Symulator modelu atomu Bohra

Zagadnienia

• Atom
• Model atomu wodoru Bohra
• Linie widmowe wodoru
• Widmo emisyjne i absorpcyjne

Opis

Interaktywna aplikacja obrazująca model oddziaływania światła z atomem wodoru.

Źródło: https://github.com/ccnmtl/astro-simulations Na licencji GNU GPL V. 3

Niniejszy symulator jest reimplementacją HTML5/JavaScript symulatora atomu wodoru, który został opracowany w ramach The Nebraska Astronomy Applet Project.

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

Poziom

Szkoła średnia

Przykładowe cele nauczania

• Wyjaśnienie różnicy między widmem absorpcyjnym a emisyjnym promieniowania
• Zapoznanie z seriami widmowymi atomu wodoru
• Wprowadzenie do modelu atomu wodoru Bohra
• Zdefiniowanie pojęć: stan podstawowy i stan wzbudzony
• Opisanie, w jaki sposób model Bohra wyjaśnia widmo promieniowania atomu wodoru

Przykładowe materiały teoretyczne

• Serie widmowe wodoru (Wikipedia)
• Model atomu Bohra (Khan Academy)
• Budowa atomu wodoru (Zintegrowana Platforma Edukacyjna)
• Model atomu wodoru Bohra (OpenStax)
• Wstęp do modelu atomu (Open AGH)

Sterowanie symulacją

Opis

Niniejszy symulator obrazuje model oddziaływania światła z atomem wodoru. Atom może pochłonąć kwant promieniowania elektromagnetycznego, którego energia odpowiada różnicy między energią wyższego poziomu a aktualną energią elektronu. Elektron na wyższym poziomie energetycznym będzie ulegał deekscytacji, przeskakując na niższy poziom i uwalniając foton, którego energia odpowiada różnicy energii między poziomami.

Fotony o energiach odpowiadających przejściom można wystrzelić za pomocą oznaczonych na dole przycisków. Alternatywnie, suwak na dole ekranu może być użyty do wybrania dowolnej energii dla fotonu, który ma być wysłany w kierunku atomu (za pomocą przycisku Wystrzel foton).

Można wyłączyć automatyczną deekscytację (przeskok elektronu na niższą orbitę) i włączyć ręczną za pomocą przełącznika na dole po prawej w panelu sterowania. “Zamrażamy” wtedy stan wzbudzony. Wysyłając odpowiedni foton możemy wtedy doprowadzić do przeskoku elektronu na orbitę wyższą lub, po wybraniu przycisku Upuść na, z rozwijanego menu można wybrać numer orbity niższej, na którą ma przeskoczyć elektron, a następnie ponownie nacisnąć przycisk Upuść na. Elektron można również przeciągnąć na dowolną orbitę (bez pochłaniania lub wysyłania fotonu).

Ekran symulacji

Uproszczenia modelu

• Animowane są tylko przeskoki między dozwolonymi orbitami, a pominięty jest ruch elektronu wokół jądra.
• Ze względu na niewielkie różnice energetyczne między orbitami o numerach wyższych, uwzględniono jedynie przeskoki między 6 pierwszymi.
• Wężyki reprezentujące fotony mają znaczenie czysto symboliczne, a ich kolor i pofalowanie mają jedynie uzmysłowić uczniom różnice w długościach fal.
• Czasy przejścia ze stanu wzbudzonego do podstawowego są w rzeczywistości kilka rzędów wielkości mniejsze niż te w symulacji.
• Możliwość wyłączenia automatycznego przechodzenia ze stanu wzbudzonego do podstawowego i ręcznego sterowania przejściami ma za zadanie jedynie ułatwić wywołanie przejść między orbitami o numerach wyższych niż jeden.

Sugestie dotyczące wykorzystania

Przykładowe polecenia

• Zbadaj wartość energii, jaką musi pochłonąć elektron znajdujący się w stanie podstawowym, aby przejść na drugi poziom.
• Jaką długość ma światło emitowane przez atomy wodoru przy przeskokach elektronów z orbity 4 na 2.
• Ile wynosi minimalna energia fotonu, który może doprowadzić do jonizacji atomu wodoru znajdującego się w stanie podstawowym.