• Nie Znaleziono Wyników

Część radialna równania Schr¨ odingera

W dokumencie Atom wodoru (Stron 151-200)

Części radialna równania Schr¨odingera dla atomu wodoruma dla λ= l(l + 1) postać

1 r2

d dr

 r2dR

dr

 +

2m

~2 (E − V (r)) −l(l + 1) r2

 R = 0.

Podstawiając

R(r ) = χ(r ) r

Karol Kołodziej Atom wodoru 21/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Części radialna równania Schr¨odingera dla atomu wodoruma dla λ= l(l + 1) postać

1 r2

d dr

 r2dR

dr

 +

2m

~2 (E − V (r)) −l(l + 1) r2

 R = 0.

Podstawiając

R(r ) = χ(r )

r dR

dr =

Karol Kołodziej Atom wodoru 21/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Części radialna równania Schr¨odingera dla atomu wodoruma dla λ= l(l + 1) postać

Karol Kołodziej Atom wodoru 21/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Części radialna równania Schr¨odingera dla atomu wodoruma dla λ= l(l + 1) postać

Karol Kołodziej Atom wodoru 21/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Części radialna równania Schr¨odingera dla atomu wodoruma dla λ= l(l + 1) postać

Karol Kołodziej Atom wodoru 21/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Części radialna równania Schr¨odingera dla atomu wodoruma dla λ= l(l + 1) postać

Karol Kołodziej Atom wodoru 21/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Części radialna równania Schr¨odingera dla atomu wodoruma dla λ= l(l + 1) postać

Karol Kołodziej Atom wodoru 21/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Części radialna równania Schr¨odingera dla atomu wodoruma dla λ= l(l + 1) postać

Karol Kołodziej Atom wodoru 21/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Wykonując różniczkowanie w równaniu 1

r2 d

dr χr− χ+

2m

~2 (E − V (r)) − l(l + 1) r2

χ r = 0.

otrzymamy 1

r2 χ′′r+ χ− χ

Karol Kołodziej Atom wodoru 22/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Wykonując różniczkowanie w równaniu 1

r2 d

dr χr− χ+

2m

~2 (E − V (r)) − l(l + 1) r2

χ r = 0.

otrzymamy 1

r2 χ′′r+ χ− χ +2m

~2 (E − V (r))χ

r l(l + 1)χ r3 = 0.

Karol Kołodziej Atom wodoru 22/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Wykonując różniczkowanie w równaniu 1

r2 d

dr χr− χ+

2m

~2 (E − V (r)) − l(l + 1) r2

χ r = 0.

otrzymamy 1

r2 χ′′r+ χ− χ +2m

~2 (E − V (r))χ

r l(l + 1)χ r3 = 0.

Pomnóżmy obie strony równania przez~2m2r,

Karol Kołodziej Atom wodoru 22/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Wykonując różniczkowanie w równaniu 1

r2 d

dr χr− χ+

2m

~2 (E − V (r)) − l(l + 1) r2

χ r = 0.

otrzymamy 1

r2 χ′′r+ χ− χ +2m

~2 (E − V (r))χ

r l(l + 1)χ r3 = 0.

Pomnóżmy obie strony równania przez~2m2r,wówczas dostaniemy równanie

Karol Kołodziej Atom wodoru 22/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Wykonując różniczkowanie w równaniu 1

r2 d

dr χr− χ+

2m

~2 (E − V (r)) − l(l + 1) r2

χ r = 0.

otrzymamy 1

r2 χ′′r+ χ− χ +2m

~2 (E − V (r))χ

r l(l + 1)χ r3 = 0.

Pomnóżmy obie strony równania przez~2m2r, wówczas dostaniemy równanie

~2 2m

d2χ dr2

Karol Kołodziej Atom wodoru 22/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Wykonując różniczkowanie w równaniu 1

Karol Kołodziej Atom wodoru 22/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Wykonując różniczkowanie w równaniu 1

Karol Kołodziej Atom wodoru 22/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Wykonując różniczkowanie w równaniu 1

Karol Kołodziej Atom wodoru 22/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Równanie

~2 2m

d2χ dr2 +

"

V(r ) + l(l + 1)~2 2mr2

#

χ= E χ.

ma postać jednowymiarowego bezczasowego równania Schr¨odingera dla cząstki w polu o energii potencjalnej

V(r ) + l(l + 1)~2 2mr2 .

Karol Kołodziej Atom wodoru 23/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Równanie

~2 2m

d2χ dr2 +

"

V(r ) + l(l + 1)~2 2mr2

#

χ= E χ.

ma postać jednowymiarowego bezczasowego równania Schr¨odingera dla cząstki w polu o energii potencjalnej

V(r ) + l(l + 1)~2 2mr2 .

Pokażemy, że dodatkowy wyraz w energii potencjalnej jest związany z ruchem obrotowym elektronu wokół jądra.

