Luz
Mecânica Quântica
Fótons
Veja como a luz bate em elétrons de um alvo metálico, e recrie a experiência que deu origem ao campo da mecânica quântica.
Visualizar e descrever a experiência do efeito fotoelétrico.
Predizer corretamente os resultados de experimentos sobre o efeito fotoelétrico, tais como: como mudar a intensidade da luz afetará a corrente e a energia dos elétrons, como a alteração do comprimento de onda da luz irá afetar a corrente e a energia dos elétrons, como mudar a voltagem da luz irá afetar a corrente e a energia dos elétrons, como a alterar o material do alvo afetará a corrente e a energia dos elétrons
Descrever como esses resultados nos levam ao modelo de fóton de luz (por exemplo: argumentar que apenas um modelo de fóton de luz pode explicar por que, quando a luz está brilhando sobre o metal, mas não há corrente, aumentando a frequência levará a uma corrente, mas aumentando a intensidade da luz ou a tensão entre as placas não.
Corpo Negro
Sol
Luz
Mecânica Quântica
Como o espectro de corpo negro do sol comparar com luz visível? Saiba mais sobre o espectro de corpo negro do sol, uma lâmpada, um forno, e da terra. Ajuste a temperatura para ver o comprimento de onda e intensidade da alteração do espectro. Ver a cor do pico da curva espectral.
Descreva o que acontece com o espectro de corpo negro à medida que aumenta a temperatura. O que acontece com a forma da curva e seu pico?
Que acontece com o espectro de corpo negro à medida que você diminui a temperatura?
Defina a temperatura para uma lâmpada (em torno de 3000K). Com base nesta informação, as lâmpadas seriam eficientes? Por que as lâmpadas esquentam?
Imagine que você vê dois objetos quentes e brilhantes - um é laranja brilhante e o outro é azul brilhante. Qual deles é mais quente?
Decaimento Alfa
Meia-Vida
Radiação
Observe partículas alfa escaparem de um núcleo de polônio, causando a desintegração radioativa alfa. Veja como o tempo de decaimento se relaciona com a meia-vida.
Explicar o que ocorre na radiação alfa.
Prever o que ocorre com um elemento que sofre decaimento alfa.
Explicar o conceito de meia-vida, incluindo a natureza aleatória do mesmo.
Compreender o básico das forças que atuam para manter um núcleo atômico coeso (força nuclear forte) e as forças que atuam para quebrá-lo em pedaços (Coulomb, ou seja, carga elétrica, força).
Decaimento Nuclear
Decaimento Beta
Física Nuclear
Observe o decaimento beta ocorrer em um conjunto de núcleos ou em um núcleo apenas.
Entenda o processo de decaimento beta
Partículas Quânticas
Poço de Potencial
Ondas
Função Densidade
Explore as propriedades de "partículas" quânticas ligadas nos poços de potencial. Veja como as funções de onda e as densidades de probabilidade que descrevem suas evoluções (ou não evoluções) ao longo do tempo.
Visualize funções de onda, densidade de probabilidade, e níveis de energia para estados de ligação em vários potenciais.
Descreva como várias representações usadas para funções de onda se relacionam entre si.
Explique o que é e não é dependente do tempo para um autoestado de energia e um estado de superposição.
Preveja como a curvatura e amplitude da função de onda e o espaçamento dos níveis de energia depende da forma do potencial e da massa da partícula.
Tenha uma ideia de como estrutura de banda resulta em um retículo de muitos poços.
Ganho uma intuição de como ir do potencial microscópica de um único átomo ao potencial macroscópicas de um sólido.
Datação Radiométrica
Datação com Carbono
Meia-Vida
Radioatividade
Saiba mais sobre os diferentes tipos de datação radiométrica, como a datação por carbono. Entenda como funcionam o decaimento e a meia-vida para que a datação radiométrica seja possível. Teste, em um jogo, sua capacidade de acompanhar o percentual do elemento de datação que sobra com a idade do objeto.
Explicar o conceito de meia-vida, incluindo a natureza aleatória da mesma, em termos de partículas individuais e amostras maiores.
Descrever os processos de decaimento, incluindo como elementos mudam e emitem energia e/ou partículas.
Explicar como a datação radiométrica funciona e como diferentes elementos são usados para datar objetos diferentes.
Identificar que meia-vida é o tempo para 1/2 de uma substância radioativa se decompor.
Núcleos Atômicos
Estrutura Atômica
Mecânica Quântica
Como Rutherford descobriu a estrutura do núcleo atômico sem poder enxergar o átomo? Simule o famoso experimento em que ele desmentiu o modelo do átomo de pudim de passas, observando partículas alfa jogadas contra átomos e determinando que eles deveriam ter um núcleo pequeno.
Descrever a diferença qualitativa entre o espalhamento por núcleo carregado positivamente e átomo pudim de passas eletricamente neutro
Para o núcleo carregado, descrever qualitativamente como ângulo de deflexão depende: da energia da partícula incidente, do parâmetro de impacto e da carga do alvo.
Bandas de Energia
Condutividade
Eletricidade
Explore a origem das bandas de energia em cristais de átomos. A estrutura dessas bandas determina como os materiais conduzem eletricidade.
Descreva como a estrutura de bandas resulta em um retículo de muitos poços.
Descreva como ir do potencial microscópico de um único átomo ao potencial macroscópico de um sólido.
Mecânica Quântica
Spin
Medidas Quânticas
O clássico experimento de Stern-Gerlach mostra que os átomos têm uma propriedade chamada spin. O spin é uma espécie de momento angular intrínseco, que não tem contrapartida clássica. Quando a componente z do spin é medida, um sempre toma um dos dois valores: spin para cima ou spin para baixo.
