Цитата:
Код:
[img][url][c][/c][/url][/img]
Как построить модель атома.
Тему в DXDY «Движение электрона в атоме» за год просмотрели около 2400 гостей и участников форума. Создается впечатление, что те-ма представляет некоторый интерес. Для наглядности предлагается схема конструкции механической модели одноэлектронного атома не в качестве утверждения, а как повод к размышлению.
Модель демонстрирует движение электрона в атоме, процесс элек-тронного излучения и образование шарообразной формы атома.
Конструкция модели.
Рис.1.
Предлагается принципиальная схема конструкции квантово-механической модели с движущимся электроном в атомной оболочке и с вращением плос-кости орбиты одновременно вокруг трех пространственных осей (см. Рис 1).
Модель атома по прилагаемой схеме состоит из следующих основных час-тей.
1. Ядро атома.
2. Орбита электрона с встроенными в нее электрическими лампочками.
3. Механизм привода во вращение модели.
4. Электрическая цепь питания электрических лампочек, образующих при вращении плоскости орбиты «бегущий огонь».
Ядро атома (1) представляет шарик, расположенный в одном из фокусов эллиптической орбиты (2) электрона на жесткой оси (3). На одной из ветвей эллиптической орбиты установлены электрические лампочки (4). Пределы электронной оболочки на схеме обозначены пунктирными концентрическими окружностями. Механизм привода во вращение плоскости орбиты состоит из следующих деталей:
Рис1.
– Стойка или опора (5). На опоре жестко закреплен первый шкив (6) пасси-ковой передачи вращения. Через центр первого шкива проходит вал (7) с руч-кой (8) приводного механизма. Через опору от источника тока (9) проведены электропровода к коллектору (10).
-Валом (7)приводится во вращение диск(11), на котором диаметрально ус-тановлены стойки (12). На диске (11) установлены щетки коллектора (10) и сквозь него проведены провода во внутреннюю полость приводного механиз-ма.
-В стойках (12) имеются отверстия для полуосей (13) рамки (14).
-На угловом соединении Диска (11) и одной из стоек (12) установлены два направляющих ролика (15) пассиковой передачи вращения. На этой же стойке с внутренней стороны жестко установлен шкив (16) пассиковой передачи вра-щения. На второй стойке с внутренней стороны установлен второй коллектор (17) электропередачи.
-Рамка (14) является одним из узлов передаточного механизма вращения от привода к модели. Она имеет две полуоси (13), свободно вращающиеся в от-верстиях стоек (12). Полуоси жестко связаны с рамкой. На одной полуоси рамки за пределами стойки (12) жестко установлен шкив (18) первой пассико-вой передачи вращения. На противоположной стороне рамки с внешней ее стороны установлены токосъемные щетки коллектора(17). От токосъемных щеток на внутреннюю поверхность рамки проходят электропровода.
- Через рамку перпендикулярно линии ее полуосей установлена ось (3) мо-дели атома. Она свободно проходит через стенки рамки, что обеспечивает вращение модели внутри рамки. На одном конце оси (3) (справа на рисунке) за пределами рамки жестко установлен шкив (19) второй пассиковой передачи вращения. Второй конец оси (3) свободно проходит через противоположную стенку рамки. На внутренней стороне рамки, обращенной в сторону шкива (19), установлен электроколлектор (20). На стойке (12 на рисунке внизу) жест-ко установлен шкив (16) второй пассиковой передачи. На второй стойке (12 на рисунке вверху) на внутренней стороне установлен второй коллектор (17) электропередачи.
- Токосъемные щетки коллектора (20) на орбите (2) электрона установлены в наиболее удаленной точке от ядра атома и жестко закреплены на оси орби-ты.
-На орбите (2) в наиболее удаленной точке от ядра атома установлены то-косъемные щетки коллектора (20) жестко связанные с осью орбиты(2).
-Для передачи вращения модели атома от шкива (16) к шкиву (19) на углу рамки установлено два направляющего ролика (21).
-Электрические лампочки (4) при вращении модели атома загораются поочередно и образуют «бегущий огонь» по орбите электрона, что оз-начает след излучающего (светящегося) электрона. «Бегущий огонь» должен иметь направление движения по нисходящей ветви орбиты от наиболее удаленной ее точки от ядра атома в сторону наиболее при-ближенной точки орбиты к ядру атома.
Схема электропитания.
Коллектор 10 Коллектор17 Коллектор 20
Рис.2.
Контакты в коллекторе (20) должны быть разными: один контакт должен быть кольцевым, второй должен быть достаточно узким, чтобы обеспечивал включение только одной лампочки. Контактных щеток в коллекторе должно быть равное количеству лампочек и одна щетка на обратный ток.
