Zaujal vás nějaký fyzikální jev? Nevíte si rady s jeho vysvětlením? Neváhejte a napište nám svůj dotaz!
nalezeno 1493 dotazů
821) Elektrony v atomových slupkách
13. 01. 2004
Dotaz: Není mi zcela jasné, jak si představit atom a jeho vrstvy. Elektrony ve vrstvách
obíhají v několika orbitalech, které tvoří různé prostorové tvary. Jak je ale
možné zařadit elektron do určité slupky, když se např. valenční elektron může
vyskytovat i v blízkosti jádra při pohybu ve vyšších orbitalech? (Janicka)
Odpověď: Stručně: slupka = energetická hladina. Různé slupky v atomu nelze
chápat jako nějaké části prostoru, kde by se elektrony výlučně nacházely,
ale jako různé hladiny energie elektronů.
Slupky K, L, M, ... jsou synonymem pro hlavní kvantové číslo n = 0, 1, 2,
..., které určuje energii elektronu na dané slupce (alespoň u atomu vodíku
v nerelativistické kvantové mechanice, u složitějších atomů a v
relativistickém popisu závisí energie též na vedlejším kvantovém čísle l)
Elektrony neobíhají v žádných vrstvách, mohou se nacházet takřka kdekoli
kolem jádra. Orbital je vlastně funkce, která nám říká, jak často se
elektron v různých místech nachází. Elektron obíhat, ve smyslu jak to
známe třeba u planet, ani nemůže, neboť nemůžeme zároveň přesně říci, kde
je a jakou má rychlost.
Máte zcela pravdu v tom, že i elektron ve valenčním orbitalu se může
nacházet v blízkosti jádra. Je sice pravda, že s rostoucí energií se
zvětšuje vzdálenost, ve je možné elektron nalézt, ale ten se stále může
nacházet kdekoli.
Není na tom nic divného, neboť při ionizaci se
fyzicky "nesetře" nejvzdálenější elektron, ale dojde k vyražení elektronu,
kterému dodaná energie stačí na opuštění atomu. Protože mají valenční
elektrony nejvyšší energii nad základním stavem, tj. mají nejmenší
vazbovou energii v atomu, je nejsnazší vyrazit právě je.
Na druhou stranu je také pravda, že s rostoucí energií se zvětšuje
nejpravděpodobnější poloměr, kde je možné elektron nalézt.
Uzavřené (tj. plně obsazené) slupky mají navíc symetrické elektronové
hustoty, a tak o prostorovém rozložení elektronového oblaku kolem atomu
rozhodují právě elektrony z vnějších nezaplněných slupek.
Dotaz: Je známé, že za 2. sv. války byla zvládnuta výroba těžké vody. Zajímalo by mě,
jaký byl princip její výroby, bylo to asi něco spíš jako obohacování než výroba?
Nikde v mě dostupné literatuře se to nemohu dočíst, pouze snad zmínku o použití
elektrolýzy. Děkuji. (P.Štěpánek)
Odpověď: Ano, bylo to obohacování založené na tom, že těžká voda obsahuje
deuterium místo obyčejného vodíku a tak je její molekulová váha 20 místo
18. Tento rozdíl molekulových vah při jinak stejných chemických
vlastnostech umožňuje separaci resp. obohacování elektrolýzou či
destilací. Obohacení je však podstatně méně efektivní než např. pálení
slivovice, je potřeba mnohastupňový proces, což např. v případě
elektrolýzy znamená značnou spotřebu energie. Obecné poučení najdete
například na stránce http://en2.wikipedia.org/wiki/Heavy_water, o výrobě je pěkné čtení článek
http://www.cns-snc.ca/Bulletin/A_Miller_Heavy_Water.pdf
Výroba těžké vody v závodě Norsk Hydro za druhé světové války vešla do
literatury a filmu. Na heslo heavy water najdete na webu nespočet odkazů.
Dotaz: Zajímalo by mě, jak je možné že planety obíhají kolem svých hvězd
aniž by se od nich vzdalovaly nebo přibližovaly. Na planety působí dostředivá
gravitační síla a setrvačná síla. Je to tím, že se tyto síly se rovnají? To by
byla neskutečná náhoda, ne? Děkuji za odpověď. (Martin Worek)
Odpověď: Pokud Sluneční soustavu s planetou popisujeme zvenku ze soustavy,
která je spojena s jejím Sluncem, bude pohyb "planety" závislý na
velikosti a směru její rychlosti.
Na "planetu" působí jen gravitační síla jejího Slunce, žádná
setrvačná síla. !!!!!!!!!!!
Tato síla při !!! kruhovém pohybu !!! planety je stále kolmá na
směr její rychlosti, nekoná práci a jen rychlost planety stále stejně
stáčí do kruhu.
Při eliptickém pohybu gravitační síla také stáčí rychlost planety ale
navíc ji půl roku poněkud zychluje (při pohybu přibližovacím) a půl
roku trochu zpomaluje (při vzdalování od Slunce).
