近代物理

Similar documents
Untitled-3

近代物理

投影片 1

BC04 Module_antenna__ doc

ENGG1410-F Tutorial 6

Microsoft Word - TIP006SCH Uni-edit Writing Tip - Presentperfecttenseandpasttenseinyourintroduction readytopublish

PowerPoint Presentation

untitled

3 Why would Chen risk ending the recent dance of détente between Taipei and Beijing a dance he has helped choreograph? Political analysts say Chen in

Microsoft PowerPoint - Ch5 The Bipolar Junction Transistor

Microsoft PowerPoint - 半導體元件與物理1

(p.29). (a) F Qq r 2 ()() N (b) Q 2 r 2 F ( 2 )() Q 0 5 C 2. (a) F (b) F 3. 7 (p.42). (a) T (b) F (c) T 2. (a) A (b) (c) 4. (a) 4 (b) (

實驗

Stochastic Processes (XI) Hanjun Zhang School of Mathematics and Computational Science, Xiangtan University 508 YiFu Lou talk 06/

Microsoft Word - 生活禮儀柯友惠981

硕 士 学 位 论 文 论 文 题 目 : 北 岛 诗 歌 创 作 的 双 重 困 境 专 业 名 称 : 中 国 现 当 代 文 学 研 究 方 向 : 中 国 新 诗 研 究 论 文 作 者 : 奚 荣 荣 指 导 老 师 : 姜 玉 琴 2014 年 12 月

2015年4月11日雅思阅读预测机经(新东方版)

Microsoft Word - 論文封面 修.doc

目 录 第 一 章 电 力 行 业 内 部 控 制 操 作 指 南 概 述... 1 第 二 章 内 部 控 制 规 范 体 系 建 设 与 运 行 第 三 章 内 部 环 境 建 设 第 一 节 组 织 架 构 第 二 节 发 展 战 略 第 三 节

Abstract The formation of sacred mountains is an essential topic in the field of history of Chinese religions. The importance of mountain in Chinese t

%

Microsoft PowerPoint _代工實例-1

Microsoft Word - 第四組心得.doc

Microsoft PowerPoint - NCBA_Cattlemens_College_Darrh_B

<4D F736F F D205F FB942A5CEA668B443C5E9BB73A740B5D8A4E5B8C9A552B1D0A7F75FA6BFB1A4ACFC2E646F63>

川 外 250 人, 上 外 222 人, 广 外 209 人, 西 外 195 人, 北 外 168 人, 中 南 大 学 135 人, 西 南 大 学 120 人, 湖 南 大 学 115 人, 天 外 110 人, 大 连 外 国 语 学 院 110 人, 上 海 外 事 学 院 110 人,

VASP应用运行优化

mode of puzzle-solving

編輯要旨 一 教育部為了協助本國失學民眾 新住民及 其他國外朋友 有系統的學習華語文的 聽 說 讀 寫 算等識字能力及跨文化 適應 以培養具有基本公民素養的終身學 習者 特別委託新北市政府教育局新住民 文教輔導科團隊編輯本教材 二 依據上述目的 本教材共有六冊 並分為 六級 分級及單元名稱詳如下表

天 主 教 輔 仁 大 學 社 會 學 系 學 士 論 文 小 別 勝 新 婚? 久 別 要 離 婚? 影 響 遠 距 家 庭 婚 姻 感 情 因 素 之 探 討 Separate marital relations are getting better or getting worse? -Exp


國立中山大學學位論文典藏.pdf

(baking powder) 1 ( ) ( ) 1 10g g (two level design, D-optimal) 32 1/2 fraction Two Level Fractional Factorial Design D-Optimal D

國立中山大學學位論文典藏.PDF

VLBI2010 [2] 1 mm EOP VLBI VLBI [3 5] VLBI h [6 11] VLBI VLBI VLBI VLBI VLBI GPS GPS ( ) [12] VLBI 10 m VLBI 65 m [13,14] (referen

從詩歌的鑒賞談生命價值的建構

國立中山大學學位論文典藏.PDF

untitled

Prasenjit Duara 3 nation state Northwestern Journal of Ethnology 4 1. A C M J M M

问 她! 我 们 把 这 只 手 机 举 起 来 借 着 它 的 光 看 到 了 我 老 婆 正 睁 着 双 眼 你 在 干 什 么 我 问, 我 开 始 想 她 至 少 是 闭 着 眼 睛 在 yun 酿 睡 意 的 我 睡 不 着 她 很 无 辜 地 看 着 我 我 问 她 yun 酿 的 yu

