مدل‌های اتمی | شبیه‌سازی تعاملی دالتون، تامسون، رادرفورد، بور و شرودینگر

مدل‌های اتمی داستان تحول فهم انسان از ساختار درونی ماده است. از زمانی که جان دالتون در سال ۱۸۰۳ اتم را به‌عنوان کره‌ای سخت و تجزیه‌ناپذیر معرفی کرد، تا اروین شرودینگر که در سال ۱۹۲۶ الکترون را به‌صورت ابری از احتمال توصیف کرد، هر مدل جدید بر پایه آزمایش‌های فیزیکی شکل گرفت که مدل قبلی را رد می‌کرد. در این شبیه‌سازی تعاملی مدل‌های اتمی در آزمایشگاه مجازی آی فیز، شما می‌توانید هر پنج مدل اتمی را بسازید، آزمایش معروف پراکندگی ذرات آلفا (آزمایش رادرفورد) را شبیه‌سازی کنید، و ببینید که چگونه هر مدل با شواهد تجربی سازگار یا ناسازگار می‌شود.

در این آزمایشگاه مجازی فیزیک، با افزودن پروتون، نوترون و الکترون و چیدمان آن‌ها، می‌توانید مدل‌های دالتون (کره توپُر)، تامسون (کیک کشمشی)، رادرفورد (هسته‌ای)، بور (مدارهای کوانتیزه) و شرودینگر (ابر الکترونی) را به‌صورت زنده بسازید. این شبیه‌سازی فیزیک نه تنها ساختار اتم را نشان می‌دهد، بلکه با شبیه‌سازی طیف نشری و گذارهای الکترونی، پیوند میان مدل اتمی و طیف‌های خطی را نیز برقرار می‌کند. دانش‌آموزان فیزیک دهم می‌توانند با انجام مأموریت‌های آموزشی، اتم‌های هیدروژن، هلیم، لیتیم، کربن و یون‌های سدیم و کلر را بسازند و درک عمیقی از آرایش الکترونی و اصل آفبا پیدا کنند.

اهمیت این آزمایش فیزیک فراتر از کتاب درسی است: از درک طیف‌های نشری ستارگان در اخترفیزیک تا طراحی لیزرها و نیمه‌رساناها، همه بر پایه مدل‌های اتمی و رفتار کوانتومی الکترون‌ها بنا شده‌اند. آزمایش رادرفورد که در این شبیه‌ساز قابل اجراست، یکی از مهم‌ترین آزمایش‌های تاریخ فیزیک است که نشان داد بیشتر حجم اتم فضای خالی است و بار مثبت در هسته‌ای کوچک و چگال متمرکز شده است. با استفاده از این آزمایشگاه مجازی، معلمان می‌توانند مفاهیم انتزاعی فیزیک اتمی را به‌صورت شهودی و تعاملی به دانش‌آموزان آموزش دهند.