Descrever as observações feitas no experimento de Stern-Gerlach.
Descrever como se comportam spins na presença de um campo magnético.
Reconhecer que o spin é quantizado.
Argumentar a partir de observações experimentais que spins na direção x e na direção z devem ser observáveis incompatíveis.
Fissão
Reação em Cadeia
Núcleos Atômicos
Iniciar uma reação em cadeia, ou introduzir isótopos não radioativos para evitá-la. Controle a produção de energia em um reator nuclear! (Anteriormente parte da simulação de Física Nuclear - agora separadas nas simulações Decaimento Alfa e Fissão Nuclear.)
Descrever como um nêutron pode dar energia a um núcleo e provocar sua cisão (fissão).
Explicar os subprodutos de um evento de fissão.
Explicar como funciona uma reação em cadeia, e descrever os requisitos para sustentar uma reação em cadeia grande o suficiente para fazer uma bomba.
Explicar como funciona um reator nuclear e como barras de controle podem ser usadas para retardar a reação.
Potencial de Interação
Ligação Atômica
Força de Van der Waals
Repulsão de Pauli
Potencial Lennard-Jones
Interações Atômicas
Explore as interações entre várias combinações de dois átomos. Oberser a força total atuando sobre os átomos ou as forças individuais de atração e repulsão. Ajuste a atração para ver como a alteração dos parâmetros afeta a interação.
Explicar como as forças atrativas e repulsivas regem as interações entre os átomos.
Descrever o efeito do poço de potencial sobre as interações atômicas.
Diferenciar o poço de potencial e o comportamento de um par de átomos ligantes com pares não ligantes.
Descrever ligações como um processo dinâmico e seus comprimentos como distâncias médias.
Mecânica Quântica
Átomo de Hidrogénio
Modelo de Bohr
Comprimento de Onda DeBroglie
Modelo de Schrodinger
How did scientists figure out the structure of atoms without looking at them? Try out different models by shooting light at the atom. Check how the prediction of the model matches the experimental results.
Visualize different models of the hydrogen atom.
Explain what experimental predictions each model makes.
Explain why people believed in each model and why each historical model was inadequate.
Explain the relationship between the physical picture of the orbits and the energy level diagram of an electron.
Engage in model building.
Mecânica Quântica
Átomo de Hidrogênio
Modelo de Bohr
Comprimento de Onda DeBroglie
Modelo de Schrodinger
Como os cientistas descobriram a estrutura dos átomos sem olhar para eles? Experimente vários modelos de disparo de luz sobre o átomo. Verifique como a predição do modelo corresponde aos resultados experimentais.
Visualizar modelos diferentes do átomo de hidrogênio.
Explicar que previsões experimentais cada modelo faz.
Explicar por que as pessoas acreditavam em cada modelo e por que cada modelo histórico era inadequada.
Explicar a relação entre a imagem física das órbitas e o diagrama de nível de energia de um elétron.
Engajar-se na construção de modelos.
Partículas Quânticas
Tunelamento
Acompanhe "particles" de quantum tunelarem através de barreiras. Explore as propriedades das funções de onda que descrevem essas partículas.
Visualizar funções de onda para potenciais de barreira, com degrau e constante.
Visualizar soluções tanto de ondas planas quanto em pacotes para a equação de Schrödinger e reconhecer como elas se relacionam entre si.
Interpretar e distinguir a parte real, parte imaginária e o valor absoluto da função de onda, bem como a densidade de probabilidade.
Reconhecer como a probabilidade de reflexão e transmissão de uma onda estão relacionadas à energia da onda, à energia com degrau ou barreira, e à largura da barreira.
Reconhecer que uma onda plana que tem um valor único de energia e um pacote de ondas tem um alcance de uma gama de energias.
Explicar como interferem a ondas que chegam e refletem.
Tunelamento
Divisão
Partículas Spin 1/2
Moléculas de Amônia
Explore a divisão por tunelamento em duplo poço de potencial. Este problema clássico descreve muitos sistemas físicos, incluindo ligações covalentes, junções Josephson, e sistemas de dois estados, tais como partículas spin 1/2 e moléculas de amônia.
Descrever o processo de separação de energia para um poço duplo.
Difração de elétrons
Simule a experiência original que provou que os elétrons podem se comportar como ondas. Assista a difração de elétrons fora de um cristal de átomos, interferindo-se para criar picos e depressões de probabilidade.
Reconheça que os elétrons são refletidos por um retículo principalmente em determinados ângulos devido à interferência de onda.
Mecânica Quântica
Fótons
Elétrons
Átomos
Partículas
Ondas
Quando fótons, elétrons e átomos se comportam como partículas e quando eles se comportam como ondas? Assista ondas espalharem-se e interferirem à medida que passam através de uma fenda dupla, e então serem detectadas em uma tela como pequenos pontos. Use detectores quânticos para explorar como as medições mudam as ondas e os padrões que produzem na tela.
Visualizar fóton, elétron, nêutron, ou átomo de hélio como um pacote de onda que entra em colapso após a detecção.
Visualizar o que acontece com a onda entre as fendas e a tela.
Justificar como o experimento de fenda dupla explica que a matéria e a luz se comportam como ondas.
Descrever o comportamento de uma função de onda na presença de um detector, e explicar como colocar um detector sobre uma fenda destrói a interferência
Determinar como o padrão de interferência mudará, se alterar a massa, velocidade ou comprimento de onda.
Reconhecer grande gama de escalas de tamanho envolvidos nos experimentos de interferência quântica.
Reconhecer que duas fontes de luz coerente podem interferir, mas apenas se eles tiverem o mesmo comprimento de onda.