ρ = qψ ψ ja pallokoordinaatiston differentiaalielementti * 2 3 * l lm 1 ml

Samankaltaiset tiedostot
4πε. on molekyylin ionisaatioenergia eli energia, joka vaaditaan elektronin siirtämiseen K:lta Cl:lle. (a) Potentiaalin attraktiivinen osa on 2

Tilavuusintegroin3. Tilavuusintegroin3 3/19/13. f(x, y, z)dxdydz. ρ(x,y,z) = x 2 + y 2 + z 2 (kg) Ratkaisu: ρ(x,y,z)dxdydz

Atomin kvanttimekaaninen malli

Tilavuusintegroin3. Tilavuusintegroin3

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

Vinkkejä Gaussin lain käyttöön laskettaessa sähkökenttiä

Kvanttifysiikan perusteet 2017

( ds ) A (2) ψ ξ dv + ψ 2 ξ dv = ψ 2 ξ ξ 2 ψ ) V

1. (a) (2p.) Systeemin infinitesimaalista siirtoa matkan ɛ verran esittää operaattori

= vakio = λ. V (x) V (0) = V (l) = 0.

Jakso 1: Pyörimisliikkeen kinematiikkaa, hitausmomentti

u = 2 u (9.1) x + 2 u

J 2 = J 2 x + J 2 y + J 2 z.

Luento 6: Suhteellinen liike ja koordinaatistomuunnoksia

(1) (2) Normalisointiehdoksi saadaan nytkin yhtälö (2). Ratkaisemalla (2)+(3) saamme

Kaksiatominen ideaalikaasu

Lukuteorian kertausta ja syvennystä

S Fysiikka III (EST) Tentti ja välikoeuusinta

Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Mallit 2 (alkuviikko) / Syksy 2016

Energian säilymislain perusteella elektronin rekyylienergia on fotnien energioiden erotus: (1)

Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Mallit laskuharjoitukseen 3 /

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Osallistumislomakkeen viimeinen palautuspäivä on maanantai

gallup gallup potentiaali ja voima potentiaali ja voima potentiaali ja voima potentiaali ja voima

Luento 4: Suhteellinen liike ja koordinaatistomuunnoksia

Monen elektronin atomit

x n e x dx = n( e x ) nx n 1 ( e x ) = x n e x + ni n 1 x 4 e x dx = x 4 e x +4( x 3 e x +3( x 2 e x +2( xe x e x ))) = e x

MS-A0204 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (ELEC2) Luento 9: Muuttujanvaihto taso- ja avaruusintegraaleissa

Kvanttimekaniikka I tentti : 4 tehtävää, 4 tuntia

DYNAMIIKKA II, LUENTO 6 (SYKSY 2015) Arttu Polojärvi

LCAO-menetelmä Tämä on lyhyt johdanto molekyylien laskentaan LCAO-menetelmällä.

267 Rengasprofiilin muoto, eli transmittanssin (11.4.2) muoto d :n funktiona, riippuu siten ensisijaisesti heijastuskertoimen r arvosta:

Magneettiset materiaalit ja magneettikentän energia

Fysikaalinen kemia II kaavakokoelma, osa 1

SATE2180 Kenttäteorian perusteet / 5 Laskuharjoitus 2 / Coulombin ja Gaussin lait -> sähkökentän voimakkuus ja sähkövuon tiheys

780392A/782631S Fysikaalinen kemia II, 5 op / 4 op

Tietoa sähkökentästä tarvitaan useissa fysikaalisissa tilanteissa, esimerkiksi jos halutaan

kolminkertaisesti tehtäviä tavallisiin harjoituksiin verrattuna, voi sen kokonaan tekemällä saada suunnilleen kolmen tavallisen harjoituksen edestä

LUKU 3. Ulkoinen derivaatta. dx i 1. dx i 2. ω i1,i 2,...,i k

MS-A0205/MS-A0206 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 10: Napa-, sylinteri- ja pallokoordinaatistot. Pintaintegraali.

