角动量守恒公式是什么-角动量公式l=mvr
在量子领域,电子被视作一个微小点状粒子,如同我们仰望星空,仅能观察到星星的点点光芒。与宏观世界的星球不同,电子的结构并非一目了然。尽管当前科学尚未揭示其内部结构(或其结构仍为未知),但电子确实占据了一定的空间,其微小程度以至于最高倍数的显微镜也无法对其进行观测。我们仍可根据其特性进行探测。
- 在原子中,电子围绕原子核进行运动。
- 电子并非连续地沿一条明确的轨迹运行,而是在离核一定距离的非连续能级轨道上稳定地运行,这种状态下不发射能量。
- 当电子从一个能级轨道跃迁至另一个能级轨道时,会通过发射或吸收特定频率的电磁辐射来获取或失去能量。
这些假设基于普朗克提出的量子化理论,这在当时是一项极为前卫的猜想。而今,这一理论已成为量子力学基石。
原子的大小超出了我们工具的测量极限,只能依靠数学手段进行描绘,如波函数、薛定谔方程等。量子力学依然存在诸多待解之谜,这也使得这门学问引发了持续的争议与探讨。
普朗克提出能量量子化理论,而波尔则进一步提出电子轨道的量子化。在电子轨道中,我们运用了类似于行星运转的角动量公式:L=pr;p=mv;→L= mvr
其中,L代表角动量,P代表动量,r代表轨道半径,m代表质量,v代表速度。
如果我们假设角动量也是量子化的,这是一个极其大胆的设想。在这个设想下,我们得到:
n是一个整数,取值1, 2, 3…
h代表普朗克常数,而约化普朗克常数ћ与普朗克常数在数值上有所换算,但意义相同。
π是圆周率。
由于电子通过静电力稳定地保持在轨道上,这里涉及到向心力的库伦力作用。接下来,我们引用电磁学和经典力学的原理进行推导。
在公式中,k是库伦常数,q代表电荷,ε₀代表介电常数。
将前面计算得到的(mvr)值代入上述公式中,我们可以得到:
显然,等式右边的六个项都是已知的常数或具有具体数值的项。n作为一个正整数,当n=1时,我们可以推导出氢原子最低轨道的波尔半径。
关于氢原子光谱
每一种原子都有其独特的光谱。当原子中的电子发生能量变化时,会发射或吸收特定频率的光波。这些光波经过分光仪后形成特定的光谱图案。以下是关于氢原子的光谱描述。
在光谱图中,上层部分展示了氢原子光谱线的分布。这些线条排列有序,随着n值的增大,条纹之间的间隔逐渐减小。
氢的里德伯公式
早在1888年,里德伯在研究光谱时发现了一个函数,用于描述原子光谱中线条的分布规律。经过测量和计算,他找到了这个函数:
R代表里德伯常数,λ代表真空中发射的电磁辐射波长,n₁和n₂是大于或等于1的整数。接下来我们将利用玻尔的量子化模型进行计算,并将结果与里德伯公式进行对比,以验证玻尔模型的正确性。
在电子跃迁过程中释放的能量是量子化的。我们可以将其转换为公式和波长进行进一步计算。
为了进行计算,我们需要知道电子的运动速度值。
对于任何半径的电子总能量计算如下:
当我们得到半径r的值后,可以将其代入上述能量公式中。
接下来的推导将变得有趣