Néhány mozgás kvantummechanikai tárgyalása

Hasonló dokumentumok
Hullámtan. A hullám fogalma. A hullámok osztályozása.

Bevezetés a modern fizika fejezeteibe. 4. (b) Kvantummechanika. Utolsó módosítás: november 9. Dr. Márkus Ferenc BME Fizika Tanszék

A rezgések dinamikai vizsgálata, a rezgések kialakulásának feltételei

Fermi Dirac statisztika elemei

Kvantummechanikai alapok I.

Kvantummechanika gyakorlat Beadandó feladatsor Határid : 4. heti gyakorlatok eleje

3. 1 dimenziós mozgások, fázistér

Mágneses momentum, mágneses szuszceptibilitás

Fizika I. Dr. Gugolya Zoltán egyetemi adjunktus. Pannon Egyetem Fizika Intézet N. ép. II. em szoba

SCHRÖDINGER-EGYENLET SCHRÖDINGER-EGYENLET

January 16, ψ( r, t) ψ( r, t) = 1 (1) ( ψ ( r,

ω mennyiségek nem túl gyorsan változnak

A Schrödinger-egyenlet és egyszerű alkalmazásai

Sajátértékek és sajátvektorok. mf1n1a06- mf1n2a06 Csabai István

A harmonikus rezgőmozgás

a) Az első esetben emelési és súrlódási munkát kell végeznünk: d A

Kinematikai alapfogalmak

Harmonikus rezgőmozgás

1. ábra. 24B-19 feladat

A +Q töltés egy L hosszúságú egyenes szakasz mentén oszlik el egyenletesen (ld ábra ábra

Rezgések. x(t) x(t) TÓTH A.: Rezgések/1 (kibővített óravázlat) 1

Matematika II. 1 sin xdx =, 1 cos xdx =, 1 + x 2 dx =

sin x = cos x =? sin x = dx =? dx = cos x =? g) Adja meg a helyettesítéses integrálás szabályát határozott integrálokra vonatkozóan!

Differenciálegyenletek numerikus integrálása április 9.

Fizika 1 Mechanika órai feladatok megoldása 7. hét

Tárgymutató. dinamika, 5 dinamikai rendszer, 4 végtelen sok állapotú, dinamikai törvény, 5 dinamikai törvények, 12 divergencia,

Oktatási Hivatal. A 2015/2016. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny második forduló FIZIKA I. KATEGÓRIA. Javítási-értékelési útmutató

JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

FIZIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Gyakorlat 30B-14. a F L = e E + ( e)v B képlet, a gravitációs erőt a (2.1) G = m e g (2.2)

A Hamilton-Jacobi-egyenlet

1 A kvantummechanika posztulátumai

Az elméleti mechanika alapjai

2012. október 9 és 11. Dr. Vincze Szilvia

A Descartes derékszög½u koordinátarendszert az i; j; k ortonormált bázis feszíti ki. Egy

Fizikai kémia 2. ZH I. kérdések I. félévtől

Matematika II képletek. 1 sin xdx =, cos 2 x dx = sh 2 x dx = 1 + x 2 dx = 1 x. cos xdx =,

3. előadás Stabilitás

körsugár kapcsolata: 4 s R 8 m. Az egyenletből a B test pályakörének sugara:

KVANTUMJELENSÉGEK ÚJ FIZIKA

ÜTKÖZÉSEK ELEMZÉSE ENERGIA-IMPULZUS DIAGRAMOKKAL

Alkalmazott spektroszkópia

A spin. November 28, 2006

Rugalmas megtámasztású merev test támaszreakcióinak meghatározása I. rész

5. Pontrendszerek mechanikája. A kontinuumok Euler-féle leírása. Tömegmérleg. Bernoulli-egyenlet. Hidrosztatika. Felhajtóerő és Arhimédesz törvénye.

Q 1 D Q 2 (D x) 2 (1.1)

Hajder Levente 2017/2018. II. félév

Az egyenlőtlenség mindkét oldalát szorozzuk meg 4 16-al:

36. Mikola verseny 2. fordulójának megoldásai I. kategória, Gimnázium 9. évfolyam

Lagrange és Hamilton mechanika

Molekulák világa 1. kémiai szeminárium

Kézirat a Bevezetés a modern fizika fejezeteibe c. tárgyhoz írta: Márkus Ferenc (BME Fizika Tanszék) (utolsó módosítás: november 9.) 4.