MATP153 Approbatur 1B Harjoitus 3, ratkaisut Maanantai

Sähkökentät ja niiden laskeminen I

1 Kompleksiluvut 1. y z = (x, y) Kuva 1: Euklidinen taso R 2

1. Tarkastellaan kaksiulotteisessa Hilbert avaruudessa Hamiltonin operaattoria

Esimerkki 1 Ratkaise differentiaaliyhtälö

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Öljysäiliö maan alla

(a) Potentiaali ja virtafunktiot saadaan suoraan summaamalla lähteen ja pyörteen funktiot. Potentiaalifunktioksi

a) z 1 + z 2, b) z 1 z 2, c) z 1 z 2, d) z 1 z 2 = 4+10i 4 = 10i 5 = 2i. 4 ( 1)

Luento 7: Pyörimisliikkeen dynamiikkaa

MS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (Chem) Tentti ja välikokeiden uusinta

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2015)

2m 2 r + V (r) ψ n (r) = ɛ n ψ n (r)

Kuva 1: Tehtävä 1a. = 2π. 3 x3 1 )

6. Kompleksiluvut. Kompleksilukuja esiintyy usein polynomiyhtälöiden ratkaisuina. Esim:

LUKU 10. Yhdensuuntaissiirto

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Muita sähkökentän laskemismenetelmiä ovat muun muassa potentiaalin gradientti ja kuvalähdeperiaate. Niistä puhutaan myöhemmin.

Kahdeksansolmuinen levyelementti

BM20A5800 Funktiot, lineaarialgebra ja vektorit Harjoitus 4, Syksy 2016

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Tapa II: Piirretään voiman F vaikutussuora ja lasketaan momentti sen avulla. Kuva 3. d r. voiman F vaikutussuora

Luento 7: Pyörimisliikkeen dynamiikkaa

Kirjoita jokaiseen koepaperiin nimesi, opiskelijanumerosi ym. tiedot! Laskin (yo-kirjoituksissa hyväksytty) on sallittu apuväline tässä kokeessa!

Sähköstatiikka ja magnetismi Mekaniikan kertausta

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 10: Stokesin lause

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2015)

Varauksensiirto-siirtymä

Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Mallit laskuharjoitusviikkoon 5 /

Luento 5: Käyräviivainen liike. Käyräviivainen liike Heittoliike Ympyräliike Kulmamuuttujat θ, ω ja α Yhdistetty liike

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

M Pv + q = 0, M = EIκ = EIv, (EIv ) + Pv = q. v(x) = Asin kx + B cos kx + Cx + D + v p. P kr = π2 EI L n

Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Laskuharjoitus 7 /

Osoitetaan esimerkin avulla, että valonnopeuden invarianssi johtaa myös välimatkojen suhteellisuuteen. Puhutaan pituuden kontraktiosta.

Vesiliuoksen ph ja poh-arvot

Osoitetaan tämä nyt formaalisti esimerkkitehtävänä lähtien liikkeelle kombinatorisesta tuloksesta

Matriisilaskenta Luento 10: Polaarimuoto ja kompleksilukujen geometriaa

Äärettömät raja-arvot

Ch10 Spin-1/2 systeemi. Spin-1/2 kvanttimekaniikkaa

Luento Atomin rakenne

Gaussin lause eli divergenssilause 1

763306A JOHDATUS SUHTEELLISUUSTEORIAAN 2 Ratkaisut 4 Kevät 2017

Tehtävä 4.7 Tarkastellaan hiukkasta, joka on pakotettu liikkumaan toruksen pinnalla.

S , Fysiikka IV (ES) Tentti

3.3 Funktion raja-arvo

Valon sironta - ilmiöt ja mallinnus. Jouni Mäkitalo Fysiikan seminaari 2014

Mat Dynaaminen optimointi, mallivastaukset, kierros Vaimennetun heilurin tilanyhtälöt on esitetty luennolla: θ = g sin θ r θ

Luento 13: Periodinen liike. Johdanto Harmoninen värähtely Esimerkkejä F t F r

Ei-inertiaaliset koordinaatistot

d ) m d (I n ) = 2 d n d. Koska tämä pätee kaikilla

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 3: Vektorikentät

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 8: Divergenssi ja roottori. Gaussin divergenssilause.

