Наглядная визуализация для осознания величин в микромире на примере атома водорода

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Оффтопик

Тема наглядной визуализации мне кажется довольно интересной и сегодня поговорим о визуализации микромира (возможности представления и осознания бесконечно малых размеров на основе привычных объектов) на примере атома водорода, но в масштабе, который можно легко себе представить и осознать.

Источник иллюстрации - pixabay.com

В школьном курсе физики, строение атомов представлено в соответствии с планетарной моделью Резерфорда. В центре атома расположено ядро, имеющее положительный заряд. Вокруг ядра по орбитам движутся электроны, которые имеют отрицательный заряд. А "суммарно" сам атом нейтрален. Водород же имеет всего один электрон, который по орбите движется вокруг ядра.

Схема атома водорода
Фото атома водорода. Источник иллюстрации - ru.pinterest.com

Понятно, что измерить радиус атома, а тем более ядра и электрона невозможно ни с помощью сильнейшего микроскопа, ни тем более линейкой. Поэтому ученые пытаются измерить данные величины "косвенными" методами. С развитием науки, техники и технологий официальные данные "замеров" величин микромира доказываются, меняются, уточняются. Давайте для нашей визуализации возьмем принятые (понятно, что с большим допуском) в "научно-популярном" мире размера атома и его "составных частей".

Давайте увеличим радиус атома до размеров футбольного поля, т.е. до 100 метров (стандартный размер футбольного поля от 100 до 120 метров. Возьмем самое "короткое"). Увеличив во столько же раз размеры ядра и электрона получим в наших пропорциях радиус ядра - 1 см, а радиус электрона - 0,1 см. Диаметры же ядра и электрона будут 2 см и 0,2 см соответственно. Под эти размеры как нельзя лучше подпадают черешня и головка спички - их и возьмем для визуализации.

Получаем такую "картинку". За одними воротами расположим черешню (это ядро), за другими спичечную головку (это электрон). Длина самого поля - это радиус атома.

Пусть "официально признанные" в микромире размеры атома и его "составных частей" довольно приблизительны, но теперь, в другом масштабе, стали понятны относительные размеры атома водорода, ядра, электрона и расстояния между ядром и электроном в атоме.

Если тема статьи Вам показалась интересной, то можете ознакомиться со статьей о "визуализации", но уже макромира - "Наглядная визуализация для осознания больших величин на примере Солнца, Земли и скорости света".

19 комментариев

Добавить комментарий

t
Про пропорции знал, но теперь знаю ещё лучше.
mixtrum
На данной фотографии вы видите не конкретно «застывшие» ядро и электрон атома водорода, а фактически волновую функцию атома! Фото было сделано с помощью квантового микроскопа.
mixtrum
Методика получения фотографии атома водорода:
После облучения лазерными импульсами, ионизированные электроны покидали свои орбиты и по измеренной траектории попадали в 2D детектор (двойная микроканальная пластина [MCP]. Детектор расположен перпендикулярно к самому полю). Существует множество траекторий, по которым могут перемещаться электронов до столкновения с детектором. Это обеспечивает исследователей набором интерференционных картин, — моделей которые отражают узловую структуру волновой функции.
Исследователи использовали электростатическую линзу, которая увеличивает исходящую волну электронов более чем в 20000 раз.
Ketchup
в другом масштабе, стали понятны относительные размеры атома водорода, ядра, электрона и расстояния между ядром и электроном в атоме.

Есть есть еще один вариант объяснения размеров микромира. Вы хотите пиво и вы ядро атома, а банка пива это электрон. Так вот, если вы водород, то сгонять за пивом недалеко, ближайший магазинчик или ларек в 100 метрах. А вот если вы как уран, то бежать гораздо дальше, во всех ближайших ларьках очереди от более легких друзей. Да и так получается, что водород легкий на подъем, а уран тяжелый домосед.
M
Да что там считать? В классическом приближении минимальный средний радиус атома водорода можно выразить из уравнения p^2/(m * R) = e^2/(4 * pi * e0 * R^2), где p = h/(2 * pi * R). У меня получился R = 1,26 * 10^-12
6730024400657116025@mailru
То есть, все физические тела, в том числе и наши собственные, в основном состоят из пустоты, в которой ядра и электроны суть мизерный процент от объёма.
SgtHartman
Что-то вроде поролона)
1
Давно читал статью, если убрать все пустоты, то Эйфелевая башня (вроде про нее речь шла) будет с размером сахарного кубика
KuramoriReika
Это сейчас мало кого интересует. У нас два поколения овощей подросло. Такие едва ли правописание на приемлемом уровне освоили, а вы тут про атомы водорода. Гораздо интереснее будет рассмотреть вопрос снятия запрета на эксперименты над геномом. Медицина у нас до сих пор 19 века
1
Вот интересно, с водородом более менее понятно, а что на счёт атома железа или алмаза? Откуда такая твердость, если разлет ядра и электрона такой большой?
2
Атом алмаза? Таких нет. Есть атом углерода. А твердость достигается структурой кристаллической решетки. Если бы уроки химии не прогуливали, знали бы…
1
По сути, ничего нету, кругом пустота )
116754531522084027960@google
Интересно, и познавательно.
240733378@vkontakte
Можно, выбрав определённую скорость уменьшаться до бесконечности: день, неделю, годы, столетия. Через три месяца путешествия, ядро атома покажется размером с галактику Млечный Путь.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Планшет от бренда, известного пылесосами: обзор Dreame TROUVER FK01

Базовые планшеты тоже нужны. Тем более, за ~ 8 тысяч рублей. В этой статье покажу бюджетный 11-дюймовый планшет от бренда, известного своими пылесосами. На борту проверенный процессор Helio G99,...

Как мозг человека и животных распознает запахи — ученые нашли общую систему, сохраненную в ходе эволюции

Способы физического взаимодействия с запахами у разных видов млекопитающих существенно различаются. Мелкие грызуны исследуют пространство с помощью высокочастотного дыхания, совершая от 10 до 12...

Роналду против Испании, Месси против Египта: гид по 1/8 финала ЧМ-2026

Первый раунд плей-офф остался позади. Кто-то вылетел в серии пенальти, кто-то спасся в добавленное время, а кто-то просто раздавил соперника. Теперь осталось шестнадцать команд. И если групповой...

Как колибри умудряется летать назад — и почему другие птицы не могут так же?

Колибри демонстрируют уникальные среди птиц способности к маневрированию в воздухе, включая зависание и движение в различных направлениях. Большинство пернатых способны летать только вперед, тогда...

Кто такие «хоббиты» с острова Флорес и почему они вымерли? Как крошечный родственник человека меняет историю нашего вида

В 2004 году группа археологов проводила раскопки в известняковой пещере Лианг-Буа на индонезийском острове Флорес. На глубине нескольких метров исследователи обнаружили практически полный скелет...

Honor или Xiaomi в 2026 году: какой смартфон лучше купить и чем они отличаются

Еще несколько лет назад вопрос «Honor или Xiaomi?» чаще всего сводился к цене. Оба бренда предлагали хорошие характеристики за разумные деньги, поэтому выбор зависел от скидок или внешнего вида...