kx ) toiseksi alimman energiatilan aaltofuntio on . Osoita, että tämä funktio on aaltoyhtälön ratkaisu ja määrää sitä vastaava energian ominaisarvo.

Samankaltaiset tiedostot
missä t on matkaan raosta varjostimelle kuluva aika. Jos suihkun elektronien liikemäärä x- sunnassa on p x,on min y0min 0min

S Fysiikka III (EST), Tentti

.) (b) Vertaa p :tä vastaavaa kineettistä energiaa perustilan kokonaisenergiaan. ( ) ( ) = = Ek

S Fysiikka IV (ES) Tentti RATKAISUT. 1,0*10 m. Kineettinen energia saadaan kun tästä vähennetään lepoenergia: 2

766328A Termofysiikka Harjoitus no. 12, ratkaisut (syyslukukausi 2014)

2.4 Pienimmän neliösumman menetelmä

Aikariippuva Schrödingerin yhtälö

Integraalilaskentaa. 1. Mihin integraalilaskentaa tarvitaan? MÄNTÄN LUKIO

6 Integraalilaskentaa

Aineaaltodynamiikkaa

Käydään läpi: ääriarvo tarkastelua, L Hospital, integraalia ja sarjoja.

= e on Schrödingerin yhtälön ratkaisu. ) on redusoitu massa. Aaltofunktio ψ

Esimerkki 8.1 Määritellään operaattori A = x + d/dx. Laske Af, kun f = asin(bx). Tässä a ja b ovat vakioita.

S , Fysiikka IV (ES) Tentti

4 Pinta-alasovelluksia

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 8: Integraalifunktio ja epäoleellinen integraali

MS-A010{2,3,4,5} (SCI, ELEC*, ENG*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 8: Integraalifunktio ja epäoleellinen integraali

TYÖ 30. JÄÄN TIHEYDEN MÄÄRITYS. Tehtävänä on määrittää jään tiheys.

MITEN MÄÄRITÄN ASYMPTOOTIT?

II.1. Suppeneminen., kun x > 0. Tavallinen lasku

Riemannin integraalista

Kvanttimekaniikan perusteet

OSA 1: POLYNOMILASKENNAN KERTAUSTA, BINOMIN LASKUSÄÄNTÖJÄ JA YHTÄLÖNRATKAISUA

Matematiikan tukikurssi

S Fysiikka IV (ES) Tentti

Painopiste. josta edelleen. x i m i. (1) m L A TEX 1 ( ) x 1... x k µ x k+1... x n. m 1 g... m n g. Kuva 1. i=1. i=k+1. i=1

Preliminäärikoe Pitkä Matematiikka

1. Derivaatan Testi. Jos funktio f on jatkuva avoimella välillä ]a, b[ ja x 0 ]a, b[ on kriit. tai singul. piste niin. { f (x) > 0, x ]a, x 0 [

Ristitulo ja skalaarikolmitulo

Analyyttiset funktiot ja integrointiteorian alkeita

lim + 3 = lim = lim (1p.) (3p.) b) Lausekkeen täytyy supistua (x-2):lla, joten osoittajan nollakohta on 2.

Määritelmä Olkoon C R m yksinkertainen kaari ja γ : [a, b] R m sen yksinkertainen parametriesitys, joka on paloittain C 1 -polku.

Syksyn 2015 Pitkän matematiikan YO-kokeen TI-Nspire CAS -ratkaisut

Tehtävä 1. Jatka loogisesti oheisia jonoja kahdella seuraavaksi tulevalla termillä. Perustele vastauksesi

5 Epäoleellinen integraali

Matematiikan tukikurssi

b) (max 3p) Värähtelijän jaksonajan ja taajuuden välinen yhteys on T = 1/ f, eli missä k on jousen jousivakio. Neliöimällä yllä oleva yhtälö saadaan

Reaalinen lukualue. Millainen on luku, jossa on päättymätön ja jaksoton desimaalikehitelmä?