幻灯片 1

2 g g g g g g g

三維空間之機械手臂虛擬實境模擬

hks298cover&back

科技英语第08章黑白.ppt

Wuhan Textile University M. A. S Dissertation Emotional Design of Home Textile Based on the Chinese Traditional Culture Wedding Bedding for Example Ca

Edge-Triggered Rising Edge-Triggered ( Falling Edge-Triggered ( Unit 11 Latches and Flip-Flops 3 Timing for D Flip-Flop (Falling-Edge Trigger) Unit 11

國立中山大學學位論文典藏

encourages children to develop rich emotions through close contact with surrounding nature. It also cultivates a foundation for children s balanced de

<4D F736F F D2035B171AB73B6CBA8ECAB73A6D3A4A3B6CBA158B3AFA46CA9F9BB50B169A445C4D6AABAB750B94AB8D6B9EFA4F1ACE3A873>


5 (Green) δ

中 國 茶 詩 與 文 人 茶 道 生 活 顏 鸝 慧 人 社 科 院 / 人 文 藝 術 教 學 中 心 摘 要 飲 茶 的 起 源, 歷 來 眾 說 紛 紜, 根 據 文 獻 資 料 顯 示, 在 唐 代 之 前, 飲 茶 只 是 一 種 區 域 性 的 生 活 風 俗 然 西 漢 時 已 有

Microsoft Word - ChineseSATII .doc

高中英文科教師甄試心得

第16卷 第2期 邯郸学院学报 年6月

课题调查对象:


2014_4_StarTemperature.ppt

<4D F736F F D20D0ECB7C9D4C6A3A8C5C5B0E6A3A92E646F63>

TLLFDEC2013.indd

錫安教會2015年11月29日分享

untitled

南華大學數位論文

有 不 同 想 法 馬 上 記 錄 下 來, 作 為 寫 作 和 較 特 殊 題 型 的 答 題 材 料 把 握 這 四 到, 再 加 上 考 試 用 書 的 重 點 整 理, 搭 配 服 用, 讓 課 文 與 你 不 再 有 距 離 2. 考 試 成 績 好 差, 心 情 也 好 差, 可 不 可


University of Science and Technology of China A dissertation for master s degree Research of e-learning style for public servants under the context of

南華大學數位論文

Introduction to Hamilton-Jacobi Equations and Periodic Homogenization

Microsoft Word - 物理專文_fengli_revise_2

Microsoft Word - 11月電子報1130.doc

國立桃園高中96學年度新生始業輔導新生手冊目錄

热设计网

Microsoft PowerPoint - ????[?명솚 紐⑤뱶]

2. 熟 读 题 目 3. 积 累 核 心 句 式 4. 列 出 每 道 题 的 提 纲 5. 构 造 各 部 分 的 论 证 模 板 6. 全 文 练 习 10 到 20 篇 文 章 如 何 分 析 Argument 题 目 1. Argument 题 目 的 文 字 结 构 1) 题 目 的 出

CMRO 中国文化对外传播效果研究

曹美秀.pdf

Microsoft Word - 104蔡孟珍.doc

Chinese oil import policies and reforms 随 着 经 济 的 发 展, 目 前 中 国 石 油 消 费 总 量 已 经 跃 居 世 界 第 二 作 为 一 个 负 责 任 的 大 国, 中 国 正 在 积 极 推 进 能 源 进 口 多 元 化, 鼓 励 替 代

<4D F736F F F696E74202D20B5DAD2BBD5C228B4F2D3A1B0E6292E BBCE6C8DDC4A3CABD5D>

C doc

PowerPoint Presentation

摘 要 互 联 网 的 勃 兴 为 草 根 阶 层 书 写 自 我 和 他 人 提 供 了 契 机, 通 过 网 络 自 由 开 放 的 平 台, 网 络 红 人 风 靡 于 虚 拟 世 界 近 年 来, 或 无 心 插 柳, 或 有 意 噱 头, 或 自 我 表 达, 或 幕 后 操 纵, 网 络

南華大學數位論文

致 谢 本 论 文 能 得 以 完 成, 首 先 要 感 谢 我 的 导 师 胡 曙 中 教 授 正 是 他 的 悉 心 指 导 和 关 怀 下, 我 才 能 够 最 终 选 定 了 研 究 方 向, 确 定 了 论 文 题 目, 并 逐 步 深 化 了 对 研 究 课 题 的 认 识, 从 而 一

Microsoft Word - ChiIndexofNHE-03.doc


ΧΧΧΧ课程教学大纲(黑体,三号,段后1行)

