- •Корпускулярно-волновой дуализм Corpuscular-wave dualism
- •Соотношение неопределенностей
- •Волновая функция
- •. Уравнение Шредингера для стационарных состояний
- •Уравнение состояния идеального газа. Изопроцессы
- •Идеальный газ. Основное уравнение мкт. Молекулярная физика
- •Идеальный газ
- •Скорость молекул газа
- •Дополнительные расчетные формулы по теме
- •Барометрическая формула и распределение больцмана
- •Теплоемкость газов.
- •Теплоемкость идеального газа
- •Адиабатный процесс
- •График политропного процесса Политропа
- •Кпд. Тепловые двигатели
- •Энтропия идеального газа
- •Отметим, что в последнем случае адиабатический процесс называют изоэнтропийным процессом, т.К. .Термодинамическое определение энтропии
- •Второе начало термодинамики
- •Уравнение Ван-дер-Ваальса
- •Теплоемкость твердых тел
- •Диаграмма состояния и тройная точка
Волновая функция
Наличие
у частицы волновых свойств приводит к
тому, что в квантовой физике ей
сопоставляется волновая
функция
(x,y,z,t).
Физический смысл волновой функции. Величина
|
(x,y,z,t)|2dV
пропорциональна вероятности того, что
частица будет обнаружена в момент
времени t в объеме dV в окрестности точки
(x,y,z).
Волновая функция
системы невзаимодействующих
частиц
(r1,r2,...rn,t)
связана с одночастичными волновыми
функциями
i(ri,t)
соотношением
(r1,r2,...rn,t) = 1(r1,t)· 2(r2,t)·... n(rn,t).
Свободное движение частицы
Волновая функция свободно движущейся частицы с энергией E и импульсом p имеет вид
(r,t)
= Aexp[i(kr -
t)]
= Aexp[i(pr - Et)/
]
.
Константа A может быть найдена из условия нормировки волновой функции
A
= (2
)-3/2.
Т.е. в тех случаях, когда частица находится в области пространства, где действующие на нее силы равны нулю (свободное движение), энергия частицы может принимать любые значения. Энергетический спектр свободно движущейся частицы непрерывный.
Частица в прямоугольной яме с бесконечными стенками
Если область пространства, в которой может находится частица ограничена, возникает дискретный спектр энергий. Рассмотрим это на примере одномерной прямоугольной ямы c бесконечными стенками
Частица всегда находится в области 0 < x < a. Вне ее = 0. Запишем уравнение Шредингера для одномерного случая
|
(1) |
Его решение
= Asin kx + Bcos kx, |
(2) |
где k = (2mE/ 2)1/2. Из граничных условий и условий непрерывности имеем
Из (3) получим
т.е. внутри ямы устанавливаются стоячие волны, а энергия состояний принимает дискретные значения
Энергии состояний растут квадратично от n. |
|
Каждому значению энергии соответствует волновая функция, которую с учетом условия нормировки
|
(6) |
можно записать в виде
n = (2/a)1/2sin (n x/a) |
(7) |
(см. рис.1). В отличие от классической частицы, квантовая частица в прямоугольной яме не может иметь энергию E < 2 2/(2ma2).
Частица в потенциале гармонического осциллятора
Потенциал гармонического осциллятора (так же, как и в предыдушем примере рассмотрим одномерный случай)
n = kx2/2 = m 0x2/2. |
(8) |
где 0= (k/m)1/2 - собственная частота колебаний гармоничекого осциллятора. Решение уравнения Шредингера для этого потенциала можно записать в виде
n = hn(x)e-b(x), |
(9) |
где hn(x) - полиномы степени n, b(x) = (km)1/2x2/2 . Спектр значений энергий имеет вид
En = 0(n + 1/2), n = 0, 1, ... |
(10) |
Энергетический спектр гармонического осциллятора эквидистантный - уровни находятся на одинаковом расстоянии друг от друга.

Рис.
1