Galería de mapas mentales Física Universitaria Fundamentos de la Física Cuántica
Física Universitaria de Mecánica Cuántica, incluida la dualidad onda-partícula, Funciones de onda, fenómenos cuánticos típicos de la ecuación de Schrödinger, operadores de cantidades mecánicas que representan medidas cuánticas, estructuras atómicas, etc.
Editado a las 2024-01-19 15:57:19,Este es un mapa mental sobre una breve historia del tiempo. "Una breve historia del tiempo" es una obra de divulgación científica con una influencia de gran alcance. No sólo presenta los conceptos básicos de cosmología y relatividad, sino que también analiza los agujeros negros y la expansión. del universo. temas científicos de vanguardia como la inflación y la teoría de cuerdas.
¿Cuáles son los métodos de fijación de precios para los subcontratos de proyectos bajo el modelo de contratación general EPC? EPC (Ingeniería, Adquisiciones, Construcción) significa que el contratista general es responsable de todo el proceso de diseño, adquisición, construcción e instalación del proyecto, y es responsable de los servicios de operación de prueba.
Los puntos de conocimiento que los ingenieros de Java deben dominar en cada etapa se presentan en detalle y el conocimiento es completo, espero que pueda ser útil para todos.
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Fundamentos de la Física Cuántica
dualidad onda-partícula
Hipótesis del quon energético del problema de la radiación del cuerpo negro
Reglas experimentales de la radiación del cuerpo negro.
Cuando la temperatura de un objeto aumenta, emite calor a su entorno, lo que se llama radiación térmica.
Resplandor monocromático
La integración de la radiancia monocromática a lo largo de la longitud de onda da la potencia radiante por unidad de área de la superficie del objeto, lo que se denomina radiancia.
absortividad monocromática
La absortividad de un objeto es la relación entre la energía absorbida por unidad de área de la superficie del objeto y la energía incidente.
La absortividad monocromática del cuerpo negro es 1
Ley de Kirchhoff
Un cuerpo negro tiene la radiación y la absorción más fuertes a la misma temperatura.
densidad espectral de energía del cuerpo negro
La distribución de la energía del campo de radiación en relación con la longitud de onda en una unidad de volumen solo está relacionada con la temperatura.
ley
Para una determinada temperatura, la forma de la curva es cierta, independientemente del material, la forma o el tamaño.
La ley de Stefan Boltzmann
Ley de desplazamiento de Viena
La dificultad de la teoría clásica para explicar las reglas experimentales de la radiación del cuerpo negro.
la fórmula de viena
área de onda corta
la fórmula de rayleigh
Área de onda larga
Las ondas muy cortas divergirán
desastre ultravioleta
Fórmula de Planck Hipótesis cuántica de energía
Para la radiación electromagnética de una determinada frecuencia, los objetos sólo pueden emitir o absorber ondas electromagnéticas en unidades de hv.
Los objetos emiten o absorben ondas electromagnéticas sólo de forma cuántica
Dualidad fotón onda-partícula de la luz
La hipótesis cuántica de Einstein
El propio campo electromagnético también está cuantificado. El campo electromagnético se compone de un número limitado de cuantos de energía, cada uno de los cuales está limitado a un pequeño volumen de espacio. Estas energías ya no se dispersan en el movimiento y sólo pueden absorberse o generarse por completo. Estos cuantos de energía se denominan fotones.
fenómeno del efecto fotoeléctrico
Optoelectrónica
Volando hacia el ánodo bajo la acción de un campo eléctrico acelerado para formar fotocorriente.
Para un cátodo hecho de un determinado material metálico, los fotoelectrones se emitirán sólo cuando la frecuencia de la luz de irradiación sea mayor que la frecuencia de corte v0.
Cuando la frecuencia de la luz de irradiación es constante, la fotocorriente aumenta con el aumento del voltaje de aceleración directa y tiende al valor de saturación, y la corriente de saturación es proporcional a la intensidad de la luz incidente.
Cuando el voltaje de aceleración es 0, todavía hay algunos electrones con alta energía cinética inicial que llegan al ánodo. Agregar un voltaje inverso entre los dos polos reduce la fotocorriente a un voltaje de corte de 0.
El voltaje de corte o energía cinética inicial de los fotoelectrones solo está relacionado linealmente con la frecuencia de la luz.
La fotocorriente y la irradiación de luz ocurren casi simultáneamente.