Luento 3: Käyräviivainen liike

Ydin- ja hiukkasfysiikka: Harjoitus 1 Ratkaisut 1

MS-A0003/A0005 Matriisilaskenta Malliratkaisut 4 / vko 47

Matematiikkaa kemisteille, kevät 2012 Ylimääräinen laskuharjoitus Palautus 7.5. klo (suositellaan kuitenkin tekemään ennen välikoetta 30.4!

Keskeisliikkeen liikeyhtälö

Kvanttimekaniikka kolmessa ulottuvuudessa Case vetyatomi

Tyhjä pallosymmetrinen avaruus

Transkriptio:

S-6 FSIIKKA IV (Sf) Kevät 5 LHSf Ratkaisut LHSf- Vaausjakauman ρ( ) dipoimomentti määiteään ( ) zρdv ja quadupoimomentti z ρdv (a) Osoita että dipoimomenttiopeaattoin odotusavo on noa kaikie vedyn stationääisie tioie (b) Osoita etää quadupoimomentti on noa s-symmetian omaavie tioie (c) Laske quadapoimomentti tiae n m (a) Sijoittamaa integaaiin z cosθ ρ qψ ψ ja paokoodinaatiston diffeentiaaieementti missä * dv dω d voimme esittää dipoimomentin muodossa * * n m m im φ m m θ e P q ψ ψzdv q R d cosθdω dω sinθdθdφ Sijoitetaan Θ ( ) ja takasteaan ähemmin kumaintegaaia * imφ imφ m ( ) ( ) cos sin m Ω Θ m Θ m d θ θ θ θdθ e e dφ () Muunnoksessa paohamonisten funktioiden paiteetti on ( ) Paokoodinaatiston suuntakumat muuttuvat täöin seuaavasti θ θ φ φ + Koska φ iippuvan osan paiteetti on ( ) ( ) m Funktio ( θ ) ( θ ) m m m täytyy θ iippuvan osan paiteetin oa Θ Θ on siis paiinen ja koska tekijä cosθ sinθ on paiton on integaain () θ iippuva osa paiton ( θ / suhteen) ja integaain avo aina (b) s-symmetian omaavien spinobitaaien kumaosa on aina / joten quadupoimomentti voidaan kijoittaa muodossa q ( z ) ρdv ( z ) Rns ( ) sinθddθdφ Tässä integoidaan väiä [ ] θ väiä [ ] ja φ väiä [ ] ketaa tavittaessa paokoodinaatiston määitemä Sepaoimaa muuttujat integointi yi φ antaa (vakiofunktioe) tekijän q ( ) ns ns ( ) q cos θ R ( ) sin θddθdφ R ( ) d cos θ sinθ dθ Tästä huomataan heposti että ( cos θ ) suhteeen) joten integaai on aina sinθ on paiton funktio (kohdan θ /

ρ / (c) Sijoittamaa p ( ) R / a ρe ; / e sinθ saamme integoimaa auksi kuman φ yi (huomaa muuttujanvaihto ρ / a adiaaiosassa osin mukana) ( ) ( ) iφ ρ a Q z ρdv qa z e ρ sinθddθ Sijoittamaa z cosθ aρ cos θ; d ad ρ saamme ( ) 5 ρ 7 Q qa cos θ e ρ sin θd ρdθ a 6 ρ ( cos ) sin 6 x 7 qa ρ e d ρ θ θdθ Käyttämää x e α 6! α ja ( cos θ ) sin θdθ saamme quadupoimomen- 5 tin avoksi Q qa qa ea 5 7 LHSf- Osoita että ähtien yhtäöstä d p SL S me c d L missä p on Couombin potentiaaienegia eektonin ja ytimen ( potonia) vuoovaikutuksee ja käyttäen /:n odotusavoe auseketta aon + ( + ) missä ao on Bohin säde spin-ata-vuoovaikutusenegian odotusavoe saadaan Couombin potentiaaienegia on α n S L ans L n + ( + ) e josta saadaan P εo d p e e SL d ε o S me c εo L Spin-ata-vuoovaikutusenegian odotusavo saadaan sijoittamaa tähän /:n odotusavo e S L m o ec ε aon + ( + )

