ПРИЧА О АТОМУ – “гледање” невидљивог

1. ПРИЧА О АТОМУ – “гледање” невидљивог Приповедач: Љубиша Нешић (Одсек за физику Природно-математички факултет у Нишу и Одељење за ученике са склоностима за физику и природне науке) 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

2. Божић је био – шта су говорили велики умови о томе чиме се Он бави Једна од великих расправа 20. века “Он не баца коцкице” “Е баш ћеш ти да Му кажеш шта ће да ради” “Он не само да се игра коцкицама већ их често баца и на таква места где не можемо да их видимо” 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

3. Било је и старијих Великих дебата Да ли материја може да се дели на све мање и мање делове заувек? Шта ви мислите? ДА! НЕ! 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

4. Модели атома: Грчки Democritus (460-370 B.C.) Дељење материје на ситније делове има крај • Најмањи део = “атом” (грчки “a”=не “thomos” = “дељив”) • Није имао начина да сазна како “атом” (хипотетичка недељива честица) изгледа. 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

5. “АТОМ” = недељив … наставимо да сецкамо добијене парчиће и даље на на половине… Замислимо да имамо парче злата и да га поделимо на пола… …и да поделимо те мање делове на пола… Gold Go ld 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

6. Један атом злата “АТОМ” = недељив На крају ће нам остати 1 парче злата. Ако га поделимо на “пола”, оно што добијемо више неће бити злато – добићемо нешто друго. Најситинији делић који има особине злата је атом злата.Атом је најмања честица елемента која има његове особине. …настављамо даље… …и даље… …и наставимо даље… 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

7. Демокрит Изнео је хипотезу да су атоми: • Мали & чврсти • различитих облика и величине • бесконачно много их има • да се увек крећу • да су способни да се спајају Али му нико није веровао 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

8. Зашто? • Најутицајнији филозофи антике, Аристотел и Платон су имали другачију (данас знамо погрешну) теорију – све се састоји од 4 елемента који могу да се до у бесконачност деле. • Сем тога – Демокрит није имао доказе за своју тврдњу – његове атоме нико никада није видео • зашто? па превише су ситни • Пролазило је време а ова идеја је била покопана скоро 2000 година 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

9. А након тога… • Знања грчке цивилизације била су заборављена и анатемисана • 1600-1700: Појављују се експерименти који су подржали Демокритове идеје. • Златно доба хемије • Роберт Бојл (1627-1691) • Антоан Лавоазије (1743-1794) 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

10. Далтон (1766-1844) • Енглески хемичар и наставник • Извршио пуно експеримената проучавао гасове и формулисао “модерну” атомску теорију 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

11. Модел атома: Далтон 1. Елементи се састоје од атома; атоме не можемо да уништимо - разоримо 2. Атоми истог елемента су међусобно једнаки 3. Aтоми различитих елемената се разликују 4. Једињења се стварају спајањем 2 атома 5. Како изгледа Далтонов атом? 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

12. 1897: J.J. Thomson • Енглески физичар • Експериментисао са катодни цевима Cathode-Ray Tubes (CRTs) • Открио честицу коју данас зовемо електрон 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

13. Одакле су оне дошле? Томсон, 1897. • Томсон је проучавао пролазак електричне струје кроз гасове. • Приметио је да се јављају мистериозне честице које долазе са катоде • скреће их магнетно и електрично поље • врло су мале и негативно су наелектрисане !? • Атом је неутралан и недељив– одакле сад негативне честице одједном? 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

14. Томсон је закључио да негативна наелектрисања долазе из атома. Дакле – ствари мање од атома морају да постоје. Атом је дељив!! Томсон је то негативно наелектрисање назвао “корпускула” (најситнија честица) а данас се оно назива електрон. Како је гас био неутралан, Томсон је закључио да, осим негативног, мора да постоји и позитивно наелектрисање у атому Проблем - нико га до тада није “видео”. 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

15. Модел атома: Џеј Џеј Томсон • Атоми су неутрални… КАКО? • у њему мора да постоје “+”наелектрисања као равнотежа “-” наелектрисањима • + и – су сконцентрисани у атому који је Томсон назвао “пудинг са сувим грожђем” • електрони су уроњени у “море” непрекидно по простору атома распређеног позитивног наелектрисања” 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

16. *Модел атома: Џеј Џеј Томсон - слајд за дипломиране физичаре - • центри + и – наелектрисања се поклапају! • шта ако код водоника “ухватимо” електрон и померимо га мало из равнотежног положаја и пустимо • почиње хармонијско осциловање • којом фреквенцијом? • = фреквенцијом прве линије Лајманове серије!!! 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

17. Ко је следећи? Радефорд – Томсонов студент, 1911. година 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

18. не отварај + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + поглед "у" злато Радефордов експеримент покрени експеримент 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