Explicación cuántica de la luz de la ley del efecto fotoeléctrico.
w0 se llama función de trabajo
La intensidad de la luz solo afecta la cantidad de electrones producidos.
energía y momento del fotón
Efecto Compton y explicación cuántica de luz del efecto Compton.
El fenómeno de que la longitud de onda de las ondas electromagnéticas cambia después de ser dispersadas por la materia se llama efecto Compton.
Dualidad onda-partícula de la luz
La luz tiene la naturaleza dual de ondas y partículas.
La teoría de la estructura atómica de Bohr.
modelo nucleado del átomo
Rutherford propuso
Reglas experimentales del espectro del átomo de hidrógeno.
fórmula de baltimore
fórmula de rydberg
La teoría de la estructura atómica de Bohr.
Condiciones de estado estable
Condición de frecuencia
Condiciones de cuantificación del estado estacionario.
radio
Cuando n=1, es el radio de Bohr
Limitaciones de la teoría de Bohr
Impotente excepto por los átomos de hidrógeno.
No se puede explicar por qué se requiere la cuantificación.
Naturaleza ondulatoria de las partículas físicas Ondas de materia
Hipótesis de De Broglie sobre la naturaleza ondulatoria de las partículas físicas
Las dos ecuaciones son relaciones de De Broglie.
longitud de onda de Broglie
Prueba experimental de las propiedades de las ondas de partículas.
Explicación de las ondas de materia Ondas de probabilidad
Las ondas de materia no son fluctuaciones de cantidades físicas reales, sino ondas de probabilidad que describen la distribución espacial de las partículas. Guían el movimiento de las partículas y determinan la probabilidad de que aparezcan en cada punto.
Cómo pasan los electrones a través de dobles rendijas
función de onda
relación de incertidumbre
Relación de incertidumbre del impulso coordinado
Principio de incertidumbre de Heisenberg
Relación de incertidumbre energía tiempo
Ejemplos de aplicación de relaciones de incertidumbre.
Descripción del estado de movimiento de partículas microscópicas. Función de onda.
Función de onda de una sola partícula que se mueve libremente
símbolo de dirac
El primer supuesto básico de la mecánica cuántica: el estado de movimiento de las partículas microscópicas se describe mediante funciones de onda.
Normalización de la función de onda.
condición de normalización
Satisfacer esta condición se llama función de onda normalizada.
Función de onda del sistema multipartícula
Condiciones de normalización para funciones de onda.
cuadrado integrable
Valor único acotado
Continuamente diferenciable
El principio de superposición de estados cuánticos.
Experimento de difracción de electrones a través de una película metálica policristalina.
El principio de superposición de estados de la mecánica cuántica.
Si un sistema cuántico puede estar en el estado descrito por las funciones de onda 1 y 2, también puede estar en su estado de superposición lineal.
El segundo postulado de la mecánica cuántica.
Normalización de la función de onda de onda plana Frecuencia del valor del momento
Método de normalización de la función delta para la función de onda plana.
Método de normalización de caja para funciones de onda plana.
Probabilidad de distribución del impulso en un estado dado.
Representación coordinada y representación de impulso.
Significado de la función de onda
Ecuación de Schrödinger fenómenos cuánticos típicos
ecuación de Schrödinger
ecuación de Schrödinger
condición
La función de onda satisface el principio de superposición lineal.
Los parámetros relacionados con estados específicos como el momento y la energía no se pueden incluir en la ecuación.
El límite clásico se puede trasladar a las ecuaciones de la mecánica clásica.
Ecuación de onda de partículas libres no relativistas.
en un campo poderoso
Ecuaciones de mecánica cuántica no relativistas
Operador de energía Operador de impulso Operador hamiltoniano
El vector de estado de un sistema cuántico aislado cambia con el tiempo según la ecuación de Schrödinger
operador de energía
Operador de momento
operador de energía cinética
Operador energético potencial
operador hamiltoniano
La ecuación de Schrödinger se puede escribir como
Discusión sobre la ecuación de Schrödinger
El lenguaje de ecuaciones de Newton es el determinativo de Laplace, mientras que los valores de las cantidades físicas de la ecuación de Schrödinger son no deterministas, probabilísticos y estadísticos.
La ecuación de Schrödinger no es relativista
Ecuaciones de mecánica cuántica relativistas
Ecuación de Klein-Golden
Ecuación de Schrödinger estacionaria
Ecuación de Schrödinger estacionaria
Si la función potencial del sistema no tiene nada que ver con el tiempo y el hamiltoniano del sistema es sólo una función de las coordenadas espaciales y no tiene nada que ver con el tiempo, dicho sistema se llama sistema estacionario.