Лампочек может быть сколько угодно, лишь бы они обеспечивали перемещение (излучение) электрона по одной ветви орбиты (нисходя-щей).
Внутреннюю поверхность коробки целесообразно покрыть черным материалом или краской.
В предлагаемой модели установлено 7 лампочек. Меньшее количест-во лампочек не обеспечивает непрерывность «бегущего огня». На вос-ходящей ветви орбиты лампочки не загораются, это означает, что элек-трон находится в режиме поглощения.
Сборка модели.
Предлагаемая модель собрана в коробке 300×300 мм.
Орбита изготовлена и вытянута в эллипс из полоски пластиковой бу-тылки диаметром около 70мм. (Можно склеить соответствующее коль-цо из ленточки). На одной половине эллипса вмонтированы лампочки карманного фонаря в количестве 7 штук. Через эллипс (орбиту) пропу-щена большая ось из проволоки диаметром 5мм с некоторым запасом длины. На проволоке должна быть нарезана резьба М5, М4, она потре-буется для изменения эксцентриситета эллипса при помощи гайки внут-ри орбиты. В одном из фокусов орбиты расположен шарик, по возмож-ности блестящий. Изготовленную модель разместить в квадратной рамке из оргстекла. Размер ее должен обеспечить свободное вращение модели внутри нее. Относительно рамки уже изготавливаются и осталь-ные детали.
Вал (7) целесообразно установить диаметром 10мм в соответствую-щем подшипнике (желательно в совмещенных двух), так как на него приходится основная нагрузка при вращении модели. Опору и заднюю стенку целесообразно изготовить из деревоплиты толщиной в 10 мм. Диск (11) можно изготовить из деревоплиты толщиной 5-7мм. Шкивы и ролики можно склеить из кружков фанеры под толщину пассиков. Тре-буемые пассики подобрать сложновато, но их можно аккуратно связать из электроизоляционной резины. Так что в основном надо проявить и собственную смекалку.
Если есть условия вместо дерева применить металл, то это еще луч-ше и надежнее.
Работа модели.
Вращением приводной ручки приводится во вращение диск 11.При вращении диска 11 пассик первой передачи вращения обкатывается во-круг шкива 6 и через ролики 15 приводит во вращение шкив 18 и рамку вокруг полуосей. При вращении рамки пассик второй передачи враще-ния обкатывается вокруг шкива 16 и через ролики 21 приводит во вра-щение шкив 19. Шкив 19 приводит во вращение плоскость орбиты элек-трона вокруг большой оси эллипса. Таким образом, достигается одно-временное вращение плоскости орбиты вокруг трех пространственных осей. Электрические лампочки загораются поочередно по нисхо-дящей ветви орбиты, что соответствует режиму излучения электрона. На восходящей ветви орбиты не горят, что соответствует режиму по-глощения, и электрон не виден. При очень медленном вращении наблю-дается отдельное загорание каждой лампочки, что соответствует поло-жению электрона в области орбитали в каждом отдельном случае. При ускоренном вращении поочередное загорание лампочек сливается в све-тящийся след электрона в виде кривых линий вокруг ядра атома. При очень быстром вращении светящиеся следы электрона сливаются в ша-рообразное размытое облако вокруг ядра атома. Такая разновидность наблюдений движения электрона в атоме объясняется физиологиче-ским свойством нашего зрения.
Рис.3. Рис.4. Рис.5. Рис.6.
На Рис 3 ― 6 представлены некоторые фотографии модели.
Следует отметить, что на модели не отчетливо видны границы орбитали электрона (Рис.7). Чтобы видеть ее целесообразно внутренние лампочки на орбите выключить или убрать, а оставить наиболее приближенную к ядру атома и наиболее удаленную от ядра атома лучше разного цвета.
Рис.7.
При движении электрона одновременно вокруг ядра атома и вокруг пространственных осей X, Y и Z наиболее удаленная точка орбиты описывает внешнюю сферическую границу орбитали.
Ближайшая к ядру точка орбиты описывает внутреннюю сфериче-скую границу орбитали.
Желтым цветом заштрихована плоскость орбиты.
Серым цветом заштрихована орбиталь ― околоядерное пространст-во, в котором может находиться электрон при движении вокруг ядра атома.
В белом пространстве вокруг ядра атома могут быть орбитали других электронов.
Спин электрона в модели не отображается. Предположительно спин электрона происходит при возникновении метацентра (смещения элек-тронного центра тяжести) относительно ядра атома. А взаимодействие электрона с квантово-волновым набегающим потоком изменяет про-странственную ориентацию плоскости орбиты.
