Элементы квантовой механики Кинематика примеры задач Молекулярные спектры Электрические цепи постоянного и переменного тока Расчеты цепей постоянного и переменного тока Электрические цепи переменного тока

П. Дираком было получено (1928) релятивистское волновое уравнение для электрона, которое позволило объяснить все основные свойства электрона, в том числе наличие у него спина и магнитного момента. Замечательной особенностью уравнения Дирака оказалось то, что из него для полной энергии свободного электрона получались не только положительные, но и отрицательные значения. Этот результат мог быть объяснен лишь предположением о существовании античастицы электрона — позитрона.

Возмущение при наличии вырождения

Считаем, что собственному значению  нулевого гамильтониана  отвечает несколько собственных функций:   (- кратность вырождения). Вместо этих функций можно взять произвольную линейную комбинацию

 .

Это также будет решение уравнения Шредингера, отвечающее собственным значениям энергии . Поэтому возникает вопрос: как получить правильное нулевое приближение задачи с гамильтонианом

 .

Для получения ответа обратимся к уравнению (8), в котором мы учтём вырождение, заменяя  на  на : Испускание и поглощение электромагнитных волн веществом. Видимый свет - электромагнитное излучение в пределах длин волн от 740 до 400нм, воспринимаемое человеческим глазом.

,  (15)

, (16)

 ,

- энергия невозмущённого уровня. Пусть мы хотим найти уровень энергии возмущённой системы , близкий к , и соответствующую волновую функцию . В отсутствие вырождения мы просто считали, что функции нулевого приближения совпадают с невозмущёнными и поэтому , а остальные  ().

теперь будем считать, что

Чтобы получить правильную волновую функцию нулевого приближения, из уравнений (16) выберем те, в которые входят коэффициенты , не равные нулю:

.

Так как мы ограничиваемся уровнем , то для упрощения записи опускаем индекс  в матричных элементах энергии возмущения и коэффициентах разложения (держа его в уме). Тогда в упрощённой записи имеем:

  (17)

 оставляем индекс , чтобы подчеркнуть, что речь идёт об уровне энергии ). Равенства (17) – это однородная система уравнений. Она имеет нетривиальные решения, если её определитель  равен нулю, т.е. если

.

Это уравнение относительно  степени , оно называется вековым (или секулярным). Из него получаем  корней: .

Таким образом, при наложении возмущения вырожденный уровень расщепляется на ряд близких уровней, т.е. вырождение снимается. При наличии кратных корней вырождение снимается лишь частично. Для каждого из корней  решаем систему уравнений (17) и получаем свой набор амплитуд . Чтобы это отметить, введём для  ёще один индекс (), так что набор амплитуд для уровня с энергией  запишется так:

Мы получили волновую функцию нулевого приближения. Каждый уровень энергии   описывается своей волновой функцией:

 .

Критерий применимости теории возмущений имеет вид:

.

Пример 9. Определить, сколько ядер в 1 г радиоактивного стронция 90Sr38 распадается в течение одного года.

Решение.

m = 10-3 кг Для определения числа атомов, содержащихся в 1 г 90Sr38

Т1/2 = 27 лет используем соотношение N = nNA = Nam/m , где NA посто-

t = 1 год янная Авогадро, n - число молей в изотопе стронция,

  m- молярная масса изотопа.

Для изотопа стронция 90Sr38 молярная масса m = 90 × 10-3 кг/моль

Используем закон радиоактивного распада:

N =N0 e-lt  (2)

где N0 - начальное ядер число нераспавшихся в момент t = 0

  N - число нераспавшихся ядер в момент t ;

 l - постоянная радиоактивного распада;

 e-lt = eхp - lt - экспоненциально затухающая функция.

Количество распавшихся ядер 90Sr38 в течение 1 года:

Nt =N0 - N = N0 ( 1 - e-lt ) (3)

Учитывая , что постоянная радиоактивного распада связана с периодом полураспада соотношением l =(ln 2)/T1/2 ,получим :

Nt = N0 [ 1 - eхp - ( t ln2 )/T1/2 ] (4)

Подставляя (1) в выражение (4), имеем:

Nt = NA(m/m)[ 1 - eхp - ( t ln2 )/T1/2 ] (5)

Произведя вычисления по формуле (5), найдем:

Nt = 6.02×1023 × 10-3×( 90×10-3) [ 1 - eхp ( - 0.693 × 1/27)] = 6.4×1021 ядер.

Проверим размерность:

[ Nt] = моль-1× кг×( кг/моль)-1 = - безразмерно.

Ответ: Nt = 6.4×1021 ядер.

Ядерные реакции классифицируются по следующим признакам:

1) по роду участвующих в них частиц — реакции под действием нейтронов; реакции под действием заряженных частиц (например, протонов, дейтронов, a-частиц); реакции под действием g-квантов;

2) по энергии вызывающих их частиц — реакции при малых энергиях (порядка электрон-вольт), происходящие в основном с участием нейтронов; реакции при средних энергиях (до нескольких мегаэлектрон-вольт), происходящие с участием g-квантов и заряженных частиц (протоны, a-частицы); реакции при высоких энергиях (сотни и тысячи мегаэлектрон-вольт), приводящие к рождению отсутствующих в свободном состоянии элементарных частиц и имеющие большое значение для их изучения;


Выпрямители переменного тока