前言

UDC The Policy Risk and Prevention in Chinese Securities Market

從篤加有二「區」談當代平埔文化復振現相

研究論文 Assessment of Effectiveness of Passenger Seatbelt Reminder on Using Belt Rate - Toward Introducing Its Assessment in the New Car Assessm

PowerPoint Presentation

Improved Preimage Attacks on AES-like Hash Functions: Applications to Whirlpool and Grøstl

致 谢 开 始 这 篇 致 谢 的 时 候, 以 为 这 是 最 轻 松 最 愉 快 的 部 分, 而 此 时 心 头 却 充 满 了 沉 甸 甸 的 回 忆 和 感 恩, 一 时 间 竟 无 从 下 笔 虽 然 这 远 不 是 一 篇 完 美 的 论 文, 但 完 成 这 篇 论 文 要 感 谢

2005 5,,,,,,,,,,,,,,,,, , , 2174, 7014 %, % 4, 1961, ,30, 30,, 4,1976,627,,,,, 3 (1993,12 ),, 2

3 (s05q6) The diagram shows the velocity-time graph for a lift moving between floors in a building. The graph consists of straight line segments. In t

論法院作成出版品禁止發行之衡量標準

<4D F736F F D203338B4C12D42A448A4E5C3C0B34EC3FE2DAB65ABE1>

感觉器官的功能.ppt

Transcription:

Ch6. Quantum Theory of the Hydrogen Atom Introduction 1945 Schrodinger Schrodinger equation : If only I knew more mathematics wave function analytical solution Schrodinger Equation for the Hydrogen Atom Symmetry suggests spherical polar coordinate. We shall consider the proton to be stationary ( the correction for proton motion is simply a matter of replacing the electron mass m by the reduced mass m ). 1

The Schrodinger equation for the electron in three dimension of the hydrogen atom is 2 Ψ 2 Ψ 2 Ψ 2 x 2 y 2 z 2 m + + + ( E U) Ψ = 0 where U is the electric potential energy and 2 e e U = qv = ( e) = 4πε0r 4πε 0r The Spherical Coordinate System 2

3

2 2 2 r x y z, 0 r = + + z z θ = = x y z r + + 1 y o φ = tan, 0 φ 360 x 1 1 o cos cos, 0 θ 180 2 2 2 or x= rsin( θ )cos( φ) y = rsin( θ )sin( φ) z = rcos( θ ) Example Given point P(-2,6,3), express P in spherical coordinates. Sol: 4

In Spherical polar coordinates Schrodinger equation is written 2 1 2 1 1 2m r Ψ sinθ Ψ 2 + 2 + Ψ + 2 2 2 2 ( E U) Ψ = 0 r r r r sin( θ) θ θ r sin θ φ Substituting the above equation for the potential energy U and multiplying the entire equation by r 2 sin 2 θ, we obtain Ψ Ψ Ψ 2mr sin 2 2 2 2 2 2 sin θ r + sin( θ) sinθ + + E 0 2 2 + Ψ = r r θ θ φ 4πε0r θ separation of variables ( )! e 5

6

7

( m ) m l = magnetic quantum number l l 8

l = orbital quantum number Θ R 9

10

RΘΦ quantum n, l, ml = n principal quantum number, n= 1,2,3,... n 1 l = orbital quantum number l = 0,1,2,...( n 1) l 0 m = magnetic quantum number m = 0, ± 1, ± 2,... ± l, l m + l l l Rr () = R () r Θ () θ =Θ () θ Φ () φ =Φ () φ nl lm m l l l numbers. Principal Quantum Number n: Quantization of energy Classically the total energy can have any value, but in the Hydrogen, the electron can only have discrete value: E n me 1 E = =, n= 1,2,3... 32πε 1 2 2 2 2 2 0 n n where E 1 = -13.6eV. The quantization of the electron energy in the hydrogen atom is described 11

by the principal quantum number n. Orbital Quantum Number l: Quantization of angular momentum magnitude Like total energy E, angular momentum is both conserved and quantized. And For example: L= l( l+ 1), l = 0,1,2,...( n 1) If 34 l = 2, L= l( l+ 1) = 2(2 + 1) = 6 = 2.6 10 J. s By contrast the orbital angular momentum of the earth is 2.7x10 40 J.s, so large that the separation into discrete angular momentum state cannot be experimentally observed. Designation of Angular Momentum States 12

It is customary to specify electron angular states by a letter: s: sharp, p: principal, d: diffuse, f: fundamental 13