Las variables se pueden separar.
ecuación estacionaria
Por tanto, la densidad de probabilidad del sistema en estado estacionario no tiene nada que ver con el evento.
función de onda estacionaria
Problema de valores propios
Ecuación de valores propios
La constante A es el valor propio.
Sólo habrá valores propios específicos
Para diferentes problemas, el valor propio E del operador hamiltoniano puede tomar un valor continuo (espectro continuo) o un valor discreto (espectro discreto). Los valores posibles de E se denominan niveles de energía para un determinado nivel de energía, si. solo hay una función propia linealmente independiente, el nivel de energía no es degenerado. El número de funciones propias linealmente independientes en el mismo nivel de energía se llama degeneración del nivel de energía.
El movimiento de partículas en un pozo potencial unidimensional infinitamente profundo.
Problema de pozo de potencial profundo infinito unidimensional
Características del movimiento de partículas en pozos potenciales infinitamente profundos.
La energía de las partículas sólo puede tomar valores discretos, n se llama número cuántico de energía
La energía más baja de la partícula no es igual a cero, lo que se llama estado fundamental.
Las ondas de materia forman una distribución de ondas estacionarias en el pozo.
Las funciones de onda que pertenecen a diferentes valores propios de energía son ortogonales entre sí
Todas las funciones propias están completas.
Resonador lineal unidimensional
Oscilador armónico unidimensional
El movimiento de cualquier partícula cerca del punto de equilibrio se puede aproximar mediante un movimiento armónico simple.
oscilador cuántico
Satisface la ecuación de Schrödinger estacionaria
La solución contiene un polinomio hermitiano.
Características básicas de los osciladores cuánticos.
Los niveles de energía son espectro discreto.
La energía del estado fundamental del oscilador cuántico (n=0) se llama energía del punto cero.
La distribución de densidad de probabilidad de un oscilador armónico cuántico no se parece en nada a un oscilador clásico
En un punto donde la densidad de probabilidad del oscilador clásico no es igual a cero, el oscilador cuántico puede ser cero y alcanzar el área que el oscilador clásico no puede alcanzar.
penetración de barrera
Barrera unidimensional
penetración de barrera
Coeficiente de transmisión
Coeficiente de reflexión
En general, el coeficiente de reflexión no es cero.
Coeficiente de transmisión
El coeficiente de transmisión disminuye exponencialmente a medida que la barrera se ensancha y aumenta y la masa de las partículas aumenta.
Coeficiente de reflexión
El fenómeno en el que partículas con energía menor que la altura de la barrera aún penetran la barrera se llama efecto túnel.
microscopio de efecto túnel
Prueba experimental y aplicación técnica del efecto túnel cuántico
Representación del operador de cantidades mecánicas Medición cuántica
Operador lineal hermitiano
Operador lineal hermitiano
El cuarto postulado de la mecánica cuántica: las cantidades mecánicas en la mecánica cuántica están representadas por operadores hermitianos lineales.
Si los dos son iguales, el operador es un operador hermitiano.
Valores propios y funciones propias de operadores hermitianos lineales
Los valores propios son todos números reales.
Las funciones propias con diferentes valores propios son ortogonales
La función propia del operador hermitiano lineal sirve como vector base para formar un espacio vectorial completo.
Las cantidades mecánicas están representadas por operadores hermitianos lineales.
El valor promedio de las coordenadas y el impulso en un estado dado.
Las cantidades mecánicas están representadas por operadores hermitianos.
La construcción de operadores mecánicos de cantidades.
Operador de momento angular
Relación de conmutación de operadores Significado físico de la relación de conmutación
Yizi
Los operadores de cantidades mecánicas generalmente no satisfacen la intercambiabilidad (conmutabilidad)
El significado físico de la conmutación de operadores.
Si es igual a cero, es conmutable.
El número de operadores incluidos en la concentración completa de cantidades mecánicas es igual al número de grados de libertad del sistema.
Forma general de relación de incertidumbre entre dos operadores de cantidades mecánicas no conmutativas.
Operador de momento angular Operador de momento angular valores propios y funciones propias
Representación del operador de momento angular en un sistema de coordenadas esféricas.
