Loading...
 

Teoria Schroedingera atomu wodoru

Równanie Schrrödingera

Znajomość ścisłej postaci funkcji falowej jest niezbędna do określenia ruchu cząstek w konkretnych przypadkach (zjawiskach fizycznych). Przykładem może być funkcja falowa \( \psi \), opisująca ruch cząstki swobodnej, która została przedstawiona w module Funkcja falowa.

Taką ścisłą postać funkcji falowej dla dowolnego układu można znaleźć, rozwiązując równanie Schrödingera. Jest to równanie różniczkowe opisujące zachowanie się układu kwantowego w czasie i przestrzeni, które w szczególności przyjmuje postać

\( \frac{d^{{2}}\psi }{\mathit{dx}^{{2}}}=-{\frac{2m}{\hbar^{{2}}}}\left[E-U(x)\right]\;\psi \)


gdzie \( E \) jest energią całkowitą cząstki, \( U(x) \) jej energią potencjalną zależną od jej położenia, a \( {\hbar =h/{2\pi}} \). Zależność ( 1 ) przedstawia najprostszą formę równania Schrödingera to jest równanie w jednym wymiarze i niezależne od czasu.

Rozwiązanie równania Schrödingera polega na znalezieniu postaci funkcji falowej \( \psi \) i wartości energii cząstki \( E \) przy znanej działającej na cząstkę sile zadanej poprzez energię potencjalną \( U \).

Kwantowomechaniczny opis atomu wodoru

Omówimy teraz zastosowanie teorii Schrödingera do atomu wodoru. Ten przypadek ma szczególne znaczenie, gdyż był to pierwszy układ, do którego Schrödinger zastosował swoją teorię kwantową i który stanowił pierwszą jej weryfikację.

Ponieważ atom wodoru jest układem trójwymiarowym równanie Schrödingera dla atomu wodoru ma bardziej skomplikowaną postać niż podane wcześniej równanie ( 1 )

\( \frac{\partial ^{{2}}\psi (x,y,z)}{\partial x^{{2}}}+\frac{\partial^{{2}}\psi (x,y,z)}{\partial y^{{2}}}+\frac{\partial ^{{2}}\psi(x,y,z)}{\partial z^{{2}}}=-{\frac{2m_{{e}}}{\hbar^{{2}}}}\left[E-U(x,y,z)\right]\;\psi \)


Zgodnie z równaniem energia potencjalna dwóch ładunków punktowych (elektronu i protonu) znajdujących się w odległości \( r \) jest dana wyrażeniem

\( U(x,y,z)=-\frac{1}{4\pi \epsilon_{0}}\frac{e^{2}}r=-\frac{1}{4\pi\epsilon_{0}}\frac{e^{2}}{\sqrt{x^{2}+y^{2}+z^{2}}} \)


Równanie Schrödingera ( 2 ) rozwiązuje się zazwyczaj we współrzędnych sferycznych \( (r, \theta, \phi) \) (zob. Rys. 1 ) bo energia potencjalna oddziaływania elektronu z jądrem (równanie ( 3 ) ) zapisana we współrzędnych sferycznych jest funkcją tylko jednej zmiennej ( \( r \)) podczas gdy we współrzędnych prostokątnych funkcją wszystkich trzech współrzędnych \( (x,y,z) \).

: Związek pomiędzy współrzędnymi prostokątnymi (x,y,z) i sferycznymi punktu P
Rysunek 1: Związek pomiędzy współrzędnymi prostokątnymi (x,y,z) i sferycznymi punktu P


Rozwiązanie równania Schrödingera w trzech wymiarach jest problem trudnym matematycznie między innymi ze względu na obliczenia w trzech wymiarach. Dlatego nie będziemy go rozwiązywać, a jedynie omówimy wybrane rozwiązania tego równania dla atomu wodoru.


Ostatnio zmieniona Piątek 28 z Listopad, 2014 10:09:38 UTC Autor: Zbigniew Kąkol, Piotr Morawski
Zaloguj się/Zarejestruj w OPEN AGH e-podręczniki
Czy masz już hasło?

Hasło powinno mieć przynajmniej 8 znaków, litery i cyfry oraz co najmniej jeden znak specjalny.

Przypominanie hasła

Wprowadź swój adres e-mail, abyśmy mogli przesłać Ci informację o nowym haśle.
Dziękujemy za rejestrację!
Na wskazany w rejestracji adres został wysłany e-mail z linkiem aktywacyjnym.
Wprowadzone hasło/login są błędne.