For example: A state in which n= 2, l = 0 is a 2s state 14

A state in which n= 3, l = 2 is a 3d state! Magnetic Quantum Number m l : Quantization of angular momentum direction L= l( l+ 1) L L L An electron revolving about a nucleus is a minute current loop and has a magnetic field like that of a magnetic dipole. 15

Hence an atomic electron that possesses angular momentum interacts with an external magnetic field B. m l The magnetic quantum number specifies the direction of L by determining the component of L in the field direction. This phenomenon is often referred to as space quantization. 16

Space quantization: Lz = ml, ml = 0, ± 1, ± 2,... ± l or l ml + l The number of possible orientations of L in a magnetic field is 2l + 1. For example: When l = 2, L z = 2, 1, 0, 1, 2 17

**In the absence of an external magnetic field, the direction of the z axis is arbitrary. What must be true is that the component of L in any direction we choose is m. What an external magnetic field does is l 18

to provide an experimentally meaningful reference direction ( z ) Why is only one component of L ( L z ) quantized? The answer is related to the fact that L can never point to any specific direction but instead is somewhere on a cone in space such that it projection Lz is m. Were this not so, the uncertainty principle would be violated. l 19

(a) L z xy z = 0 z pz pz = ( ) 2 20

L = m L processes constantly about the z axis. z l Electron Probability Density: no definite orbit 2 Ψ Bohr model orbit. definite 21

orbit. : 22

23

24

R () r nl 25

1. The most probable value of r for 1s electron turn out to be exactly a 0, the orbital radius of a ground-state electron in Bohr model. 2. < r >. 1s = 1.5a0 e 1 1 1 U =, U < > 1s = It makes sense! 4πε r r r a 0 0 Example 26

Verify that the average value of 1/r for a 1s electron in the hydrogen exp( r/ a0 ) atom is 1/a 0. Ψ 1s = 3/2 π a0 Sol: Example How much more likely is a 1s electron in a hydrogen atom to be at the distance a 0 from the nucleus than at the distance a 0 /2? Sol: 27

The electron is 47% more likely to be a 0 from the nucleus than half that distance. 2 Ψ 28

( r, θ, φ or x, y, z ) Ψ 3D 2 29

30

31

32

33

34

The pronounced lobe patterns characteristic of many of the states turn out to be significant in chemistry since these patterns help determine the manner in which adjacent atoms in a molecules interact. 35

Selection Rule: (or quantum electrodynamics ), it is found that only transitions between states of different n that can occur are those in which the orbital quantum number l change by +1 or -1 and the m l magnetic quantum number does not change or changes by +1 or -1. 36

n n ( n 0) i f ( ) i f l =± 1 l l = 1 ( ) m = 0, ± 1 m m = 0,1 l i f Besides, quantum electrodynamics (QED) shows that the radiation emitted during a transition from state m to state n in the form of a single proton. Selection rule line 37

38

39

Zeeman Effect: How atoms interact with a magnetic field. 1896 Zeeman B line 3 : 1. Magnetic moment µ : current loop orbiting electron µ = IA 40

2. µ L : L = angular momentum = µ = ( ef )( πr ) = ef πr 2 2 rp = rmv = rm( f 2 π r) = 2π mfr 2 e 2 e µ = ef πr = ( 2πmfr ) = L 2m 2m e = constant =gyromagnetic ratio 2 m 3. Torque: τ µ magnetic dipole( orbiting electron) B torque : 2 41

τ = µ Bsinθ 4. Magnetic potential energy U m Magnetic dipole B ( /2 θ = π = 90 o U m 0 ) U = τ dθ = µ B sinθdθ = µ Bcosθ m θ π /2 π /2 e e = LBcosθ = LBcosθ 2m 2m θ So, when µ points in the same direction as B, then U m minimum value. = µ B, its 42

L l 5. cos z m θ = = L L e e ml e 6. Um = LBcosθ = LB = ml B 2m 2m L 2m -24 = constant = Bohr magneton = 9.274x10 J/T = 5.788x10 2 em -5 ev/t E1 13.6eV 1. B E = n 2 n = n E n 2 2. B µ B U m e E = En + Um = En + ml B 2m 3. l m + l transition selection rule: = 0, ± 1 l spectral line B 3 normal Zeeman effect. m l 43

e E0 +, ml =+ 1 2m En = E0, ml = 0 e E0, ml = 1 2m Example A sample of a certain element is placed in a 0.3T magnetic field and suitably excited. How far apart are the Zeeman components of the 450-nm spectral line of this element? Sol: 44

45

46