W-23 (Jaroszewicz) 20 slajdów Na podstawie prezentacji prof. J. Rutkowskiego

Podobne dokumenty
gęstością prawdopodobieństwa

PODSTAWY MECHANIKI KWANTOWEJ

r. akad. 2012/2013 wykład III-IV Mechanika kwantowa Podstawy Procesów i Konstrukcji Inżynierskich Mechanika kwantowa

Elementy mechaniki kwantowej. Mechanika kwantowa co to jest? Fale materii hipoteza de Broglie'a Funkcja falowa Równanie Schrödingera

FALE MATERII. De Broglie, na podstawie analogii optycznych, w roku 1924 wysunął hipotezę, że

Rozwiązania zadań z podstaw fizyki kwantowej

Elementy mechaniki kwantowej. Mechanika kwantowa co to jest? Funkcja falowa Równanie Schrödingera

Elementy mechaniki kwantowej. Mechanika kwantowa co to jest? Fale materii hipoteza de Broglie'a Funkcja falowa Równanie Schrödingera

Fizyka 3.3 WYKŁAD II

Mechanika kwantowa. Erwin Schrödinger ( ) Werner Heisenberg

Dualizm korpuskularno falowy

Jak matematycznie opisać własności falowe materii? Czym są fale materii?

Ciało doskonale czarne absorbuje całkowicie padające promieniowanie. Parametry promieniowania ciała doskonale czarnego zależą tylko jego temperatury.

Jak matematycznie opisać własności falowe materii? Czym są fale materii?

Zjawisko Comptona opis pół relatywistyczny

λ(pm) p 1 rozpraszanie bez zmiany λ ze wzrostem λ p e 0,07 0,08 λ (nm) tł o

Efekt Comptona. Efektem Comptona nazywamy zmianę długości fali elektromagnetycznej w wyniku rozpraszania jej na swobodnych elektronach

VII. CZĄSTKI I FALE VII.1. POSTULAT DE BROGLIE'A (1924) De Broglie wysunął postulat fal materii tzn. małym cząstkom przypisał fale.

Zasada nieoznaczoności Heisenberga

Równanie Schrödingera

V. RÓWNANIA MECHANIKI KWANTOWEJ

Równanie Schrödingera

FIZYKA 2. Janusz Andrzejewski

Wykład FIZYKA II. 12. Mechanika kwantowa. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Początek XX wieku. Dualizm korpuskularno - falowy

Prędkość fazowa i grupowa fali elektromagnetycznej w falowodzie

Wykład 9 Podstawy teorii kwantów fale materii, dualizm falowo-korpuskularny, funkcja falowa, równanie Schrödingera, stacjonarne równanie

Fizyka kwantowa. promieniowanie termiczne zjawisko fotoelektryczne. efekt Comptona dualizm korpuskularno-falowy. kwantyzacja światła

Chemia ogólna - część I: Atomy i cząsteczki

PODSTAWY MECHANIKI KWANTOWEJ

Rodzaje fal. 1. Fale mechaniczne. 2. Fale elektromagnetyczne. 3. Fale materii. dyfrakcja elektronów

Równanie falowe Schrödingera ( ) ( ) Prostokątna studnia potencjału o skończonej głębokości. i 2 =-1 jednostka urojona. Ψ t. V x.

IX. MECHANIKA (FIZYKA) KWANTOWA

Podstawy fizyki kwantowej i budowy materii

Mechanika Kwantowa. Maciej J. Mrowiński. 24 grudnia Funkcja falowa opisująca stan pewnej cząstki ma następującą postać: 2 x 2 )

Jednowymiarowa mechanika kwantowa Rozpraszanie na potencjale Na początek rozważmy najprostszy przypadek: próg potencjału

Stara i nowa teoria kwantowa

RÓWNANIE SCHRÖDINGERA NIEZALEŻNE OD CZASU

Podstawy Akustyki. Drgania normalne a fale stojące Składanie fal harmonicznych: Fale akustyczne w powietrzu Efekt Dopplera.

h 2 h p Mechanika falowa podstawy pˆ 2

Mechanika kwantowa Schrödingera

Fizyka 3. Konsultacje: p. 329, Mechatronika

Doświadczenie Younga Thomas Young. Dyfrakcja światła na dwóch szczelinach Światło zachowuje się jak fala - interferencja

Wykład FIZYKA I. 11. Fale mechaniczne. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Własności falowe materii

Teorie wiązania chemicznego i podstawowe zasady mechaniki kwantowej Zjawiska, które zapowiadały nadejście nowej ery w fizyce i przybliżały

Komentarz 3 do fcs. Drgania sieci krystalicznej. I ciepło właściwe ciała stałego.