Si se satisface esta relación de conmutación, es el operador de momento angular
Valores propios y funciones propias del operador de momento angular
Armónicos esféricos
l se llama número cuántico orbital (momento angular)
m es el número cuántico magnético
Cuantización del momento angular
El rango orbital está cuantificado.
cuantización espacial
L tiene 2l 1 orientaciones
Operador de Pauli de espín electrónico
Experimento de Stern-Gerra
momento magnético de giro
Momento magnético relacionado con el momento angular del espín del electrón.
hipótesis del espín del electrón
operador de giro
El operador del momento angular de giro sólo puede tomar
es también su valor propio
Operador cuadrado de momento angular de giro
s=1/2 es el número cuántico de espín (momento angular)
matriz de pauli
Leyes de conservación de la medición cuántica en mecánica cuántica
El quinto postulado de la mecánica cuántica: el postulado de la medición cuántica.
El proceso de medición es el proceso de preparación del nuevo estado.
causalidad estadística
Al medir un sistema, lo que obtenemos no son las propiedades del sistema original, sino las propiedades del sistema bajo la acción del instrumento de medición.
El mundo material descrito por la mecánica cuántica sólo tiene conexiones causales estadísticas.
valor medio de cantidades mecánicas
El valor medio de las cantidades mecánicas cambia con el tiempo. Las leyes de conservación y las cantidades conservadas de la mecánica cuántica.
El valor medio del operador de derivada total en cualquier estado es igual a la derivada del valor medio con respecto al tiempo.
Una condición necesaria y suficiente para que una cantidad mecánica sea una cantidad conservada de un determinado sistema es que el operador mecánico no contenga explícitamente el tiempo y sea conmutativo con el hamiltoniano del sistema.
El hamiltoniano obviamente satisface las condiciones anteriores, por lo que es la ley de conservación de la energía en la mecánica cuántica.
Estructura atomica
Problema del campo de fuerza central en mecánica cuántica
Estado cuántico de partículas que se mueven en un campo de fuerza central.
Solución de la ecuación de Schrödinger estacionaria en un campo de fuerza central.
Esta ecuación sólo puede satisfacerse mediante energías discretas.
La dispersión de energía está representada por nr y se llama número cuántico radial.
densidad de probabilidad de la posición de las partículas
Átomos de hidrógeno e iones similares al hidrógeno.
Estado hamiltoniano y electrónico del átomo de hidrógeno.
Solución a la ecuación estacionaria de Schrödinger del átomo de hidrógeno.
Estructura y espectro del nivel de energía del átomo de hidrógeno.
Densidad de probabilidad de la posición radial de los electrones del átomo de hidrógeno.
Función de onda de espín del principio de Pauli de dos electrones
La indistinguibilidad de las partículas microscópicas.
Dificultad para distinguir partículas en regiones superpuestas, lo que se denomina deformación inseparable
Función de onda simétrica
El número cuántico de espín de fotones y átomos de hidrógeno en el estado fundamental es cero o un número entero positivo.
bosón
función de onda antisimétrica
Los espines de los electrones, protones, neutrones, etc. son semienteros.
Fermiones
El sexto postulado básico de la mecánica cuántica.
La función de onda que describe el estado de un sistema de partículas idénticas es simétrica al intercambio de coordenadas de dos partículas cualesquiera; el sistema de bosones es simétrico bajo este intercambio, y la función de onda del fermión es antisimétrica bajo este intercambio.
Principio de Pauli de la función de onda para sistemas de partículas idénticos
No hay dos partículas en un sistema de fermiones idéntico que puedan estar en el mismo estado cuántico.
Principio de exclusión de Pauli
Los sistemas bosónicos pueden estar en el mismo estado cuántico
Todos los átomos de nitrógeno líquido están en estado fundamental y exhiben superfluidez, lo que se llama condensado de Bose-Einstein.
Función de onda de un sistema de dos electrones.
Estructura de la capa atómica
Aproximación del campo de fuerza central Modelo de electrones independientes
Estructura de la capa atómica
En los átomos en estado fundamental, los electrones ocupan el estado con la energía total más baja sin violar las restricciones del principio de Pauli.
Para el mismo electrón cósmico, se puede dividir en diferentes capas ramificadas según diferentes valores cuánticos angulares.
Una capa específica se llama orbital del electrón.
Una capa cuya ocupación de electrones alcanza el número máximo de electrones que puede acomodar es una capa cerrada, en caso contrario es una capa abierta.
Explicación mecánica cuántica de la ley periódica de los elementos.
La periodicidad que muestran los elementos ordenados según la descripción es en realidad el resultado de la distribución periódica de los electrones en los átomos de la capa.