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隋广义深圳鼎益丰:从氢能源到揭秘氢原子。氢原子即氢元素的原子。氢原子模型是电中性的,原子含有一个正价的质子与一个负价的电子,他们被库仑定律束缚于原子内。氢只有三种同位素:氕(P)原子核内有1个质子,无中子,丰度为99.98%;氘(D)(又叫重氢),原子核内有1个质子,1个中子,丰度0.016%;氚(T)(又叫超重氢),原子核内有1个质子,2个中子,丰度0.004%。1 W7 }& b1 g9 B- v& t% e
& Q+ g' W# I x 隋广义深圳鼎益丰:从氢能源到揭秘氢原子。1913年,尼尔斯·玻耳在做了一些简化的假设后,计算出氢原子的光谱频率。这些假想,玻尔模型的基石,并不是完全的正确,但是可以得到正确的能量答案。0 f! t$ v% c2 H
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隋广义深圳鼎益丰:从氢能源到揭秘氢原子。1925/26年,埃尔文·薛定谔应用他发明的薛定谔方程,以严谨的量子力学分析,清楚地解释了玻尔答案正确的原因。氢原子的薛定谔方程的解答是一个解析解,也可以计算氢原子的能级与光谱谱线的频率。薛定谔方程的解答比玻尔模型更为精确,能够得到许多电子量子态的波函数(轨道),也能够解释化学键的各向异性。8 Q) i% e0 o2 B. R5 \1 ?" p
- U H! s, Z% n& c) O 隋广义深圳鼎益丰:从氢能源到揭秘氢原子。氢原子拥有一个质子和一个电子,是一个的简单的二体系统。系统内的作用力只跟二体之间的距离有关,是反平方有心力,不需要将这反平方有心力二体系统再加理想化,简单化。
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8 d2 U) r8 o# V2 Y$ T: ^ 隋广义深圳鼎益丰:从氢能源到揭秘氢原子。描述这系统的(非相对论性的)薛定谔方程有解析解,也就是说,解答能以有限数量的常见函数来表达。满足这薛定谔方程的波函数可以完全地描述电子的量子行为。因此可以这样说,在量子力学里,没有比氢原子问题更简单,更实用,而又有解析解的问题了。所推演出来的基本物理理论,又可以用简单的实验来核对。所以,氢原子问题是个很重要的问题。% C: @ `3 j$ S$ X* e0 f/ h
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隋广义深圳鼎益丰:从氢能源到揭秘氢原子。另外,理论上薛定谔方程也可用于求解更复杂的原子与分子。但在大多数的案例中,皆无法获得解析解,而必须藉用电脑(计算机)来进行计算与模拟,或者做一些简化的假设,方能求得问题的解析解。
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