Karol Kołodziej Atom wodoru 23/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Równanie

~2 2m

d2χ dr2 +

"

V(r ) + l(l + 1)~2 2mr2

#

χ= E χ.

ma postać jednowymiarowego bezczasowego równania Schr¨odingera dla cząstki w polu o energii potencjalnej

V(r ) + l(l + 1)~2 2mr2 .

Pokażemy, że dodatkowy wyraz w energii potencjalnej jest związany z ruchem obrotowym elektronu wokół jądra.

Karol Kołodziej Atom wodoru 23/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Ponieważ elektron znajduje się w polu siły centralnej, to jego orbitalny moment pędu jest zachowany

~L= ~r × ~p = const.,

Karol Kołodziej Atom wodoru 24/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Ponieważ elektron znajduje się w polu siły centralnej, to jego orbitalny moment pędu jest zachowany

~L= ~r × ~p = const., gdzie ~r mierzymy od centrum siły.

Karol Kołodziej Atom wodoru 24/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Ponieważ elektron znajduje się w polu siły centralnej, to jego orbitalny moment pędu jest zachowany

~L= ~r × ~p = const., gdzie ~r mierzymy od centrum siły.

Elektron porusza się po okręgu w płaszczyźnie prostopadłej do ~L, więc

Karol Kołodziej Atom wodoru 24/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Ponieważ elektron znajduje się w polu siły centralnej, to jego orbitalny moment pędu jest zachowany

~L= ~r × ~p = const., gdzie ~r mierzymy od centrum siły.

Elektron porusza się po okręgu w płaszczyźnie prostopadłej do ~L, więc

L= rp

Karol Kołodziej Atom wodoru 24/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Ponieważ elektron znajduje się w polu siły centralnej, to jego orbitalny moment pędu jest zachowany

~L= ~r × ~p = const., gdzie ~r mierzymy od centrum siły.

Elektron porusza się po okręgu w płaszczyźnie prostopadłej do ~L, więc

L= rp= rmv

Karol Kołodziej Atom wodoru 24/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Ponieważ elektron znajduje się w polu siły centralnej, to jego orbitalny moment pędu jest zachowany

~L= ~r × ~p = const., gdzie ~r mierzymy od centrum siły.

Elektron porusza się po okręgu w płaszczyźnie prostopadłej do ~L, więc

L= rp = rmv = rmωr

Karol Kołodziej Atom wodoru 24/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Ponieważ elektron znajduje się w polu siły centralnej, to jego orbitalny moment pędu jest zachowany

~L= ~r × ~p = const., gdzie ~r mierzymy od centrum siły.

Elektron porusza się po okręgu w płaszczyźnie prostopadłej do ~L, więc

L= rp = rmv = rmωr =mωr2

Karol Kołodziej Atom wodoru 24/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Ponieważ elektron znajduje się w polu siły centralnej, to jego orbitalny moment pędu jest zachowany

~L= ~r × ~p = const., gdzie ~r mierzymy od centrum siły.

Elektron porusza się po okręgu w płaszczyźnie prostopadłej do ~L, więc

L= rp = rmv = rmωr =mωr2 ω= L mr2.

Karol Kołodziej Atom wodoru 24/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Ponieważ elektron znajduje się w polu siły centralnej, to jego orbitalny moment pędu jest zachowany

~L= ~r × ~p = const., gdzie ~r mierzymy od centrum siły.

Elektron porusza się po okręgu w płaszczyźnie prostopadłej do ~L, więc

L= rp = rmv = rmωr =mωr2 ω= L mr2.

Karol Kołodziej Atom wodoru 24/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Na ciało poruszające się po okręgu działa siła dośrodkowa

Fd = mω2r =

Karol Kołodziej Atom wodoru 25/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Na ciało poruszające się po okręgu działa siła dośrodkowa

Fd = mω2r =m

 L mr2

2 r =

Karol Kołodziej Atom wodoru 25/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Na ciało poruszające się po okręgu działa siła dośrodkowa

Fd = mω2r = m

 L mr2

2

r = L2 mr3,

Karol Kołodziej Atom wodoru 25/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Na ciało poruszające się po okręgu działa siła dośrodkowa

Fd = mω2r = m

 L mr2

2

r = L2 mr3, gdzie wykorzystaliśmy związekω = mrL2.

Karol Kołodziej Atom wodoru 25/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Na ciało poruszające się po okręgu działa siła dośrodkowa

Fd = mω2r = m

 L mr2

2

r = L2 mr3, gdzie wykorzystaliśmy związekω = mrL2.

Siła i energia wiążą się wzorem

Fd = L2 mr3

Karol Kołodziej Atom wodoru 25/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Na ciało poruszające się po okręgu działa siła dośrodkowa

Fd = mω2r = m

 L mr2

2

r = L2 mr3, gdzie wykorzystaliśmy związekω = mrL2.

Siła i energia wiążą się wzorem

Fd = L2

mr3 = −dVd

dr

Karol Kołodziej Atom wodoru 25/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Na ciało poruszające się po okręgu działa siła dośrodkowa

Fd = mω2r = m

 L mr2

2

r = L2 mr3, gdzie wykorzystaliśmy związekω = mrL2.

