar corona lines (in the visible spectrum) originated from electric-dipole forbidden transitions in the ground configurations of highly charged ions of Ca, Fe, and Ni, a hypothesis Grotrian [2] had formulated on the basis of some of Edlén’s earlier measurements of X-ray transitions. When in the 1960s and 1970s sounding rockets and satellites heaved spectrometers beyond Earth’s atmosphere and thus opened the new Citation: Träbert, E. EUV Beam-Foil field of direct X-ray and EUV observations of highly charged ions in the solar corona, Spectra of Titanium, Iron, Nickel, and researchers marveled at the rich EUV and X-ray spectra, especially of Fe. Brian Fawcett, Copper.
    [Show full text]
  • UC Irvine Electronic Theses and Dissertations
    UC Irvine UC Irvine Electronic Theses and Dissertations Title Understanding the State of Bacterial Systems with Machine Learning-Enabled Interpretation of Surface Enhanced Raman Scattering Spectra Produced by Novel Nanomanufacturing Permalink https://escholarship.org/uc/item/1wr5x8tf Author Thrift, William John Publication Date 2019 License https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ 4.0 Peer reviewed|Thesis/dissertation eScholarship.org Powered by the California Digital Library University of California UNIVERSITY OF CALIFORNIA, IRVINE Understanding the State of Bacterial Systems with Machine Learning-Enabled Interpretation of Surface Enhanced Raman Scattering Spectra Produced by Novel Nanomanufacturing Dissertation submitted in partial satisfaction of the requirements for the degree of DOCTOR OF PHILOSOPHY in Materials Science and Engineering by William John Thrift Dissertation Committee: Professor Regina Ragan, Chair Professor Filippo Capolino Associate Professor Allon Hochbaum 2019 Portions of Chapter 3 and 10 reprinted with permission from Thrift, W. J. et al. ACS Nano 2017, 11 (11), 11317–11329. ©2017 American Chemical Society Portions of Chapter 4 and 10 reprinted with permission from Thrift, W. J. et al. Plasmonics: Design, Materials, Fabrication, Characterization, and Applications XV; International Society for Optics and Photonics, 2017; Vol. 10346, p 103461M. ©2017 International Society for Optics and Photonics Portions of Chapter 5 and 10 reprinted with permission from C. Q. Nguyen, et al. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 12364–12373. ©2018 American Chemical Society Portions of Chapter 6 and 10 reprinted with permission from Thrift, W. J. et al. ACS sensors, 2019. ©2019 American Chemical Society All Other Materials © 2019 William John Thrift DEDICATION To the people who made this dissertation possible: my family, Regina, and Hurik.
    [Show full text]
  • Optical Astronomical Spectroscopy
    Optical Astronomical Spectroscopy C R Kitchin University of Hertfordshire Institute of Physics Publishing Bristol and Philadelphia Contents Preface xi PART 1 Atomic Processes 1 Introduction to Spectroscopy 1 1.1 Historical background 1 1.2 Types of spectroscopy 8 2 The Physics of Atoms and Molecules 14 2.1 Sommerfeld's refinements 17 2.2 Space quantization 20 2.3 Atomic structure 21 2.4 Other viewpoints 23 2.5 Quantum/wave mechanics 25 Atomic Energy Levels 28 3.1 Multiple electron atoms 29 3.2 L-S coupling 32 3.3 Space quantization 37 3.4 Term formation 37 3.5 Closed shells and subshells 39 3.6 Notation 39 3.7 Hyperfine structure 44 Transitions 46 4.1 Basics 46 4.2 Selection rules 48 4.3 Transition probabilities 53 4.4 Absorption and emission coefficients 57 4.5 Ionization and recombination 64 4.6 X-ray spectra 66 Spectra of Molecules 68 5.1 Introduction 68 5.2 Rotational transitions 70 5.3 Vibrational transitions 76 vn viii CONTENTS 5.4 Electronic transitions 84 6 Radiation in the Presence of Fields 91 6.1 Zeeman effect 91 6.2 Stark effect 91 6.3 Free-free radiation 96 6.4 Synchrotron and gyrosynchrotron radiation 101 6.5 Cerenkov radiation 110 6.6 The Faraday effect 110 7 Spectroscopy of Solid Materials 113 PART 2 Astronomical Spectroscopic Techniques 8 Optical Spectroscopes 119 8.1 Introduction 119 8.2 Diffraction gratings 120 8.3 Grating problems 129 8.4 Diffraction grating spectroscopes 133 8.5 Prisms 143 8.6 Prism spectroscopes 145 8.7 Fourier transform spectroscope (Michelson interferometer) 147 8.8 Fabry-Perot etalons 151 Specialized
    [Show full text]
  • An Update to the MARVEL Dataset and Exomol Line List for 12C2
    MNRAS 000,1–17 (2020) Preprint 11 September 2020 Compiled using MNRAS LATEX style file v3.0 12 An update to the MARVEL dataset and ExoMol line list for C2 Laura K. McKemmish,1? Anna-Maree Syme,1 Jasmin Borsovszky,1 Sergei N. Yurchenko,2 Jonathan Tennyson,2 Tibor Furtenbacher3 and Attila G. Császár3 1School of Chemistry, University of New South Wales, 2052 Sydney 2Department of Physics and Astronomy, University College London, London WC1E 6BT, United Kingdom 3Institute of Chemistry, ELTE Eötvös Loránd University and MTA-ELTE Complex Chemical Systems Research Group, H-1518 Budapest 112, P.O. Box 32, Hungary Accepted XXX. Received YYY; in original form ZZZ ABSTRACT The spectrum of dicarbon (C2) is important in astrophysics and for spectroscopic studies of plasmas and flames. The C2 spectrum is characterized by many band systems with new ones still being actively identified; astronomical observations involve eight of these bands. Recently, Furtenbacher et al. (2016, Astrophys. J. Suppl., 224, 44) presented a set of 5699 12 empirical energy levels for C2, distributed among 11 electronic states and 98 vibronic bands, derived from 42 experimental studies and obtained using the MARVEL (Measured Active Rotational-Vibrational Energy Levels) procedure. Here, we add data from 13 new sources and update data from 5 sources. Many of these 3 data sources characterize high-lying electronic states, including the newly detected 3 Pg state. Older studies have been included following improvements in the MARVEL procedure which allow their uncertainties to be estimated. These older works in particular determine 1 levels in the C Pg state, the upper state of the insufficiently characterized Deslandres– 1 1 d’Azambuja (C Pg–A Pu) band.
