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
| Рассуждения | 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

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.
D
Давно читал статью, если убрать все пустоты, то Эйфелевая башня (вроде про нее речь шла) будет с размером сахарного кубика
112501873313036785156@google
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
О
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?
Н
Атом алмаза? Таких нет. Есть атом углерода. А твердость достигается структурой кристаллической решетки. Если бы уроки химии не прогуливали, знали бы…
б
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

«Синдром плавающей утки»: как социальные сети загоняют нас в ловушку перфекционизма

В современном мире, где успешность всё чаще определяется количеством достижений, а не их глубиной и качеством, всё больше молодых людей, особенно в студенческой среде, оказываются в коварной...

KZ ZS10 Pro 2: обзор недорогих наушников для нетребовательных меломанов

В последнее время я крайне редко обозреваю продукцию популярной компании Knowledge Zenith. Дело в том, что многие новинки прошлых лет не привносили ничего нового в мир внутриканальных наушников....

Почему автомобильный аккумулятор может отказать летом

Лето — пора отпусков и отдыха, и часто владельцы автомобилей отправляются в путешествие на своей машине. Но жаркая погода может стать серьезным испытанием для аккумулятора. Многие...

Как вращаются атомные ядра? Физики объяснили аномалию в поведении

В глубинах материи, на уровне элементарных частиц, мир живет по своим особым законам, непостижимым для обыденного восприятия. Квантовая механика, наука, описывающая этот микромир, полна парадоксов...

Как перестать транжирить «от зарплаты до зарплаты» и начать откладывать деньги, если доход позволяет: советы на личном опыте

Знакомая ситуация: получаешь зарплату и думаешь — «ну вот, теперь заживём»! А через неделю смотришь на счёт и понимаешь, что половины денег как не бывало. Ещё через неделю остаётся...

«Проблема последнего парсека» решена? Астрофизики объясняют слияние черных дыр влиянием темной материи

В центрах галактик скрываются сверхмассивные черные дыры, чья масса может в миллионы и даже миллиарды раз превосходить массу нашего Солнца. Астрономические наблюдения показывают, что эти объекты не...