Атомдардың өзара әрекеттесуі

PhET “Atomic interactions” виртуалды симуляциясын пайдалану бойынша қадамдық нұсқаулық:

1. Атомдар жұбын таңдаңыз: симуляция әртүрлі элементтер арасындағы өзара әрекеттесуді зерттеуге мүмкіндік береді. Қол жетімді тізімнен жұп атомдарды таңдаңыз (мысалы, Аргон-Аргон).

2. Потенциалдық энергия графигіне назар аударыңыз: графиктің астында сіз екі атомды көресіз. Біреуі бекітілген, ал екіншісін жылжытуға болады. Графикте потенциалдық энергияның (y осі) атомдар арасындағы қашықтыққа (x осі) тәуелділігі көрсетілген. Жылжымалы атомның орны графикте көрсетілген.

3. Қашықтық пен энергияның байланысын зерттеңіз: Диаграммадағы потенциалдық энергияның өзгеруіне назар аударыңыз. Бос атомды жақындатыңыз: қашықтық азайған сайын (атомдар бір-біріне жақындайды) потенциалдық энергия теріс болады (графиктегі терең төмендеуі). Бұл электрондардың таралуындағы уақытша тербелістерден туындауы мүмкін тартылыс күшін көрсетеді (ван-дер-ваальс күштері).

4. Бос атомды бекітілген атомға барынша жақындатыңыз: атомдар тым жақын болған кезде потенциалдық энергия күрт артады (график тік көтерілуді көрсетеді). Бұл атомдардың толық қабаттасуына жол бермейтін күшті – тебілу күшін білдіреді. Бұл Паули принципіне сәйкес келеді, оған сәйкес бір орбитадағы электрондар бір-бірінен тебіледі. Егер Атом экраннан жоғалып кетсе, оны қайтару үшін “Return atom” түймесін пайдаланыңыз.

5.Күштерді бақылаңыз: “Forces” тақтасын ашыңыз. Сіз “Total force” немесе “Attractive” және “Repulsive” жеке күш векторларын көрсетуді таңдай аласыз. Бұл атомдар қозғалған кезде оларға әсер ететін күштерді көзбен көруге көмектеседі.

6.Симуляция жылдамдығын бақылау: бос атомды кідірту, алға қадам жасау немесе баяулату үшін симуляция басқару элементтерін пайдаланыңыз. Бұл өзгерістерді мұқият бақылауға мүмкіндік береді.

7. Байланысты және байланыссыз жұптарды салыстырыңыз: симуляцияны қайта жүктеңіз және Неон-Неон (байланыссыз) немесе оттегі-оттегі (байланысқан) сияқты басқа атомдар жұбын таңдаңыз. Осы жұптар үшін потенциалдық энергия графиктерінің пішіндерін салыстырыңыз.

8. Графикті талдаңыз: потенциалдық энергияның барлық графигін анық көру үшін масштаб құралын пайдаланыңыз. Бұл потенциалдық энергия мәндерінің нөлден төмен мәнін көруге көмектеседі.

9. Сигма мен эпсилонды анықтаңыз: байланысты және байланысты емес өзара әрекеттесулерді салыстырғаннан кейін, сәйкес графиктердің пішіндеріне сүйене отырып, Сигма (σ) және Эпсилон (ε) мәнін анықтауға тырысыңыз. Сигма (тебілу жағындағы дөңеспен көрсетілген) тебілу күші басым болатын қашықтықты білдіреді. Эпсилон (тартылыс ұңғымасының тереңдігі) тартылыс күшін көрсетеді. Бұл параметрлер Леннард-Джонстың потенциалын анықтайды – атомдар арасындағы тартылыс күштерін де, итеру күштерін де көрсететін математикалық модель.

10. Custom attraction функциясын зерттеңіз: бұл мүмкіндік атомның мөлшері мен өзара әрекеттесу күші потенциалдық энергияға қалай әсер ететінін зерттеуге мүмкіндік береді. Қажет болса, графикті үлкейтіңіз.

11. Атомның диаметрін өзгертіңіз: жүгірткіні пайдаланып немесе графиктегі көрсеткіні сүйреп апару арқылы атомның диаметрін өзгертіңіз. Графиктің де, атомдардың көріністерінің де динамикалық түрде қалай жаңартылатынына назар аударыңыз.

12. Өзара әрекеттесу күшін реттеңіз: өзара әрекеттесу күшін өзгерту үшін жүгірткіні немесе графикалық көрсеткіні пайдаланыңыз. Оның потенциалдық энергия кестесіне қалай динамикалық әсер ететінін қараңыз.

13. Қатынастарды талдаңыз: Атом диаметрінің өзгеруін, өзара әрекеттесу күшін және потенциалдық энергия графигінің алынған түрін салыстырыңыз. Бұл сізге осы факторлардың атомдар арасындағы тартымдылыққа қалай әсер ететінін түсінуге көмектеседі.

Қорытынды

Бұл PhET виртуалды симуляциясы атомдарға әсер ететін тартылу және тебілу күштері арасындағы өзара әрекеттесуді визуализациялаудың интерактивті құралын ұсынады. Симуляцияны басқару арқылы оқушылар қашықтықтың, байланыстың, атомның диаметрінің және өзара әрекеттесу күшінің өзгеруі потенциалдық энергия графигіне қалай әсер ететінін байқады.

Терминдік сөздік

• potential energy – потенциалды энергия
• distance between atoms -атомдар арасындағы арақашықтық
• neon – неон
• argon – аргон
• oxygen – оттегі
• custom attraction – реттелмелі жағдай
• attractive (van der Waals) – тартылыс күші ( ван дер Ваальс күштері)
• repulsive (electron overlap) – тебілу күші (электрондық қабаттардың қабаттасуы)