تحلیل مفاهیم و مسائل اصل عدم قطعیت هایزنبرگ در آزمون المپیاد شیمی

اوج یادگیری المپیاد شیمی با دکتر مهدی نباتی

تدریس المپیاد شیمی حضوری آنلاین کلاس المپیاد شیمی آنلاین استاد المپیاد شیمی آنلاین دبیر المپیاد شیمی آنلاین مدرس المپیاد شیمی آنلاین معلم المپیاد شیمی آنلاین

دانش آموزان المپیادی عزیزم، مبحث اصل عدم قطعیت هایزنبرگ یکی از مباجث بسیار مهم در آزمون المپیاد شیمی است که حتما یکی از سوالات را به خود اختصاص می دهد. پس واجب است که این مبحث کاملا خوب یاد گرفته شود. لذا در این مقاله می خواهم که تحلیل دقیقی به مبحث اصل عدم قطعیت هایزنبرگ بیندازیم و توضیح دهم که چطور باید مسائل مربوط به آن را حل کنید…

 

اصل عدم قطعیت هایزنبرگ

نکته اول: با توجه به نظریه بور (بوهر)، الکترون در اتم فقط می تواند مقادیر معین و مشخصی انرژی داشته باشد.

 

نکته دوم: نظریه بور الگوی مناسبی برای توضیح طیف نشری خطی اتم هیدروژن داد. اما در توضیح طیف نشری خطی اتم های دارای بیش از یک الکترون، بی نتیجه ماند.

 

نکته سوم: در نظریه بور، الکترون به صورت یک ذره باردار در حال حرکت در نظر گرفته می شود. برای پیش بینی مسیر یک جسم در حال حرکت، باید موقعیت و سرعت آن را به طور هم زمان بدانیم.

 

نکته چهارم: با توجه به اصل عدم قطعیت هایزنبرگ، امکان تعیین هم زمان مکان دقیق و اندازه حرکت دقیق یک جسم به کوچکی الکترون، ممکن نیست.

 

نکته پنجم: عدم قطعیت هایزنبرگ در اندازه گیری برای اشیایی به کوچکی الکترون اهمیت زیادی دارد، اما برای اشیایی با اندازه معمولی اثری ندارد.

 

نکته ششم: فرمول اصل عدم قطعیت هایزنبرگ برابر است با:

ΔxΔmv ≥ h/4π

عدم قطعیت در مکان یک شئ: Δx

عدم قطعیت در اندازه حرکت یک شئ: Δmv

 

نکته ششم: اصل عدم قطعیت هایزنبرگ نشان می دهد که هر نوع کوششی برای گسترش نظریه بور بی نتیجه است. به عبارتی پیش بینی مسیر یک الکترون در یک اتم غیرممکن است.

 

تحلیل مسائل اصل عدم قطعیت هایزنبرگ

در صورتی که موقعیت هر شئ با دقت ۰٫۰۱ نانومتر تعیین شده باشد، عدم قطعیت در سرعت یک توپ بیسبال به جرم ۰٫۱۴۶ کیلوگرم و یک الکترون به جرم ^۳۱-۱۰ × ۹٫۱۱ کیلوگرم را حساب کنید.

ثابت پلانک (h) برابر با h = 6.63 × ۱۰^-۳۴ kgm²/s می باشد.

 

پاسخ:

در این سوال در حقیقت، عدم قطعیت مکان را داده و عدم قطعیت سرعت را برای دو جسم بزرگ و کوچک می خواهد.

ΔxΔmv ≥ h/4π

⇓

Δv ≥ h/4πmΔx

 

برای توپ بیسبال خواهیم داشت:

Δv ≥ h/4πmΔx

⇓

Δv ≥ ۳٫۶ × ۱۰^-۲۳ m/s

 

برای الکترون خواهیم داشت:

Δv ≥ h/4πmΔx

⇓

Δv ≥ ۵٫۸ × ۱۰^۶ m/s

 

بنابراین مشاهده می کنیم که عدم قطعیت در سرعت الکترون بسیار بسیار بالاست و چیزی در حدود ۲۰ درصد سرعت نور می باشد.

 

دکتر مهدی نباتی

 

 

 

تدریس خصوصی و گروهی المپیاد شیمی (آنلاین و حضوری)