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

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

Почему современные болиды стали тише: куда исчез рёв гоночных моторов?

Раньше звук болида Формулы-1 было сложно перепутать с чем-либо другим. Высокочастотный рёв двигателя разносился по всей трассе, а во время разгона казалось, что мотор буквально разрывает воздух....

Керосинка наносит ответный удар. Ретро-дизайн и современная яркость. Обзор Moslighting MOS-M1

Огромная ёмкость аккумулятора, теплый и яркий нейтрально-белый свет, плавная регулировка яркости и уютная внешность старой-доброй «керосинки». Кемпинговый фонарик от Moslighting в очередной раз...

В холодную или кипящую воду класть картофель: почему результат получается разным

Казалось бы, что может быть проще варёной картошки? Почистили клубни, положили в кастрюлю, залили водой и поставили на плиту. Но даже здесь возникает вопрос, из-за которого хозяйки могут...

Красный плюс на светофоре: что означает этот сигнал и как правильно действовать водителю

На сложных перекрёстках в ряде стран можно встретить светофор с дополнительной секцией, в которой горит красный символ в виде плюса. Этот сигнал вызывает вопросы даже у опытных водителей, привыкших...

Почему нельзя ждать, пока гейзерная кофеварка зашипит, и зачем макать ее в холодную воду: как сварить дома густой кофе без горечи

Характерное бурление и шипение, которые раздаются из гейзерной кофеварки в конце ее работы, большинство людей воспринимают как сигнал о том, что кофе готов. Однако замеры температуры и давления...

Инструкция по сборке Вселенной: почему для симуляции одного человека хватит энергии настольной лампы

В чилийской пустыне Атакама, на высоте двух с половиной тысяч метров, работают телескопы Паранальской обсерватории. Свет далеких галактик, который улавливают здешние зеркала, летит сквозь космос...