Analízis III Parciális differenciálegyenletek

Mechanika, dinamika. p = m = F t vagy. m t

Atomok és molekulák elektronszerkezete

Kvantummechanika. - dióhéjban - Kasza Gábor július 5. - Berze TÖK

Bevezetés az elméleti zikába

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI EMELT SZINT Paraméter

1. Feladatok merev testek fizikájának tárgyköréből

M13/II. javítási-értékelési útmutatója. Fizika II. kategóriában. A 2006/2007. tanévi. Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny

Rezgőmozgás. A mechanikai rezgések vizsgálata, jellemzői és dinamikai feltétele

Egyszerű áramkörök árama, feszültsége, teljesítménye

1. témakör. A hírközlés célja, általános modellje A jelek osztályozása Periodikus jelek leírása időtartományban

Fourier-sorok. Lengyelné Dr. Szilágyi Szilvia április 7.

Az egydimenziós harmonikus oszcillátor

Hullámtan. Hullám Valamilyen közeg kis tartományában keltett, a közegben tovaterjedő zavar.

Hamilton rendszerek, Lyapunov függvények és Stabilitás. Hamilton rendszerek valós dinamikai rendszerek, konzerva3v mechanikai rendszerek

Irányításelmélet és technika I.

JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

1. Feladatok munkavégzés és konzervatív erőterek tárgyköréből. Munkatétel

3. A kvantummechanikai szemlélet kialakulása

2015/16/1 Kvantummechanika B 2.ZH

Általános Kémia. Dr. Csonka Gábor 1. Gázok. Gázok. 2-1 Gáznyomás. Barométer. 6-2 Egyszerű gáztörvények. Manométer

35. Mikola Sándor Országos Tehetségkutató Fizikaverseny. III. forduló május 1. Gyöngyös, 9. évfolyam. Szakközépiskola

LNM folytonos Az interpoláció Lagrange interpoláció. Lineáris algebra numerikus módszerei

Fizika alapok vegyészeknek Mechanika II.: periodikus mozgások november 10.

Bolygómozgás. Számítógépes szimulációk fn1n4i11/1. Csabai István, Stéger József

Fourier transzformáció

Oktatási Hivatal. A 2007/2008. tanévi. Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny. első (iskolai) fordulójának. javítási-értékelési útmutatója

1.1. Feladatok. x 0 pontban! b) f(x) = 2x + 5, x 0 = 2. d) f(x) = 1 3x+4 = 1. e) f(x) = x 1. f) x 2 4x + 4 sin(x 2), x 0 = 2. általános pontban!

Gazdasági matematika II. vizsgadolgozat megoldása, június 10

Kinematika szeptember Vonatkoztatási rendszerek, koordinátarendszerek

3. Fékezett ingamozgás

Kettős integrál Hármas integrál. Többes integrálok. Sáfár Orsolya május 13.

Felügyelt önálló tanulás - Analízis III.

ANALÍZIS II. Példatár

Abszolútértékes egyenlôtlenségek

Az alábbi fogalmak és törvények jelentését/értelmezését/matematikai alakját (megfelelő mélységben) ismerni kell: Newtoni mechanika

Folytonos rendszeregyenletek megoldása. 1. Folytonos idejű (FI) rendszeregyenlet általános alakja

A kémiai kötés eredete; viriál tétel 1

3. A kvantummechanikai szemlélet kialakulása

MATEMATIKAI ÉS FIZIKAI ALAPOK

Változó tömegű test dinamikája

Miskolci Egyetem GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR. Polárkoordinátás és paraméteres megadású görbék. oktatási segédanyag

Mechanika I-II. Példatár

1. Bázistranszformáció

A TételWiki wikiből. Harmonikus oszcillátor. Csillapított és gerjesztett harmonikus oszcillátor

Matematika I. Vektorok, egyenesek, síkok

Descartes-féle, derékszögű koordináta-rendszer

3. Lineáris differenciálegyenletek

Átírás:

Néhány ozgás kvantuechanikai tárgyalása Mozzanatok: A Schrödinger-egyenlet felírása ĤΨ EΨ Hailton-operátor egállapítása a kinetikus energiaoperátor felírása, vagy 3 dienziós ozgásra, Descartes-féle koordinátarendszerben szükség esetén áttérés (göbi) polárkoordinátarendszerre a potenciális energiaoperátor egállapítása az adott ozgásra kiindulás: klasszikus fizikai összefüggések A Schrödinger-egyenlet egoldása, ill. annak elezése Sajátfüggvények határfeltételek kvantuszáok Valószínűségi sűrűségfüggvény elezése Sajátértékek (kvantáltak) Más operátorok sajátértékei A Heisenberg-elv érvényesülése

Haladó ozgás határok között (dobozba zárt részecske odell) V= V= x<0 és x> (x)=0 A hulláfüggvény folytonossága egköveteli, hogy x=0 V=0 x= x (0)= ()=0 legyen. n x o Ψ(x n ) Ψ(x (x o =0, ill. x o =) o ) Ψ Ae ikx Be ikx Euler-egyenlet általános egoldás, l. szabad haladó ozgás e ikx = cos kx + i sin kx és e -ikx = cos kx - i sin kx = A cos kx + Ai sin kx + B cos kx - Bi sin kx = (A + B) cos kx + (A - B)i sin kx = D cos kx + C sin kx

(0) = 0 határfeltételből D = 0 ert cos 0 = = C sin kx () = 0 határfeltételből () = C sin k = 0 C = 0 fizikai szepontból érteletlen, ert akkor a hulláfüggvény indenütt zérus lenne, azaz a részecske ne lenne sehol sin k = 0 k = n k=n / E k n π h 4π n h 8 E n n értéke 0 (érteletlen) pozitív egész szá Az energia kvantált!! n: kvantuszá

Zéruspont-energia (energia a legalacsonyabb energiájú állapotban, akár az abszolút 0 fokon is rendelkezik ezzel a részecske) E =h /8 Heisenberg-elv érvényesülése: ha a kinetikus energia zérus lenne, akkor az ipulzus biztosan zérus lenne, és a részecske helyzete teljesen bizonytalan lenne. Á a részecske helyzete ne teljesen bizonytalan, ert hiszen véges tartoányban ozog ipulzusa se biztosan zérus, ert E 0. A szoszédos energiaszintek távolsága E=E n+ -E n =[(n+) -n ] h /8 =(n+) h /8 E 0 Ez egfelel annak a tapasztalatnak, hogy a akrovilágban a haladó ozgás kinetikus energiája folytonosan változik

Noráljuk a hulláfüggvényt! ( x) ( x) dx [ x] teljesüljön. cos kx C ( x) C ( x) dx C sin kxdx C dx C dx C C 0 0 C 0 k sin kx k=n / 0 C 0 0 cos kxdx C, ebből C A sin kx függvény átalakítása: cos - sin = cos és cos + sin =, ahol = kx cos = - sin - sin cos sin cos

Ψ n sin nπ x Csoópontok száa: (n ) a hulláfüggvény értéke 0 a pont kis környezetében előjelet vált ha n, a részecske inden pont környezetében ugyanannyi idő t tölt el. Korrespondencia-elv: 0 (x) végtelen nagy kvantuszáoknál a kvantuechanikai leírás visszaadja a klasszikus echanikai leírás eredényét. 0 x

A hulláfüggvény ne sajátfüggvénye az ipulzus-operátornak (a sinusfüggvény deriváltja a cosinusfüggvény). Felírható-e az ipulzusoperátor sajátfüggvényeinek lineáris szuperpozíciójaként? e ikx = cos kx + i sinkx és e ikx = cos kx isin kx e ikx - e ikx = i sin kx ikx sin kx ( e e ikx ) i Igen. Az együtthatók csak előjelükben térnek el, négyzetük tehát egegyezik. Az ipulzus balról jobbra haladva jobbról balra haladva k k n n h nh h nh 50 % 50 % valószínűséggel

A haronikus oszcillátor (egydienziós) F = - k x dv = kxdx F dv dx V kxdx kx konstans kx x(t) Acosωt Kétatoos olekula rezgése ω k a körfrekvencia ω k μ ahol μ a redukált töeg

Schrödinger-egyenlet: d kx E dx E v (v ) (v ) h ahol v = 0,,,3, a rezgési kvantuszá k a körvfrekvencia, pedig a rezgés sajátfrekvenciája. Zéruspont-energia: E 0 h Magyarázat: a kötött állapot iatt a részecske helyzete ne teljesen határozatlan, ezért ipulzusa ne lehet határozottan nulla, így energiája se lehet zérus.

