Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






  • Атом водорода. Радиальная часть волновой функции






    Наиболее простой задачей квантовой механики является задача о движении электрона в кулоновском поле ядра. В атоме водорода, ионах и других многозарядных ионах, которые имеют лишь один электрон, потенциальная энергия электрона в поле ядра имеет вид [2]

     

    , (2.37)(2.2.1)

    где – заряд ядра.

    Подставим (2.37) в (2.26) и получим

     

    . (2.38)

     

    Под понимается приведенная масса электрона

     

    , (2.39)

     

    где – масса ядра, – масса покоя электрона.

    Введем атомные единицы длины и энергии

     

    (2.40)

     

    и перейдем к безразмерным величинам

     

    и . (2.41)

     

    Это позволяет представить уравнение (2.38) в удобном для решения виде

     

    . (2.42)

     

    Рассмотрим сначала асимптотические решения (2.42).

    При (вблизи ядра) уравнение принимает вид

     

    . (2.43)

     

    Решение ищем в форме . Подставив в (2.43), получим квадратное уравнение , которое имеет два корня и . Второй корень нас не удовлетворяет, поскольку решение будет расходящимся. Таким образом, имеем

     

    . (2.44)

    При (на большом расстоянии от ядра) уравнение (2.42) приобретает вид

     

    . (2.45)

     

    Здесь возможные два случая: и . Второй случай приводит к апериодическим орбитам в классической механике (см. раздел 2.1) и нас не интересует. Первый описывает связанные состояния.

    Обозначив , получим решение (2.45) в следующем виде

     

    . (2.46)

     

    Поскольку решение должно быть конечным, положим и получим

     

    . (2.47)

     

    Воспользовавшись асимптотическими решениями (2.44) и (2.47), запишем решение, которое будет справедливым для любой области

     

    . (2.48)

     

    Подставляя ряд (2.48) в (2.42) и перегруппируя члены, получим

     

    (2.49)

     

    Приравнивая коэффициенты при одинаковой степени нулю, находим рекуррентные соотношение для неизвестных коэффициентов :

     

    . (2.50)

    При коэффициенты ведут себя и сумма ряда . Следовательно, решение для расходящееся. Поэтому необходимо ограничить ряд (2.49). Для этого будем считать, что начиная с некоторого коэффициент , в то время как . При этом условии из (2.50) получим

    , (2.51)

     

    где называется радиальным квантовым числом, а главным квантовым числом, и они могут принимать следующие значения

     

    (2.52)

     

    Воспользовавшись (2.51) и (2.50), найдем коэффициенты многочлена (2.48) через коэффициент , а затем и сам многочлен:

     

    (2.53)

     

    Целесообразно ввести новую переменную:

     

    . (2.54)

     

    Объединяя все постоянные множители в один , мы получим из (2.25) и (2.53) функцию, которая принадлежит квантовым числам и :

     

    , (2.55)

     

    где через обозначен многочлен, который заключен в фигурные скобки в формуле (2.53). Этот многочлен вычисляется с помощью производной от многочлена Лагерра[3] , который определяются по формуле

     

    . (2.56)

    Тогда под многочленом понимают многочлен

     

    . (2.57)

     

    Нетрудно убедиться, что когда и , мы получим многочлен, который содержится в фигурных скобках выражения (2.53).

    Формулы (2.56) и (2.57) позволяют легко вычислять функции . Множитель в (2.55) определяется из условия нормировки (2.10) и равняется

     

    . (2.58)

     

    Иногда полезно знать средние значения некоторых степеней в стационарных состояниях. Например,

     

    (2.59)

     

     






    © 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
    Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
    Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.