Promieniowanie X. Jak powstaje promieniowanie rentgenowskie Budowa lampy rentgenowskiej Widmo ciągłe i charakterystyczne promieniowania X

Statystyka nieoddziaływujących gazów Bosego i Fermiego

Zad Sprawdzić, czy dana funkcja jest funkcją własną danego operatora. Jeśli tak, znaleźć wartość własną funkcji.

Fale materii. gdzie h= J s jest stałą Plancka.

III. EFEKT COMPTONA (1923)

Foton, kwant światła

Wykład 18: Elementy fizyki współczesnej -2

Fizyka 12. Janusz Andrzejewski

Ψ(x, t) punkt zamocowania liny zmienna t, rozkład zaburzeń w czasie. x (lub t)

Optyka. Wykład V Krzysztof Golec-Biernat. Fale elektromagnetyczne. Uniwersytet Rzeszowski, 8 listopada 2017

Wykład FIZYKA II. 11. Optyka kwantowa. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Problemy fizyki początku XX wieku

gdzie λ - długość fali, h - stała Plancka, p - pęd cząstki.

Metody rozwiązania równania Schrödingera

falowa natura materii

OPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki

Wykład 21: Studnie i bariery cz.1.

Atom wodoru i jony wodoropodobne

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 26, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

Kwantowe własności promieniowania, ciało doskonale czarne, zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne.

ZASADY PRZEPROWADZANIA EGZAMINU DYPLOMOWEGO KOŃCZĄCEGO STUDIA PIERWSZEGO ORAZ DRUGIEGO STOPNIA NA KIERUNKU FIZYKA

Ładunek elektryczny jest skwantowany

Światło fala, czy strumień cząstek?

Nieskończona jednowymiarowa studnia potencjału

OPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki

Wykład 17: Optyka falowa cz.1.

Rozdział 4 Równanie Schrödingera

Fale elektromagnetyczne

Podstawy fizyki kwantowej

Zasada nieoznaczoności Heisenberga. Konsekwencją tego, Ŝe cząstki mikroświata mają takŝe własności falowe jest:

Wykład 26. Elementy mechaniki kwantowej.

Mechanika kwantowa. Jak opisać atom wodoru? Jak opisać inne cząsteczki?

= sin. = 2Rsin. R = E m. = sin

Wykład Budowa atomu 2

Mechanika klasyczna zasada zachowania energii. W obszarze I cząstka biegnie z prędkością v I, Cząstka przechodzi z obszaru I do II.

WSTĘP DO OPTYKI FOURIEROWSKIEJ

Światło ma podwójną naturę:

2.14. Zasada zachowania energii mechanicznej

Wykład 13 Mechanika Kwantowa

( n) Łańcuchy Markowa X 0, X 1,...

wykład 1. Fizyka Jądrowa Bogdan Muryn

Podstawy Akustyki. Drgania normalne a fale stojące Składanie fal harmonicznych: Fale akustyczne w powietrzu Efekt Dopplera

POSTULATY MECHANIKI KWANTOWEJ cd i formalizm matematyczny

Wykład 26 Wersja robocza Elementy mechaniki kwantowej.

Fale elektromagnetyczne. Gradient pola. Gradient pola... Gradient pola... Notatki. Notatki. Notatki. Notatki. dr inż. Ireneusz Owczarek 2013/14

Interferometr Macha-Zehndera. Zapis sinusoidalnej siatki dyfrakcyjnej i pomiar jej okresu przestrzennego.

Własności falowe cząstek. Zasada nieoznaczoności Heisenberga.

Podstawy fizyki sezon 1 VIII. Ruch falowy

WYKŁAD 15. Gęstość stanów Zastosowanie: oscylatory kwantowe (ª bosony bezmasowe) Formalizm dla nieoddziaływujących cząstek Bosego lub Fermiego

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu Transport Studia I stopnia

Mini-quiz 0 Mini-quiz 1

Przedmiot: Fizyka. Światło jako fala. 2016/17, sem. letni 1

Mechanika cieczy. Ciecz jako ośrodek ciągły. 1. Cząsteczki cieczy nie są związane w położeniach równowagi mogą przemieszczać się na duże odległości.