A hulláfüggvény v=0 rezgési kvantuszánál és * axiua az egyensúlyi helyzetnél van,. v0 esetekben a fordulópontoknál. A rezgési kvantuszáal egegyező száú csoópont. v=0 Korrespondencia-elv Fordulópontok : a teljes rezgési energia potenciális energia forájában van jelen, a kinetikus energia zérus. E v V kx f x f E Tartózkodás a tiltott tartoányban (a fordulópontokon kívül) x f v v dx 0.08 v vdx 0. 08 x f k v

Körozgás (kétdienziós forgóozgás) z r p (v) x Merev rotátor: r = állandó. V = 0 Ipulzus (lendület) p= v a töegpont töege y Ipulzusoentu (perdület) =rxp

Schrödinger-egyenlet: x y E Hengerkoordinátarendszer: r és polárkoordináták r állandó, így egyetlen koordinátával leírható: ANAÓGIA AZ EGYENES MENTÉN TÖRTÉNŐ MOZGÁSSA! Megoldás Egyszerűsíti a ateatikai leírást, ha polárkoordinátarendszerre, pontosabban hengerkoordinátarendszerre térünk át. ( ) l il N e l E l I k helyett az p ipulzus helyett az ipulzusoentu töeg helyett az I=r tehetetlenségi nyoaték

Mekkora értéke? A hulláfüggvény egyértékű függvény (valószínűségi értelezés), használjuk ki ezt a tulajdonságát! () = (+) N i l () =N e (+) = N e i N e e l ( l l ) i i i l i l i l e N e e csak akkor teljesülhet, ha e i l e i l ( ) i l ( e ) ( l Elfajult (degenerált) állapotok ) l e i = cos + i sin = - + 0 = - ha a hatványkitevő páros szá vagy 0 = 0,,,... különböző hulláfüggvényekhez ugyanakkora energia tartozik. Kvantuszá! Kvantált energiaszintek! l E l I

További analógiák az egyenes entén történő ozgással Az ipulzusoentu-operátor ˆ z i A töegpont ipulzusoentua ˆ il z Ψ Ne i i l i N e i A sajátérték, z = N e i l A Heisenberg-elv a körozgás esetében Adott esetén az adott hulláfüggvényhez egyféle ipulzusoentu tartozik: az teljesen eghatározott. A részecske helyzete: Ψ l ( il ) N e Ψ l x ( il ) N e * = N e i i = N e 0 = N teljesen határozatlan.

Göbi ozgás (hárodienziós forgóozgás) Az töegpont egy r sugarú göb felületén ozog. A rotátor erev (r=állandó), és V=0. A Schrödinger-egyenlet x y z E Göbi polárkoordináta-rendszer z r A d térfogatele d = r dr sin d d A teljes térre vett integrálás határai x y r szerint szerint szerint 0 és. 0 és 0 és

A térfogatele göbi polárkoordináta-rendszerben

Megoldások: az ún. göbfüggvények, Y, (, ) Y, P ( ) e, P, ( ) A göbfüggvények noráltak: 0 0 Y Energia sajátértékek E i sin és cos polinoja = 0,,,... = 0,,,..., ágneses kvantuszá; (+)-féle érték,, ) Y (, ) sin dd (, l ( ) (+)-szeresen degenerált energiaszintek I I

Bebizonyítható, hogy ˆ ˆ z Y Y, Iránykvantálás z =, (, ) Y, (, ) (, ) ( ) Y (, ), Sajátértékek z ( ) az vektor abszolútértéke (hossza) ( ) 0 - - Az ipulzusoentu z- és x-, ill. z- és y- koponensének operátorai ne fölcserélhetőek, tehát a egfelelő koponensek kopleenter fizikai ennyiségek: érvényes rájuk a Heisenberg-elv. Mivel a z-koponens teljesen eghatározott, az x- és y-koponens teljesen határozatlan. Az ipulzusoentu z- tengelyre eső vetülete csak eghatározott értékeket vehet föl.

A göbi ozgás odelljének fölhasználása Kétatoos olekula forgása töegközéppontján átenő tengely körül E J J I J(J ) I I μ r töegközéppont ahol μ a redukált töeg Az atoszerkezet kvantuechanikai leírása