Y56 Mikron jatkokurssi kl 2008: HARJOITUSTEHTÄVÄT 2 Mallivastaukset

Numeeriset menetelmät TIEA381. Luento 9. Kirsi Valjus. Jyväskylän yliopisto. Luento 9 () Numeeriset menetelmät / 29

Mikrotalousteoria 2, 2008, osa III

L 0 L. (a) Entropian ääriarvo löydetään derivaatan nollakohdasta, dl = al 0 L )

Analyysin perusteet kauppatieteilijöille P

LYHYEN MATEMATIIKAN SIMULOITU YO-KOE 2 RATKAISUT

a = x 0 < x 1 < x 2 < < x n = b f(x) dx = I. lim f(x k ) x k=1

Paraabelikin on sellainen pistejoukko, joka määritellään urakäsitteen avulla. Paraabelin jokainen piste toteuttaa erään etäisyysehdon.

Matematiikan tukikurssi. Hannu Kivimäki

3.3 KIELIOPPIEN JÄSENNYSONGELMA Ratkaistava tehtävä: Annettu yhteydetön kielioppi G ja merkkijono x. Onko

3 Integraali ja derivaatta

Numeerinen integrointi.

Pinta-alan laskeminen

θ 1 θ 2 γ γ = β ( n 2 α + n 2 β = l R α l s γ l s 22 LINSSIT JA LINSSIJÄRJESTELMÄT 22.1 Linssien kuvausyhtälö

11. MÄÄRÄTTY INTEGRAALI JA TILAVUUS

Aalto-yliopisto, Teknillisen fysiikan laitos PHYS-E0460 Reaktorifysiikan perusteet Harjoitus 5, mallivastaukset Syksy 2016

Johdatus reaalifunktioihin P, 5op

Kertymäfunktio. Kertymäfunktio. Kertymäfunktio: Mitä opimme? 2/2. Kertymäfunktio: Mitä opimme? 1/2. Kertymäfunktio: Esitiedot

Neliömatriisin A determinantti on luku, jota merkitään det(a) tai A. Se lasketaan seuraavasti: determinantti on

Riemannin integraali

SARJAT JA DIFFERENTIAALIYHTÄLÖT Funktiojonot 1

b) (max 3p) Värähtelijän jaksonajan ja taajuuden välinen yhteys on T = 1/ f (++), eli

Integraalilaskenta. Määrätty integraali

Viikon aiheet. Pinta-ala

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 (CHEM) Laskuharjoitus 4 / vko 47, mallivastaukset

Nyt n = 1. Tästä ratkaistaan kuopan leveys L ja saadaan sijoittamalla elektronin massa ja vakiot

x k 1 Riemannin summien käyttö integraalin approksimointiin ei ole erityisen tehokasta; jatkuvasti derivoituvalle funktiolle f virhe b

5 ( 1 3 )k, c) AB 3AC ja AB AC sekä vektoreiden AB ja

VEKTOREILLA LASKEMINEN

Osallistumislomakkeen viimeinen palautuspäivä on maanantai

Differentiaali- ja integraalilaskenta 5 op

7 Funktiosarjoista. 7.1 Funktiosarjojen suppeneminen

ICS-C2000 Tietojenkäsittelyteoria Kevät 2016

763333A KIINTEÄN AINEEN FYSIIKKA Ratkaisut 1 Kevät 2014

TEHTÄVÄ 1. Olkoon (f n ) jono jatkuvia funktioita f n : [a, b] R, joka suppenee välillä [a, b] tasaisesti kohti funktiota f : [a, b] R.

8.4 Gaussin lause Edellä laskettiin vektorikentän v = rf(r) vuo R-säteisen pallon pinnan läpi, tuloksella

4 DETERMINANTTI JA KÄÄNTEISMATRIISI

Matematiikan tukikurssi

Aalto-yliopisto, Teknillisen fysiikan laitos PHYS-E0460 Reaktorifysiikan perusteet Harjoitus 6, mallivastaukset Syksy 2016

Luku 15. Integraali. Esimerkki Suoraan edellisen luvun derivointikaavojen perusteella on voimassa

Kuva 1. n i n v. (2 p.) b) Laske avaimiesi etäisyys x altaan seinämästä. (4 p.) c) Kuinka paljon lunta voi sulaa enintään Lassen suksien alla?

MATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ PISTEYTYSKOKOUS

LINSSI- JA PEILITYÖ TEORIAA. I Geometrisen optiikan perusaksioomat

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 7: Integraali ja analyysin peruslause

10. MÄÄRÄTYN INTEGRAALIN KÄYTTÖ ERÄIDEN PINTA-ALOJEN LASKEMISESSA

Kvanttifysiikan perusteet 2017

Sinilause ja kosinilause

Tee B-osion konseptiin etusivulle pisteytysruudukko! Muista kirjata nimesi ja ryhmäsi. Välivaiheet perustelevat vastauksesi!

Johdatus fraktaaliderivaattoihin ja niiden sovelluksiin

MS-A010{2,3,4,5} (SCI,ELEC*, ENG*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 7: Integraali ja analyysin peruslause

Lisää määrätystä integraalista Integraalin arvioimisesta. Osoita: VASTAUS: Osoita: Osoita:

MATEMATIIKAN HARJOITTELUMATERIAALI

= 84. Todennäköisin partitio on partitio k = 6,

1240eV nm. 410nm. Kun kappaleet saatetaan kontaktiin jännite-ero on yhtä suuri kuin työfunktioiden erotus ΔV =

4. Määritä oheisen kehän plastinen rajakuorma. Tarkista, ettei myötöehtoa rikota missään. Piirrä tasapainoehdot toteuttava taivutusmomenttijakauma.

Sarjaratkaisun etsiminen Maplella

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

1.3 Toispuoleiset ja epäoleelliset raja-arvot

Matematiikan perusteet taloustieteilijöille P

A-Osio. Valitse seuraavista kolmesta tehtävästä kaksi, joihin vastaat. A-osiossa ei saa käyttää laskinta.

2.6 SÄÄNNÖLLISET LAUSEKKEET Automaattimalleista poikkeava tapa kuvata yksinkertaisia kieliä. Olkoot A ja B aakkoston Σ kieliä. Perusoperaatioita:

Transkriptio:

1 Hrmonisen oskillttorin ( V = ( 1/ ) k ) toiseksi limmn energitiln ltofuntio on - / f( ) = Ce 1 / 1 / missä = bmw / g, j w = k / mf soit, että tämä funktio on ltoyhtälön rtkisu j määrää sitä vstv energin ominisrvo Schrödingerin yhtälö on d f - + V( ) f = Ef (1) m d Derivoimll sdn d f = - / C e - - / e d F H d f C e e 4 3 e d = - - / - - / + - / = C- 3 e - / + 4 3 e - / I K vstvsti toinen derivtt on Sijoittmll tämä yhtälöön (1) sdn (suistmll vkio C j eonenttifunktio yhteisinä tekijöinä ois) 3 4 3 - + m m V = E missä liike-energi sisältyy hksulkutermiin Sijoittmll louksi otentilienergi, missä k = w m j edelleen = m w / sdn 3 w 3 1 3 w - m w m E m + = (4) Kolmnnen steen termit kumoutuvt, joten f on yhtälön (1) ominisfunktio ominisrvolle = ( / ) 3 w () (3) Esimerkki 31 Todennäköisyysvirrn lusekkeen johtminen Trkstelln oheisen kuvn 3-b esittämää suljetun S innn rjm tilvuutt V Ajn kuluess todennäköisyys sille, että hiukknen on tilvuudess V voi muuttu Kunkin jnhetkenä kokonistodennäköisyys on todennäköisyystiheyden integrli tilvuuden V yli ( r, t) dv Merkitsemme todennäköisyystiheyden virt V differentilisen innn ds läi dφ = j ds, missä j on virrn tiheys j ds on int vsten kohtisuor vektori, jonk ituus on differentilisen innn l Hiukksen kokonistodennäköisyyden muutos ikyksikköä Kuv 3-b Todennäköisyysvirrn lskeminen tilvuutt V rjoitttvn innn S läi