Transkrypt:

Bangkok, Thailand, March 011

W-3 (Jaroszewicz) 0 slajdów Na odstawie rezentacji rof. J. Rutkowskiego Fizyka kwantowa fale rawdoodobieństwa funkcja falowa aczki falowe materii zasada nieoznaczoności równanie Schrodingera

3/0-W3 Fale rawdoodobieństwa Rozkład elektronów na ekranie owinien być sumą rozkładów dla każdej szczeliny oddzielnie - obserwujemy obraz interferencyjny dla dwóch szczelin Do wyjaśnienia tego aradoksu musimy stworzyć nowy formalizm matematyczny: fale materii traktować jako fale rawdoodobieństwa wytwarzającą na ekranie obraz rążków rawdoodobieństwa B P 1 Rozkład obserwowany A r r 1 P Rozkład klasyczny

4/0-W3 Funkcja falowa Formalizm matematyczny za omocą którego usuwa się te aradoksy, rzyisuje każdej cząstce materialnej funkcję falową (,y,z,t) będącą funkcją wsółrzędnych i czasu Znajdując rozkład natężenia w obrazie dyfrakcyjnym można określić rawdoodobieństwo, że elektron adnie w określonym miejscu ekranu Kwadrat amlitudy funkcji falowej jest roorcjonalny do gęstości rawdoodobieństwa znalezienia elektronu w danym elemencie obszaru

5/0-W3 Właściwości funkcji falowej Prawdoodobieństwo znalezienia się elektronu w objętości dvddydz P ddydz gdzie warunek unormowania funkcji falowej dv 1 zasada suerozycji 1 + funkcja falowa owinna być ograniczona < V funkcja falowa nie stanowi bezośrednio obserwowanej wielkości. Fale klasyczne i fale odowiadające cząstkom odlegają równaniom matematycznym tego samego tyu, lecz w rzyadku klasycznym amlituda fali jest bezośrednio obserwowana, a dla funkcji falowej nie.

6/0-W3 h λ h π π λ h k π k h π Funkcja falowa cząstki oruszającej się wzdłuż osi, której długość fali jest równa λ o ( k t ) A cos o ω Stąd widać, iż rzeczywista ostać funkcji falowej jest niewłaściwa bo istniałyby unkty, gdzie nie można jej zaobserwować. Leiej zatem stosować ostać zesoloną i( k o ωt ) Ae ( k t ) A cos o ω ( i( k t )) i( k t ) Ae o ω Ae o ω ( ) A Pokazaliśmy, że jeżeli ęd cząstki osiada określoną wartość, to cząstkę można znaleźć z jednakowym rawdoodobieństwem w dowolnym unkcie rzestrzeni. Inaczej mówiąc, jeżeli ęd cząstki jest dokładnie znany, to nic nie wiemy o jej miejscu ołożenia.

7/0-W3 Paczki falowe materii Dla cząstki znajdującej się w t0 w określonym obszarze rzestrzeni kwadrat modułu funkcji falowej rzyjmuje ostać funkcji Gaussa A e σ (, 0) A e e( ik ) 4σ Tak zlokalizowana funkcja nazywana jest aczką falową o

8/0-W3 B B Suerozycja fal monochromatycznych Paczka falowa jest suerozycją fal o różnych długościach, odowiadają one różnym wartościom ędu k wsółczynniki Fouriera σ π e e 4σ 4σ ( k) e σ ( k k ) ( ) σ e π e e [ ] ( ) o σ o ( ik ) B e( ik ) o ( ik ) B( k) e( ik) B o ( ) B ( ) σ π n e σ e π n dk ( ) o σ ( ) o σ σ σ

9/0-W3 Zasada nieoznaczoności czym węższa jest rzestrzennie aczka falowa tym szerszy rozkład o ędzie σ σσ σ niemożliwe jest jednoczesne dokładne określenie wartości wsółrzędnej i ędu cząstki

10/0-W3 Zasada nieoznaczoności w ociągu λ chcemy zmierzyć rędkość ociągu wiedząc, że każdy wagon ma długość λ minęło nas n wagonów w ciągu czasu t okonana rzez ociąg droga wynosi l nλ l λ średnia rędkość ociągu wynosi l nλ v l t nλ t v vλ 4 v l t λ t im większy rzedział czasu tym omiar rędkości dokładniejszy, ale maleje dokładność ołożenia ociągu w chwili omiaru v n w mechanice kwantowej ociąg to aczka falowa o długości fali λ rozciągająca się na obszar l nλ λ h h 4 λ 4

11/0-W3 Znaczenie zasady nieoznaczoności Heisenberga szerokość aczki falowej 1/ k t1/ ω k E ω E t S Działanie S można określić z dokładnością stałej Plancka Zasada nieoznaczoności określa granice możliwości naszych omiarów. Jest jednym z fundamentalnych twierdzeń mechaniki kwantowej: wyjaśnia dyfrakcję na szczelinie energie cząstek są zawsze większe od zera elektron nie sada na jądro atomowe