    [Show full text]
  • Outline of Natural Science
    Outline of natural science The following outline is provided as an overview of and study biological phenomena (organic chemistry, for topical guide to natural science: example). Natural science – a major branch of science that tries to explain, and predict, nature’s phenomena based on 2.1.1 Physics empirical evidence. In natural science, hypothesis must be verified scientifically to be regarded as scientific the- • • Physics – physical science that studies matter ory. Validity, accuracy, and social mechanisms ensur- and its motion through space-time, and related ing quality control, such as peer review and repeatabil- concepts such as energy and force ity of findings, are amongst the criteria and methods used • Acoustics – study of mechanical waves in for this purpose. Natural science can be broken into 2 solids, liquids, and gases (such as vibra- main branches: life science, and physical science. Each tion and sound) of these branches, and all of their sub-branches, are re- • ferred to as natural sciences. Agrophysics – study of physics applied to agroecosystems • Soil physics – study of soil physical 1 What type of thing is natural sci- properties and processes. • Astrophysics – study of the physical as- ence? pects of celestial objects • Astronomy – studies the universe beyond Natural science can be described as all of the following: Earth, including its formation and de- velopment, and the evolution, physics, • Branch of science – systematic enterprise that builds chemistry, meteorology, and motion of and organizes knowledge in the form of testable ex- celestial objects (such as galaxies, plan- planations and predictions about the universe.[1][2][3] ets, etc.) and phenomena that originate outside the atmosphere of Earth (such as • Major category of academic disciplines – an aca- the cosmic background radiation).
    [Show full text]
  • Arthur L. Schawlow Papers SC0554
    http://oac.cdlib.org/findaid/ark:/13030/kt2q2nf1zn No online items Guide to the Arthur L. Schawlow Papers SC0554 Daniel Hartwig Department of Special Collections and University Archives October 2010 Green Library 557 Escondido Mall Stanford 94305-6064 [email protected] URL: http://library.stanford.edu/spc Note This encoded finding aid is compliant with Stanford EAD Best Practice Guidelines, Version 1.0. Guide to the Arthur L. Schawlow SC0554 1 Papers SC0554 Language of Material: English Contributing Institution: Department of Special Collections and University Archives Title: Arthur L. Schawlow papers creator: Schawlow, Arthur L. Identifier/Call Number: SC0554 Physical Description: 98.25 Linear Feet Date (inclusive): 1949-1997 Abstract: These papers primarily document Schawlow's career at Stanford and include correspondence, 1951-1995; lecture notes and class files, 1980-1988, containing problem sets and solutions, exams, and other information; grant files; records from participation in professional organizations including American Physical Society, American Institute of Physics, and the Optical Society of America; and reprints of his and his students' articles, 1949-1994. Also included is correspondence, clippings, and brochures pertaining to autism, 1981-1989, including typescript of "Our Autistic Son" by Aurelia T. and Arthur L. Schawlow. Immediate Source of Acquisition note Gift of Arthur Schawlow, 1997-1998. Information about Access This collection is open for research. Ownership & Copyright All requests to reproduce, publish, quote from, or otherwise use collection materials must be submitted in writing to the Head of Special Collections and University Archives, Stanford University Libraries, Stanford, California 94304-6064. Consent is given on behalf of Special Collections as the owner of the physical items and is not intended to include or imply permission from the copyright owner.
    [Show full text]
  • NORMAN F RAMSEY HANS G DEHMELT and WOLFGANG PAUL
    Physics 1989 NORMAN F RAMSEY for the invention of the separated oscillatory fields method and its use in the hydrogen maser and other atomic clocks HANS G DEHMELT and WOLFGANG PAUL for the development of the ion trap technique THE NOBEL PRIZE IN PHYSICS Speech by Professor Ingvar Lindgren of the Royal Swedish Academy of Sciences. Translation from the Swedish text. Your Majesties, Your Royal Highnesses, Ladies and Gentlemen. This year’s Nobel Prize in Physics is shared between three scientists, Professor Norman Ramsey, Harvard University, Professor Hans Dehmelt, University of Washington, Seattle, and Professor Wolfgang Paul, University of Bonn, for “contributions of importance for the development of atomic precision spectroscopy. ” The works of the laureates have led to dramatic advances in the field of precision spectroscopy in recent years. Methods have been developed that form the basis for our present definition of time, and these techniques are applied for such disparate purposes as testing Einstein’s general theory of relativity and measuring continental drift. An atom has certain fixed energy levels, and transition between these levels can take place by means of emission or absorption of electromagnetic radiation, such as light. Transition between closely spaced levels can be induced by means of radio-frequency radiation, and this forms the basis for so-called resonance methods. The first method of this kind was introduced by Professor I. Rabi in 1937, and the same basic idea underlies the resonance methods developed later, such as nuclear magnetic resonance (NMR), electron-spin resonance (ESR) and optical pumping. In Rabi’s method a beam of atoms passes through an oscillating field, and if the frequency of that field is right, transition between atomic levels can take place.
    [Show full text]