kohden lueess V on itseisrvoltn yhtä suuri kuin hiukksvirrn vuo luett rjoittvn innn läi Jos hiukksvirrn vuo on ositiivinen tiedämme, että todennäköisyys ienenee eli todennäköisyyden derivtt on otettv negtiivisen j ds = ( r, t) dv (1) S V Yhtälössä on vsemmmll todennäköisyysvirrn vuo tilvuuselementtiä V vstvn suljetun innn S läi j oikell tilvuuselementtiä V vstvn kokonistodennäköisyyden ikderivtt vstkkismerkkisenä Elektronin integroitu esiintymistodennäköisyys tilvuuselementissä V voi vähentyä vin siten, että todennäköisyystiheyttä virt ulos elementin sisältä sitä rjoittvn innn läi Huom, että yhtälö 1 on muodoltn trklleen sm kuin klssisen sähkömgnetismin sähkövirrn ti nesteen virtuksen jtkuvuusyhtälöt Kosk tilvuus V on vlittu mielivltisesti voidn yhtälö 1 esittää vektorinlyysin mukn myös differentilisess muodoss j = ( r,t) Trkstelln lähemmin todennäköisyystiheyden ikderivtt Schrödingerin yhtälön erusteell + V = i m (3) + V = i m Kertomll ylemi yhtälö uolittin funktioll j lemi funktioll smme + V = i m + V = i m (4) skemll yhtälöt 4 uolittin yhteen j järjestelemällä m ( ) = i r (,) t (5) Yhtälön 5 vsen uoli voidn vielä kirjoitt grdientin vull muotoon ( ) = i (,) r t 6 mi Vertmll nyt yhtälöjä j 6 smme todennäköisyysvirrlle lusekkeen j = ( ), (7) mi Kun yhtälössä 7 grdientti korvtn derivtll d / d sdn yhtälö

( ) j = mi ψ ψ ψ ψ 3 ) Atomin ltess viritetystä tilst erustiln fotoniemissioll hvittiin emittoituvn sektriviivn 6 leveydeksi E 1, 1 ev Mikä oli tiln elinik? b) ske vetytomin rekyylienergi sähköisessä diolitrnsitioss 3d ) Heisenbergin yhtälöstä 1 / E 66 1 s t = = b) Rekyylienergin on suurell trkkuudell ( E / c) γ M missä E γ on fotonin energi j M tomin mss Tässä trnsitioenergi on E γ 1 1 = E = 19eV 4 9 9 Rekyylienergiksi sdn sijoittmll 1, 9 1 ev 4 ske energin odotusrvo, kun äärettömän kovss otentililtikoss (-kselin välillä, ) sijitsevn hiukksen ltofunktio jnhetkellä t = on muoto Y (, t = ) = A( - ) Riiuuko energin odotusrvo jst? Huom, että nnettu ltofunktio ei ole otentililtikon oministil Kyseessä on siis ei sttionäärinen til j energin odotusrvo on otentililtikon ominisenergioiden inotettu keskirvo Käyttämällä energin odotusrvon määritelmää sdn: E = y H" yd yyd soittjst sdn y H " y d A =- m - -d f f

f f Sijoittmll Derivointi nt - = - - = - y " H y d A 1 3 1 3 = - d= A - A m m H 3 K = 6m Nimittäjästä sdn yy d = A - d = A 3 joten energin odotusrvo on F f 5 f, y H" yd E = 5 = m yyd Energin odotusrvo ei riiu jst Ktso rujust energin odotusrvon lskeminen ei-sttionääriselle tillle 5soit energin j liikemäärän säilymislin vull, että elektroni j ositroni eivät voi nnihiloutu siten, että nnihiltioss muodostuu vin yksi gmm kvntti (fotoni) Säilymislit : iikemäärän säilyminen g = + + - (1) Energin säilyminen Eg = E+ + E- () Yhtälöstä () sdn ( Eg = cg ) F HG b g b g I K J (3) cg = c + + mc + - + mc Neliöimällä yhtälö (1) smme g Eg (4) c F = + + = H G I + - + - K J Yhtälöistä (3) seur neliöimällä I

