Mikroskobik Sistemlerdeki Dinamik
Bu noktadan sonra, de Broglie eşitliği
(P=h/λ) hareket noktamızı olacak ve klasik fiziğin öngördüğü prensipleri bırakacağız ( Örnek ). Bu nedenle; bundan böyle ele aldığımız parçacıkların bir dalga gibi davrandıklarını düşüneceğiz. Bu dalgayı tanımlamak için yörüngeler yerine dalga fonksiyonuΨ fikrini ortaya koyacağız veΨ ' yi hesaplamak ve anlamını açıklamak için bir yol önereceğiz.1926'da, avusturyalı fizikçi Erwin Schrödinger herhangi bir sistemin dalga fonksiyonunu bulmak için bir eşitlik önerdi. E enerjisine sahip bir boyutta hareket eden m kütleli bir parçacık için Schrödinger eşitliği
şeklindedir. Burada V, parçacığın potansiyel enerjisi operatörüdür.−ˉh22mdχ2d2Ψ+VΨ=EΨ(Eşitlik1) ˉh=h/2π ; Planck Sabitinin düzeltilmiş şeklidir ve değeri1.055×10−34s. dir.Schrödinger Eşitliğinin Doğrulanması
İlk olarak, potansiyel enerjinin sıfır olduğu bir bölgedeki hareket olayını göz önünde bulunduralım. Bu durum için Schrödinger Eşitliği
−ˉh22mdχ2d2Ψ=EΨ(Eşitlik1) ve çözümü
Ψ=Aeikχ+Be−ikχeikχ=Coskχ+iSinkχk=(ˉh2mE)2(Eşitlik2) olur.
dür. Harmonik bir dalganın standart şekli(Cos(2πχ/λ)) ile(Cos(kχ)) karşılaştırılırsa,Coskχ 'in (veyaSinkχ ) dalgaboyuλ=2π/k olan bir dalga olduğu söylenebilir. Parçacığın enerjisi, tamamen kinetik enerjisinden kaynaklandığından (çünkü; V heryerde sıfırdır.)E=p2/2m yazılabilir. Fakat aynı zamanda bu enerji,E=k2ˉh2/2m olduğundanp=kˉh(Eşitlik3) ifadesi elde edilebilir. Bu nedenle; lineer momentum ile dalga fonksiyonunun dalgaboyu ile
p=λ2πh2π=h/λ ilişkisi yazılabilir ki bu de Broglie Eşitliğinden başka birşey değildir. Bu nedenle; serbest olarak hareket eden parçacık olayında Schrödinger Eşitliği deneysel sonuçları doğrular.
Kinetik Enerji ve Dalga Fonksiyonu
Eğer potansiyel enerji her noktada aynı fakat sıfır değilse Schrödinger Eşitliği
−ˉh22mdχ2d2Ψ=(E−V)Ψ(Eşitlik4) şeklinde yazılabilir. Bu eşitliğin çözümü, yukarıdaki çözümee benzer olup
E−V=2mk2ˉh2(Eşitlik5) şeklindedir. Ayrıca
λ=2π/k olduğu hatırlanırsaλ=h(2m(E−V))(1/2) yazabiliriz. Bu son eşitlik; potansiyel enerjinin sıfır olduğu duruma göre toplam enerji ile potansiyel enerji arasındaki farkın büyüdüğünü, dalga fonksiyonunun dalgaboyunun kısaldığını gösterir. Bir başka deyişle; potansiyel enerjinin sıfır olduğu duruma göre parçacığın kinetik enerjisi artmış, dalgaboyu küçülmüştür. Duran bir parçacık için kinetik enerji sıfır olup sonsuz dalgaboyuna sahiptir. Bu dalga fonksiyonunun heryerde aynı olduğu anlamını taşır ( Örnek Soru )..
ˉh ; hbar diye okunur. Değeri h, plank sabiti olmak üzereh/2π dir.
Kaynaklar |