Oddziaływanie atomów

Zagadnienia

• Potencjał oddziaływania
• Wiązanie atomowe
• Siła Van der Waalsa
• Reguła Pauliego
• Potencjał Lennarda-Jonesa
• Oddziaływanie atomów

Opis

W symulacji Oddziaływanie atomów uczniowie badają, w jaki sposób siły przyciągania i odpychania zależą od odległości między atomami.

PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, https://phet.colorado.edu Na licencji CC BY 4.0

W opracowaniu niniejszego poradnika wykorzystano materiały PhET: Strona źródłowa symulacji, Teacher Tips (Rouinfar, sierpień 2023)

W szablonie strony wykorzystano kod html/css: phydemo.app.

Poziom

Szkoła średnia

Przykładowe cele nauczania

• Wyjaśnij, w jaki sposób siły przyciągania i odpychania rządzą interakcjami atomów.
• Opisz wpływ głębokości studni potencjału na oddziaływanie atomów.
• Porównaj studnię potencjału związanej pary atomów z niezwiązanymi parami.
• Opisz wiązania jako dynamiczne, a długości wiązań jako średnie odległości.

Sterowanie symulacją

Ekran symulacji

Zapoznaj się z oddziaływaniami pomiędzy różnymi atomami. Włącz strzałki pokazujące siły, aby zobaczyć zarówno wypadkowe siły działające na atomy, jak również siły przyciągania i odpychania.

Opcje dostosowywania

Poniższe parametry query umożliwiają dostosowanie symulacji i można je dodać, dołączając znak '?' do adresu URL symulacji i oddzielając każdy parametr query znakiem '&'. Ogólny wzorzec adresu URL to: …html?queryParameter1&queryParameter2&queryParameter3

Na przykład, jeśli w aplikacji Oddziaływanie atomów chcesz włączyć tryb projektora (colorProfile=projector), z wyłączonymi linkami zewnętrznymi (allowLinks=false), użyj: https://www.edukator.pl/tik_edukator/atomic-interactions_all.html?colorProfile=projector&allowLinks=false

Aby uruchomić to w języku polskim (locale=pl), adres URL będzie wyglądał następująco: https://www.edukator.pl/tik_edukator/atomic-interactions_all.html?locale=pl&colorProfile=projector&allowLinks=false

Wskazuje, że dostęp do tego dostosowania można uzyskać też z menu Preferencje lub Opcje... w symulacji.

Parametr query i opis	Przykłady
locale - określa język symulacji przy użyciu kodów ISO 639-1. Dostępne wersje językowe można znaleźć na stronie symulacji w zakładce Tłumaczenia. Uwaga: działa to tylko wtedy, gdy adres URL symulacji kończy się na “_all.html”.	locale=pl (polski) locale=fr (francuski)
colorProfile - zmienia kolory symulacji dla łatwiejszej projekcji.	colorProfile=projector
allowLinks - jeśli false, wyłącza linki, które prowadzą uczniów do zewnętrznego adresu URL. Domyślnie jest true.	allowLinks=false

Ułatwienia dostępu

Tryb projektora i tryb pełnoekranowy

Po kliknięciu logo PhET (na dole po prawej) pojawia się okno zawierające informacje dotyczące symulacji. Możemy tu zmienić sposób jej wyświetlania.

Klikając Pełny ekran przechodzimy do trybu pełnoekranowego (powrót - klawisz escape).

Klikając Opcje… w pojawiającym się oknie możemy zaznaczyć Tryb projektora, aby ułatwić projekcję. Następuje wtedy odwrócenie kolorów, tak jak na zrzucie ekranu poniżej.

Wersje offline, niewymagające połączenia z internetem

Dostępne są również wersje symulacji niewymagające połączenia z internetem.

Aplikacja PhET Desktop zawiera wszystkie symulacje HTML5 i Java, w tym ich tłumaczenia, do użytku offline w systemach Windows i macOS (dostępne po zalogowaniu tu). Symulacje HTML5 nie wymagają dodatkowego oprogramowania, natomiast do uruchamiania dowolnych symulacji Java w aplikacji komputerowej jest wymagany Java SE Development Kit 8.

Za symboliczną opłatą możemy pobrać w postaci jednej aplikacji wszystkie materiały PhET, które zostały opublikowane w html5. Telefony, tablety i Chromebooki (z systemem Android): Google Play. iPhone'y i iPady (aplikacja na iOS): App Store

Darmową wersję desktopową tej aplikacji pobierzemy bezpośrednio klikając tu - wersja _pl zawiera polską (domyślną) i angielską wersję językową i tu - wersja _all zawiera angielską (domyślną) i wszystkie inne dostępne wersje językowe lub ze strony PhET (klikając przycisk ze strzałką przy wybranej wersji językowej):

Spostrzeżenia na temat korzystania z aplikacji przez uczniów

• Strzałki reprezentujące siły są domyślnie wyłączone, ponieważ uczniowie podczas wywiadów uważali je za początkowo przytłaczające.
• Ankiety wśród uczniów wykazały również, że uznali strzałki oznaczające wektory sił za pomocne w zrozumieniu wykresu energii potencjalnej.

Uproszczenia modelu

• Oddziaływanie między dwoma atomami jest modelowane za pomocą potencjału Lennarda-Jonesa.
• Promień atomowy, który odpowiada σ (sigma), to promień Van der Waalsa.
• Dla tlenu dwuatomowego, epsilon (ε) w przybliżeniu odpowiada średniej energii wiązania. Sigma (σ) została obliczona na podstawie średniej długości wiązania, ponieważ dno studni energii potencjalnej znajduje się w równowagowej odległości wiązania.
• Zachowanie wiązania tlen-tlen nie jest wyraźnie pokazane w tej symulacji, ponieważ wymagałoby to trzeciego atomu do odprowadzenia nadmiaru energii. Jednak głębokość studni i siły między atomami tlenu są znacznie większe, co jest zgodne z parą wiążącą.

Sugestie dotyczące wykorzystania

Wskazówki dotyczące wszystkich symulacji zawarte są w informacjach ogólnych.

Więcej porad dotyczących korzystania z symulacji z uczniami można znaleźć na stronach PhET w sekcji Wskazówki dotyczące korzystania z PhET.

Przykładowe polecenia

• Opisz, w jaki sposób siły przyciągania i odpychania wpływają na oddziaływanie między dwoma atomami.
• Wyjaśnij związek pomiędzy siłami przyciągania pomiędzy atomami a wykresem energii potencjalnej pary atomów.
• Porównaj i skontrastuj zachowanie i wykres energii potencjalnej dla wszystkich par atomów.
• Opisz, co musiałoby się wydarzyć, aby tlen utworzył wiązanie dwuatomowe.
• Zdefiniuj wartości σ i ε.

Zobacz wszystkie opublikowane na stronach PhET aktywności dla Oddziaływanie atomów tutaj (dostęp do materiałów wymaga zalogowania).