Sijoitetaan Bohin säde a εo o e me 6 e e me me c εo 6 εo n jooin saadaan auksi S L ( ) + ( + ) joka tekijöitä jäjesteemää saadaan edeeen muotoon e e me S c ( εo ) ( εo ) n L n + ( + ) α e missä α εoc on hienoakennevakio ja me e n ( εo ) n vastaava enegia Saadaan siis tuos α n n S L ans L n + ( + ) on pääkvanttiukua n Miä todennäköisyydeä LHSf- Hiukkasen aatofunktio on ( ) x iy f ( ) / saadaan kumaiikemäään x-komponentin mittauksessa tuokset ja? Paauttamaa mieiin paohamonisten funktioiden määitemän huomaamme että voimme kijoittaa kumaiikemäään komponentin L z ominaistioihin iittyvät paohamonit vastaavien paikkavektoien komponenttien avua muodossa / z / / x iy () x iy htäöt voi heposti todeta oikeiksi sijoittamaa z cos x sin cos ja y sin sin Katsotaan mitä tapahtuu jos seuaavaksi kieämme funktioita () siten että z-koodinaatti tuee entisen x-aksein kohdae ja muut koodinaatit muuttuvat vastaavasti x y; y z Uudet kieetyt funktiot saadaan siis funktioista () tekemää sykinen muunnos z x; x y; y z ts

x x x y iz x y iz Oemme mekinneet kieettyjä funktioita yäindeksiä x siksi että ne ovat nyt / / / opeaattoeiden L ja L x ominaisfunktioita Voimme siis kijoittaa / ( ) ( ) / ( ) / x i x i x x iy f f mistä huomaamme (vetaamaa ei ominaisfunktioiden ketoimien itseisavojen neiöitä) että L x saadaan todennäköisyydeä / ja vastaavasti L x moemmat todennäköisyydeä / () LHSf- Jos jäykän kappaeen hitausmomentti on I ja kumanopeus on ω sen kineettinen enegia on Iω ( Iω) ( I ) L ( I ) missä L on kumaiikemäää Schödingein yhtäön atkaisu täaisee ongemae johtaa kvantisoituneihin enegian avoihin ( + ) (a) Tee enegiataso diagammi ja imaise mitkä tansitiot ovat mahdoisia I vaintasäännön ± mukaan (b) Osoita että saitut tansitioenegiat ovat (c) H -moekyyin hitausmomentti on I mp missä m p on potonin massa ja 7nm on potonien etäisyys tsi aimmin viitetyn tian () enegia H - moekyyie (d) Mikä on emittoituneen säteiyn aaonpituus H -moekyyiä tansitiossa tiata tiaan? (a) ja (b) Vaintasääntö ± antaa peäkkäisten tiojen enegia eoksi tuee ( + ) ( I ): negian muutoksiksi saadaan ( )( ) ( ) ( ) ( ) ( ) + + + + + +

: + : 5 : 5 + : : : (c) Sijoitetaan hitausmomentin auseke Saadaan I mp I mp enegian ausekkeeseen J 5 ev I (d) Tansitiossa tiata tiae fotonin saamaa enegia on joten aaonpituudeksi saadaan hc 5 λ m µ m LHSf-5 Okoon ytimen kumaiikemäää I ja eektonien J Täöin atomin kokonaiskumaiikemäää on F I + J kokonaiskumaiikemäään kvanttiuku saa avoja väitä i + j i j (ks uku ) Osoita että mahdoisten f:n avojen ukumäää on i + jos i < j j + jos i > j Takasteaan ukuja a ja b jotka ovat joko kokonaisukuja tai puoikkaan moniketoja Lukujen a ja b väiin mahtuvien δ pituisten askeien ukumäää on väin pituus jaettuna δ :a b a pus yksi koska väin moemmat päät otetaan mukaan ei + δ Kvanttiuvun f mahdoiset avot ovat yhden väein maksimiavon i + j ja minimiavon i j väissä (ks uku ) Saadaan siis f i + j i + j i j + i j Tapaus i < j : Mahdoisten f:n avoja määä on Tapaus i > j : Mahdoisten f:n avoja määä on ( i j) ( j i) + + i + ( i + j) ( i j) + j +