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第六章 氢原子结构
[楼主] 作者:sankong333  发表时间:2013/02/25 18:05
点击:1405次

 
  • 一、 基本定义

 

  • 1、 物体质量:为物体所含的元子数,元子的质量为1。

            现代物理的质量是指引力质量,是一个力单位。力与质量的概念显得很模糊。

     2、  修改的德布罗意假设:

    螺旋运动是物体的基本运动,所以物体具有波动性。

质量为m的粒子,以速度v匀速运动时,具有能量E和动量p;从波动性来看,它具有波长λ、波速u

频率f、周期T、圆频率ω、圆波数k;这些量的关系如下:其中h是一个常量。

h1 = h/2π

f = 1/T = ω/

k = 2π/λ = 2πf/u = ω/u

u = v = λ f = λ/T

E = m v^2 = h f = h1ω

p = m v = h f / v = h/λ = h1 k

 

  • 二、 螺旋波

 

      光子、电子的螺旋运动可以用下图来想象。假设地球绕太阳运动一圈形成一个园轨迹吧;光子、电子

就像绕地球运行的月球,其运动轨迹就是一个螺旋波。所以禁闭的光子、电子的运动就像是绕一个虚拟的

园或椭圆轨迹的螺旋驻波。禁闭的光子螺旋驻波的特性如例子1:想象一根有弹性的棍子,把它扭成麻花

状;再弯成圆形。当放手的瞬间,就会看到一根飞速螺旋运动的棍子。

    光波就是这样产生的。光子在被原子禁闭时,光子的能量被封闭在驻波里,一旦发射,将以光速螺旋飞

行。所以,光波是光子的运动波形,不是机械波,也不是介质振动波。光子做螺旋运动,有 向心力、离心

力、速度C。

 

三、以太波动方程

       如果空间一点M在圆柱面X^2 + Y^2 = a^2上以角速度ω绕Z轴旋转,同时又以线速度v沿平行于Z轴

的正方向上升,那么点M构成的图形叫做螺旋线。其参数方程如下图。

 

      可见以Z轴前进的螺旋光波,在X轴、Y轴上有2个分量波,它们就是对应的电场波、磁场波。说变化的

电场波与变化的磁场波交互产生是不对的,应该说光波产生了电场波与磁场波。

电磁波动方程其实就是介质中的亥姆霍兹方程,

 ∇2 E - (∂2(E/t))/u^2  = ∇2 E + k^2 E = 0 

∇2 B - (∂2(B/t))/u^2  = ∇2 B + k^2 B = 0

u = ω/k = (1/uε)^0.5

其中E为电场强度,B为磁场强度,u是介质中的光速,ε是介质的介电常数,μ是介质的磁导率。

有关光波的2个分量--电磁波,现代物理已经研究得很详细,这里就不多说了。

     建立以太波动方程统一电磁波与量子波会很有意思。我们假设以太密度为MD,光子强度为T,则有方程:

∇2 T - (∂2(T/t))/C^2  = ∇2 T + k^2 T = 0  (0)

 

我们知道一切波动方程的通解是:

ψ= A sin[(ωt - kx) + ϕ]              (1)

(1)式分别对xt求二阶偏导数,可得

2(ψ/x) = - ω^2ψ/u^2 = - k^2ψ  (2)

2(ψ/t) = - ω^2ψ                 (3)

这就是一维波动方程,其中u为波速,Ψ 为位移。

       这是一种先有方程的解,后构造出方程的方法,与我们习惯的先有方程、后求解方程的方法并不一样。

因此,这种方程可以认为是拼凑出来的方程。二维平面机械波(如水面波、膜震动等)与三维机械波类似,

显然,(2/3)式是这里的一维特例。

∇2ψ - (∂2(ψ/t))/u^2  = ∇2ψ + k^2ψ = 0  (4)

其中∇ = ∂(/x) + ∂(/y) + ∂(/z) 称为劈形算符,

∇2 = ∂2(/x) + ∂2(/y) + ∂2(/z)称为拉普拉斯算符。

最简单的三维球面机械波波动方程求解思路,是转化成球坐标形式 。其中r表示沿任一半径方向上离波源

中心的距离。注意到球面波在各个径向方向上的传播完全相同,而且在此方向与一维机械波的情况完全一

样。因此三维球面机械波波动方程式的解就是:

ψ= (A/r) sin[(ωt - kr) + ϕ]            (5)

 

四、量子波动方程

   由(4)式有: ∇2ψ + k^2ψ = 0

   k = p/h1

考虑到粒子的总能量E应是势能和动能mv^2/2之和,即:

E = mv^2/2 + U = p^2/2m +U,   p^2 = 2m( E - U )

所以有:

   ∇2ψ + (2m/h1^2)(E - U)ψ = 0    (6)

    (6)式是粒子运动的波动方程通式,ψ描述的就是粒子的螺旋波轨迹;而不是现代物理学所说的几率波。

当为光子时就是以太波动方程。

   当粒子被禁闭时,方程的解使得粒子的能量等显现了量子性。粒子在无限方势阱中允许的能量本征解为:

     En = (h1π n)^2 / 8ma^2 ( n = 1, 2, ...) (7)

 

待续。。。

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[楼主]  [2楼]  作者:sankong333  发表时间: 2013/03/01 12:16 

五、氢原子的轨道电子波分析:

氢原子只有一个质子和核外一个轨道电子。
这时粒子的分布: 质子中心点—R1—轨道电子—R2—等效N1个光子

我们假设质子相对静止,有N1个光子被氢原子拖曳。光子的质量为1,而电子的绝对质量为1 ,相对质量是不一定的;要看受力情况及速度。N1个光子如影子般跟随电子做螺旋运动,光子与电子是相互影响的。电子可在光子的压迫下共振吸收光子的能量,也会在禁闭状态下领军光子们起舞。

轨道负电子的受力是质子正电子对轨道电子的引力 + 质子内元子对轨道电子的斥力 + N1个光子对轨道电子的斥力。力是有方向的,引力与斥力也是相对的。R2 > R1 >>r; KN = 1

F = 1/R1^2 - KN/R1^2 + NQ/R1^3 + KN1/R2^2 – N1Q/R2^3
= NQ/R1^3 + KN1/R2^2 – N1Q/R2^3
假设 R2 = g R1 那么
F = NQ/R1^3 + KN1/g^2 R1^2 – N1Q/g^3 R1^3
假设 N1Q/g^3 R1^3 = NQ/R1^3 那么以太强度 N1 = N g^3
有 F = KN1/g^2 R1^2 = g/R1^2 = mV^2/R1 (V是电子的线速度)
mV^2 R1 = g (1)

为使电子、光子稳定运动,它们的轨道周长必须是其相应波长的整数倍。即
2πR1 = nλ1 = n h/mV ( n = 1,2…)
m是电子的相对质量。所以有:
mVR1 = n h1 (2)

结合(1),(2)式有:
V = g / n h1 (3)
R1n = ( h1 n)^2 /m g
R2n = ( h1 n)^2 /m
En = m V^2/2 – g/R1 = - g/2R1 = - m g^2 /2( h1 n)^2

如果我们假设g是常量,g = e^2/4πε0 即回到现代物理推导的那样。n变大,按n平方R1n、R2n、En变大;En绝对值变小。V则与n成反比例。
由(3)式有:
g / C h1 = n V / C = a 或 当n = 1时 V = a C
所以:En = - m g^2 /2( h1 n)^2 = - m(a C)^2/2 n^2
a = g / C h1 称为精细结构常数。
。。。。我就不往下推论了,看物理书吧。

我们的科学基础就是建立在很虚的假设上,很无奈吧?如果电子在基态,吸收光子的能量也是从基态频率开始的。只有光子的频率跟上电子的频率,光子才能跟电子的运动相对静止,从而被电子吸过去,最终静止在电子的阿三边界上;而电子则获得光子的能量。那个里伯德经验公式中的频率是电子在2个轨道间迁跃频率变化的平均值吧。同理,电子从高轨道跳往低轨道时,相当于R1变小;也即是正负电子对光子的合引力变小,由于光子角动能不变,光子将从切线飞出。在这过程中,电子的频率不断变化,相应频率的光子则不断发射。直到电子到达新的禁闭轨道。

噢,物理游戏到此暂告一阶段。我要去玩一段时间的“飞行棋”游戏了。收回意念力!收回想象力!收回精神力!88。

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