Siła i energia wiążą się wzorem

Fd = L2

mr3 = −dVd

dr Vd(r ) = L2 2mr2.

Karol Kołodziej Atom wodoru 25/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Na ciało poruszające się po okręgu działa siła dośrodkowa

Fd = mω2r = m

 L mr2

2

r = L2 mr3, gdzie wykorzystaliśmy związekω = mrL2.

Siła i energia wiążą się wzorem

Fd = L2

mr3 = −dVd

dr Vd(r ) = L2 2mr2.

Karol Kołodziej Atom wodoru 25/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Wartość własna kwadratu operatora orbitalnego momentu pędu jest równal(l + 1)~2.

W takim razie

Vd(r ) = L2 2mr2

Karol Kołodziej Atom wodoru 26/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Wartość własna kwadratu operatora orbitalnego momentu pędu jest równal(l + 1)~2.

W takim razie

Vd(r ) = L2

2mr2 = l(l + 1)~2 2mr2 ,

Karol Kołodziej Atom wodoru 26/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Wartość własna kwadratu operatora orbitalnego momentu pędu jest równal(l + 1)~2.

W takim razie

Vd(r ) = L2

2mr2 = l(l + 1)~2 2mr2 , a więc dodatkowy wyraz we wzorze

V(r ) + l(l + 1)~2 2mr2

jest rzeczywiście związany z ruchem obrotowym elektronu wokół jądra.

Karol Kołodziej Atom wodoru 26/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Wartość własna kwadratu operatora orbitalnego momentu pędu jest równal(l + 1)~2.

W takim razie

Vd(r ) = L2

2mr2 = l(l + 1)~2 2mr2 , a więc dodatkowy wyraz we wzorze

V(r ) + l(l + 1)~2 2mr2

jest rzeczywiście związany z ruchem obrotowym elektronu wokół jądra.

Karol Kołodziej Atom wodoru 26/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Wróćmy do części radialnej równania Schr¨odingera opisującego ruch elektronu w polu kulombowskim jądra

1 r2

d dr

 r2dR

dr

 +

2m

~2 (E − V (r)) − λ r2

 R= 0.

Pomnóżmy obie strony przez2m~2

i podstawmy

V(r ) = −Ze2

r i λ= l(l + 1),

Karol Kołodziej Atom wodoru 27/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Wróćmy do części radialnej równania Schr¨odingera opisującego ruch elektronu w polu kulombowskim jądra

1 r2

d dr

 r2dR

dr

 +

2m

~2 (E − V (r)) − λ r2

 R= 0.

Pomnóżmy obie strony przez2m~2

i podstawmy

V(r ) = −Ze2

r i λ= l(l + 1), wówczas dostaniemy

Karol Kołodziej Atom wodoru 27/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Wróćmy do części radialnej równania Schr¨odingera opisującego ruch elektronu w polu kulombowskim jądra

1

i podstawmy

V(r ) = −Ze2

Karol Kołodziej Atom wodoru 27/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Wróćmy do części radialnej równania Schr¨odingera opisującego ruch elektronu w polu kulombowskim jądra

1

i podstawmy

V(r ) = −Ze2

Karol Kołodziej Atom wodoru 27/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Wróćmy do części radialnej równania Schr¨odingera opisującego ruch elektronu w polu kulombowskim jądra

1

i podstawmy

V(r ) = −Ze2

Karol Kołodziej Atom wodoru 27/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Wróćmy do części radialnej równania Schr¨odingera opisującego ruch elektronu w polu kulombowskim jądra

1

i podstawmy

V(r ) = −Ze2

Karol Kołodziej Atom wodoru 27/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Wróćmy do części radialnej równania Schr¨odingera opisującego ruch elektronu w polu kulombowskim jądra

1

i podstawmy

V(r ) = −Ze2

Karol Kołodziej Atom wodoru 27/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Za Schr¨odingerem przyjmiemy, że dla stanu związanegoE <0, czylienergia kinetyczna elektronu jest mniejsza od modułu jego energii potencjalnej.

Karol Kołodziej Atom wodoru 28/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Za Schr¨odingerem przyjmiemy, że dla stanu związanegoE <0, czylienergia kinetyczna elektronu jest mniejsza od modułu jego energii potencjalnej.

Energia potencjalna jest ujemna, gdyż mierzymy ją względem energii potencjalnej przy r → ∞, a ta wynosi 0.

Karol Kołodziej Atom wodoru 28/66

Część radialna równania Schr¨ odingera

Za Schr¨odingerem przyjmiemy, że dla stanu związanegoE <0, czylienergia kinetyczna elektronu jest mniejsza od modułu jego energii potencjalnej.

Energia potencjalna jest ujemna, gdyż mierzymy ją względem energii potencjalnej przy r → ∞, a ta wynosi 0.

Karol Kołodziej Atom wodoru 28/66

W dokumencie Atom wodoru (Stron 151-200)

Powiązane dokumenty