古典物理学対量子力学:
* classical: 古典物理学では、エネルギーは継続的です。オブジェクトは任意の量のエネルギーを持つことができ、スムーズに変更できます。丘を転がすボールを考えてみてください - 速度に応じて幅広い運動エネルギーを持つことができます。
* 量子力学: 量子力学では、エネルギーは量子化されています。これは、階段の上のステップのように、特定の個別の値でのみエネルギーが存在できることを意味します。 たとえば、原子の電子は、特定のエネルギーレベルのみを占めることができ、その間の値はありません。
重要な概念:
* エネルギーレベル: 原子の電子は特定のエネルギーレベルを占め、しばしば核の周りの殻または軌道として視覚化されます。
* 量子数: これらの数値は、エネルギーレベルを含む電子状態の特性を説明しています。主要な量子数(n)は、電子のエネルギーレベルを決定します。
* 遷移: 電子は、光子(光粒子)を吸収または放出することにより、エネルギーレベル間を移動できます。光子のエネルギーは、エネルギーレベルの違いと正確に一致する必要があります。
* 基底状態: 電子が占めることができる可能な限り低いエネルギーレベルは、基底状態と呼ばれます。
* 励起状態: 電子がエネルギーを吸収すると、励起状態と呼ばれるより高いエネルギーレベルにジャンプします。
エネルギーの記述方法:
* schrödinger方程式: 量子力学の基本方程式であるシュレディンガー方程式は、原子と分子における電子の挙動を説明しています。そのソリューションは、電子の可能なエネルギーレベルを提供します。
* waveFunctions: Schrödinger方程式のソリューションは、WaveFunctionsと呼ばれます。彼らは、宇宙の特定の場所で電子を見つける確率を説明しています。
* 量子化: 波動関数とシュレディンガー方程式は、エネルギーの量子化につながります。特定の離散エネルギーレベルのみが許可され、原子の観測されたラインスペクトルが生じます。
意味:
* 分光法: エネルギーの量子化された性質は、要素が特定の波長で光を放出および吸収する理由を説明します。これらの波長は、電子レベルのエネルギーの違いに対応しています。
* 化学反応: 化学反応に関与するエネルギーの変化も量子化されています。これは、特定の反応が起こる理由を説明していますが、他の反応は起こりません。
* レーザー: レーザーは、量子化されたエネルギーレベル間のエネルギー遷移を活用して、激しいコヒーレントな光を生成します。
要約:
量子機械モデルは、エネルギーの理解に革命をもたらしました。古典物理学の連続エネルギーモデルを、特定の個別の値でのみエネルギーが存在できる量子化モデルに置き換えました。これは、原子、分子、および光の挙動を理解するために深い意味を持ち、多くの現代の技術の基礎を形成します。