1/0-W3 Prędkość gruowa aczki klasycznie v g dω dk k E ( k ω ) ω E m m dω dk k m dω k v g dk m m v v g Paczka falowa rzemieszcza się z rędkością równą rędkości cząstki relatywistycznie E Eo + E de c c d dω de mv v g c c dk d E mc v v

13/0-W3 Rozływanie się aczki falowej Udowodnimy, że ojedynczej aczce falowej właściwy jest rozrzut wartości rędkości gruowej v g, który owinien rowadzić do zwiększenia szerokości. ( vg )t dvg 1 v v m o t g d - szerokość aczki falowej rośnie roorcjonalnie do t g m Rozływania się aczki falowej można uniknąć umieszczając cząstkę w studni otencjału o swobodny elektron zlokalizowany w chwili oczątkowej w obszarze o 10 10 m (tyowy rozmiar atomu) o uływie sekundy będziemy mieć 1100 km

14/0-W3 Cząstka w studni otencjału wystęuje nałożenie się dwóch fal rozchodzących się w rzeciwnych kierunkach owstaje fala stojąca E (ev) E 4 400 E 3 ik iωt ik iωt ( ) ( ik ik ) iωt t Be Be B e e e, iωt iωt (, t) ibe sin( k) Ae sin( k) Z warunków brzegowych n k n E n bo (0,t)0 n sin ( kl) 0 π n m ml kl nπ k n 00 sin 0 ( k) nπ L E E 1 e ik L e i n ik dozwolone wartości liczby falowej i energii cząstki λ

15/0-W3 Równanie Schrodingera-jak? E + m A sin k U( ) ( + ϕ) m m( E U 1 ) k ( E U ) k A sin d d d d d d ( k + ϕ) k m [ E U1 ] m [ E U( ) ] 1 (a) (b) (c) E 0 0 E 0 K /m U 1 U U 3 U() Jest to stacjonarne, jednowymiarowe równanie Schrödingera słuszne w układach nierelatywistycznych od warunkiem, że rozkład rawdoodobieństwa nie zmienia się w czasie

16/0-W3 Równanie Schrodingera W sytuacjach stacjonarnych, gdy otencjał nie zmienia się w czasie, zmienne rzestrzenne i czas można rozsearować i zaisać funkcję falową w ostaci: iω, y, z, t, y, z e d d ( ) ( ) t Postać rzestrzennej funkcji falowej, dla rzyadku jednowymiarowego, wyznaczamy z równania Schrödingera: m [ E U( ) ] stacjonarne, jednowymiarowe równanie Schrödingera równania Newtona fale dźwiękowe i fale w strunach równania Mawella fale świetlne równanie Schrödingera fale materii (funkcja falowa)

17/0-W3 Równanie Schrodingera dla d m cząstki swobodnej E U( ) U( ) 0 d k d d d m E którego rozwiązaniem jest d oznaczając rzyjmując B0 (cząstka orusza się w kierunku dodatnich ) iωt i ( ) ( ) ( k ωt t e Ae ), k m E [ ] tylko kinetyczna E ik ik ( ) Ae + Be m m m k E m π π λ k h funkcją falową cząstki swobodnej jest fala łaska o długości λ określonej zależnością de Broglie a

18/0-W3 Równanie Schrodingera dla nieskończonej jamy otencjału U E 3 E E 1 U d d m [ E U( ) ] U( ) 0 k m E 0 L U0 k d ik Ae + d warunki brzegowe ( 0 ) ( L) 0 A + B 0 sin Ae ( kl) 0 ikl ik ( ) Be + Be ikl kl π n E n n n ( ) C sin C Ai ml L wartości energii E n nazywamy wartościami własnymi odowiadające im funkcje falowe n funkcjami własnymi 0 nπ ( ikl ) 0 A e ikl e n1,,3... π

19/0-W3 Wnioski energia jest skwantowana, wystęują dyskretne wartości (oziomy) energii (n liczba kwantowa) cząstka nie może osiadać energii zerowej wynika z zasady nieoznaczoności L L E > 0 m stałą C wyznaczamy z warunku unormowania L L * nπ d C sin d L 0 0 L C 1 nπ C L n ( ) sin L L dla obiektów klasycznych oszczególne oziomy są tak bliskie, że nierozróżnialne 1 L 0 sin nπ L L d

Bangkok, Thailand, March 011