Když je ale rychlost "planety" při dané vzdálenosti od Slunce a
vhodném směru dostatečně velká, už "planeta" nebude oběžnicí ale
její dráha bude parabolická nebo hyperbolická. Přiblíží se ke Slunci
jen jednou a dost (asi bychom ji planetou nenazvali).
Všechny tyto situace ve vesmíru nastávají, kdyby byl pohyb planety
nachlup kruhový, byla by to opravdu velká náhoda.
P.S. O tom vyrovnávání gravitační síly se setrvačnou odstředivou se
často dočteme. Autoři takových tvrzení zapomínají, že setrvačně síly
jsou síly, které jsou spojeny s popisem ze soustavy (neinerciální)
spojené s družici, tj. ze soustavy v níž je družice nehybná a rotuje
kolem ní okolní vesmír, včetně jejího Slunce.
Dotaz: V jedné knížce jsem viděl návod, podle kterého lze postavit laser, který
dokáže např. zapálit papír. Skládá se jenom z tyčinky ze syntetického rubínu,
popř CaWO4 a bleskové xenonové výbojky, která do něj prý "pumpuje" rychlým
blikáním energii a tím se vytváří silný laserový paprsek. Je možné, aby něco
takového skutečně fungovalo, nebo je to blbost? Děkuji (Danik)
Odpověď: Konstrukce laseru je skutečně ve své podstatě velmi jednoduchá, kromě
popisované "tyčky", tedy aktivního prostředí, v němž dochází ke
generaci, resp. zesilování světla, a do něhož je dodávána energie zvenku například výbojkou, bývá ještě součástí laseru rezonátor, který je tvořen zpravidla dvěma zrcadly. Ta jsou nastavená kolmo na osu aktivního prostředí, aby
světlo mohlo procházet prostředím několikanásobně, a tak se více
zesilovat. Jedno ze zrcadel má obvykle nenulovou propustnost, aby část
světla mohla vycházet ven z laseru.
Rezonátor je možné sestrojit také tak, že se výstupní plochy krystalů
vybrousí a vyleští tak, aby byly rovnoběžné a pokryjí se vhodnými
dielektrickými vrstvami. Pokud aktivní prostředí zesiluje světlo opravdu
hodně, je skutečně možné sestrojit laser na "jeden průchod", tedy
zcela bez rezonátoru. Čili popisovaná konstrukce, jak ji tazatel uvádí, není
"blbost".
Dotaz: Přátelé, mám tyto dvě otázky, které potřebují mít "písemně" pro
své známé, se kterými vedu spor:
1.) Oni tvrdí, že čím je mrazák plnější, tím úsporněji funguje a -doslova- méně energie spotřebuje, což je podle mne nesmysl, protože i při nízkých teplotách probíhají u potravin rozkladné procesy, které zvyšují jejich teplotu. Naopak prázdný mrazák má spotřebu nejvyšší.
2.) Tvrdil jsem, že když projedu určitý úsek cesty autem, dejme tomu při konst. otáčkách a na pětku, a posléze tentýž úsek tím samým vozem za stejných podmínek (otáčky, zatížení atd.), tentokrát ale na jedničku, já tvrdím, že spotřeba nebude nijak dramatický vyšší, a to proto, že sice bude muset motor při druhé jízdě vykonat více zdvihů, ale zase se mu sníží veškeré odpory, valivý,vzduchový, třecí apod. Vím, že by nám stačilo vyzkoušet to ve voze s palubním počítačem, ale i po letech jsme se k tomu stále nedopracovali. Děkuji za odpověď! (ivo valek)
Odpověď: 1) Řekl bych, že udržovací spotřeba mrazáku nebude záviset v prvním
přiblížení vůbec na tom, zda je plný či prázdný. Vývoj tepla kažením
potravin při nízké teplotě pokládám opravdu za zanedbatelný vůči ztrátám
tepla do okolí, a ty jsou dány vnější konstrukcí chlazené oblasti. Měly
by záviset na teplotě uvnitř a teplotě vně a na "přechodové tepelné
vodivosti", ale nikoli na tom, jaká je tepelná kapacita toho, co je uvnitř.
2.) Zadání je trochu vágní: co znamená, že motor bude pracovat přesně
stejně? Dodáváte-li mu stejný plyn, pak ovšem (podle definice) bude mít
auto stejnou spotřebu benzínu (což je onen plyn...), bez ohledu na to,
co je dál, jak rychle auto jede apod. Samozřejmě se v prvním případě na
pětku bude auto řítit po dálnici, zatímco v druhém na jedničku se zvolna
ponese ulicí. Zatížení motoru se bude lišit. Různost ztrát v převodovce
si netroufám odhadnout. V prvním případě se vše za spojkou pohybuje
rychle (větší tření součástí i odpor vzduchu) a ztráty budou samozřejmě
větší.