b g b g e b gj b g g + - + e - j (5) = + m c + + m c + + m c + m c Sijoittmll (5) yhtälöön (4) (merkitään liikemäärävektoreiden välistä kulm q ) F + - = + - = + + - + H G I + K J + F H G mc mci cosq mc 1 1 - K J (6) Rtkisemll F mc cosq = + + H G mc I K J M + F H G mc I K J P Q 1 1 P > 1 + - + - mikä on mhdotont Se, että nnihiloituminen yhdeksi fotoniksi on mhdotont voidn äätellä myös esimerkiksi seurvsti Trkstelln nnihiloitumist elektroni-ositroni rin msskeskiistekoordintistoss Tällöin niiden kokonisliikemäärä = (kert mekniikn kurssi) Kosk fotoni etenee vlon noeudell kikiss koordintistoss, sillä on nnihiloitumisen thduttu nollst oikkev liikemäärä myös elektroni-ositroni rin msskeskiistekoordintistoss, eikä liikemäärän säilymislki sd toteutumn 6 E ( ) Esimerkki 3 Hiukknen liikkuu otentiliss, jok rjoitt hiukksen jollekin lueelle -kseli soit, että ikn j liikemäärän odotusrvoille ätee klssiset liikeyhtälöt P M P d = / m,j d de = d Tulos on nimeltään Ehrenfestin teoreem soitmme ensin Schrödingerin ikriiuvn yhtälön j Hmiltonin hermiittisyyden vull (jst riiumttomn) oerttorin A odotusrvolle ätevän utuloksen: d 1 A = AH HA i dotusrvo määritellään A = ψ Aψd (8) Kosk A ei riiu ekslisiittisesti jst, on ikriiuvuutt vin tilnfunktioiss ψ Derivoimll 8 smme d dψ dψ A = Aψ ψ A d + (9) Aikriiuvn Schrödingerin yhtälön erusteell

dψ dψ 1 = = Hψ i dψ 1 = Hψ i (1) Sijoittmll 1 yhtälöön 9 smme d 1 A = ( H ψ) A ψ + ψ A ( H ψ) d i (11) Hermiittisyyden erusteell ( ) kimmme utuloksen H ψ χ d = ψ H χ d mielivltisill ψχ Sijoittmll χ = Aψ smme d 1 ( ) 1 A = ψ HA AH ψ d = HA AH i i (1) Sovelletn tätä ikkoerttorille: d 1 ( ) 1 = ψ H H ψ d = H H i i (13) Pikkoerttorin j Hmiltonin H = + E ( ) kommutttori lsketn seurvsti: Kosk m E knss smme kommutttoriksi kommutoi otentilin ( ) 1 [ H] = = ( ),, m m (14) ike uoli lsketn käyttämällä tulost ( ) = i Kertomll tämä oerttorill ensin vsemmlt j sitten oikelt, smme i = = i (15) skemll yhteen = i (16) Yhdistämällä louksi 13, 14 j 16 d = / m Seurvksi trkstelemme liikemäärän odotusrvon liikeyhtälöä Yhtälön 1 erusteell d 1 = H H (17) i

Nyt liikemäärä kommutoi liike-energioerttorin knss, muttei otentilin knss Smme 1 1 1 H H = V V = (,) t ( V V) (,) t i i i (18) Trkstelln lähemmin integrndi: E E = i E E = i E E = ( ) ( ) E E i + E E = i (19) Sijoittmll tämä yhtälöön 18 1 = (, )( ) (, ) i d t E E t 1 E E = ( t, ) i ( t, ) i = () Tulos tunnetn Ehrenfestin teoreemn Ehrenfestin teoreemn vull voidn ymmärtää miten klssinen mekniikk seur symtoottisen rj-rvon kvnttimekniikst Mkroskooisi kleit kuvvien ltokettien disersio on häviävän hidst j fysiklisten suureiden suhteellinen keskioikkem keskirvost hyvin ieni