19. Ернест Радефорд • Закључци из 1911. године • Атом је углавном празан, тј. + налектрисање се не налази свуда по атому! • “веома, веома мала, масивна, јако + наелектрисана честица ... окружена танком негативно наелектрисаном љуском • малу, масивну и веома наелектрисану честицу је назвао језгро – нуклеус (нуклеарни модел) 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

20. Радефордов – нуклеарни -модел Електрони Празан простор Језгро + наелектрисано 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

21. “Нуклеарни модел” • 1911 – 1913 • Ернест Радефорд • Атом је углавном празан • Има веома мали, али веома густ, нуклеус (језгро) у центру (+ наелектрисан) • Електрони (- наелектрисани) орбитирају око језгра као планете око Сунца 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

22. Шта не ваља код Радефордовог модела? • “Само то” што није стабилан: Привлачење негативних електрона и позитивног језгра – електрон на крају пада на њега. • Има још: Зрачење које се при томе јавља мора да буде континуално. • Проблем је што није континуално у пракси – зраче се одређене боје!!!! - - + - - - 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

23. Нилс Бор • Радефордов пријатељ • Анализирао спектралне линије водоника • Приметио да нуклеарни модел не може да их објасни • Електрони се окрећу око језгра • Класична физика: • губе енергију зрачењем континуално и • падају на језгро • У реалности се не дешава ни једно ни друго!!! 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

24. Борове идеје-Боров планетарни модел • Електрони се крећу око језгра по стабилним орбитама и при том не емитују зрачење. • Електрон на таквој (стабилној) орбити има одређену енергију. • Енергија се зрачи када електрони прелазе са више орбиту на нижу. 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

25. hf + 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

26. hf + 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

27. Енергија се емитује као фотон енергије која је тачно једнака енергијској разлици нивоа + - - 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

28. Шема енергијских нивои • Могуће енергије које електрон може да има у атому могу да се представе дијаграмом енергијских нивоа . 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

29. Водоник и његов “отисак прста” 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

30. Боров модел - проблеми • добро објашњава атом водоника и њему сличне • не објашњава енергијске нивое него их постулира – не знамо зашто су баш толике енергије, • ... 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

31. Луј-Виктор де Брољи (Louis-Victor de Broglie) • Честице имају карактеристике таласа • Тачасно-честична дуалност у природи • Применљиво на све таласе и на све честице • Што је честица масивнија слабије је изражена њена таласна природа.  • Електрони – веома мале масе, испољавају значајна таласна својства. • Електрони се крећу толико брзо да је немогуће одредити њихову тренутну позицију 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

32. Таласни модел - почеци 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

33. Ирвин Шредингер(Erwin Schrödinger) • 1926 • Шредингерова (таласна) једначина • даје вероватноће да се електрони нађу на неким местима око језгра – имају максимум тачно на Боровим орбитама 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

34. Електронски “облаци” 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

35. Електронски облаци – квантно-механички модел • Електрони се не крећу око језгра атома по тачно одређеним путањама (као што то чине планете око Сунца) 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

36. * Одговарајуће орбитале обележавају се ознакама које представљају почетна слова речи за линије у спектралним серијама l = 0 s ( sharp – оштра ) l = 1 p ( principal - главна) l= 2 d ( diffuse -дифузна) l = 3 f ( fundamental-основна) 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

37. * Одговарајуће орбитале обележавају се ознакама које представљају почетна слова речи за линије у спектралним серијама l = 0 s ( sharp – оштра ) l = 1 p ( principal - главна) l= 2 d ( diffuse -дифузна) 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

38. Где смо данас? • Модел електронских облака (облаци вероватноће) • И тај модел има недостатке • Тешко га је прихватити јер се крећемо у свету великих и спорих тела а атоми и њихови саставни делови су мали и брзо се крећу • Борове речи: • “Онај ко није шокиран када се упозна са квантном механиком вероватно је није ни разумео." 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

39. Да ли су сви сагласни са том теоријом? • Нису 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

40. Божић је био – шта су говорили велики умови о томе чиме се Он бави Једна од великих расправа 20. века “Он не баца коцкице” “Е баш ћеш ти да Му кажеш шта ће да ради” “Он не само да се игра коцкицама већ их често баца и на таква места где не можемо да их видимо” 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

41. Једна од великих расправа 20. века – на тему електронских облака “Бог не баца коцкице” “Неће Ајнштајн да говори Богу шта ће да ради” “Бог не само да се игра коцкицама већ их често баца и на таква места где не можемо да их видимо” 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

42. Нека вам рад на кампу буде забаван и • надмашите своје учитеље 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

43. 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

44. 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

45. 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

46. 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.

47. Структура материје Демокрит: добро наоштримо “нож” и почнемо да рецкамо материју – шта ћемо “видети”? 5. Зимски камп физике и информатике – Сокобања 8-15.јануар 2011.