Білім және ғылым министрлігі а.Қ. Ахметов



Pdf көрінісі
бет17/29
Дата24.03.2017
өлшемі13,36 Mb.
#10233
1   ...   13   14   15   16   17   18   19   20   ...   29

d2S 


AS

Синусоидалық толқы н үш ін



S

  =   А (г)е х р [/- 2л

ѵ (/ -  г



/

)J, 


(49.90

мүндағы  v   -то л қы н н ы ң   ж и іл ігі,  Л (г)-т о л қ ы н   ам плитудасы ны ң

287


комплекстік векторы.  (49.9')-ты екі рет 

t

  бойынша дифференциалдасақ



d 2S

 

2  2о



- ^ - ^ - A n 2v~ S .

 

(49.10)



д Г

Сондықтан толқы н теңцеуін мына түрде жазамыз

A S + 4 n 2v 2S / v 4)a3

  = 0 .


Ш редингердің идеясы де  Бройль толқындарына  (49.10)  тендеуін 

қолдануға болады деуден келіп ш ы қты .  Демек,  біз 

Я  = iTth / ( т ѵ )

  де 


Бройль толқы ны н пайдаланып тѳмендегідей теңдеулерді жазуъімызға 

болады


1 /Я   =  v  /  

Ѵф^


  =  

m v I [2Һ

 ).

Бүл өрнекті (49.10) теңдеуге қо й ы п  мынаны аламыз



Aif/ + 47i2m 2v 2y//(27ih)2  = 0

 

(49.10')



Бөлш ектің  кинетикалы қ  энергиясы 

m V


  2/2  

= W  -  U

  мүндағы 

W

 -релятивистік  емес  теориядағы  оньщ   толы қ  энергиясы.  (49.10/) 



тендеуіндегі 

у/

  -д ің  алдындағы коэф ф иценті қайтадан кө ш ір іп  басқа- 



ша түрде жазамыз

47i2m 2v 2

  _  

Sn2m  m v 2



  _  

2m  (  ,


 

\

Сонымен 



+ т ү  

{W - U ^ f

  = 0 . 

n

Демек,  (49.10)  теңдеудің  Ш редингердің  (49.8)  стационарлы қ 



теңдеуіне теңбе-тең болуы, 

JJ

 энергиясы бар потенциалдық өрісте қо з- 



ғалатын бөлш ектің 

ц/

  толы қ энергиясы болуына байланысты екен.



Егер  (49.9)  ѳрнегін  (49.4)  теңдеуіне  қо й са қ,  онда  Ш редингердің 

теңдеуінің шешуі мына түрде келеді

Сонымен бершген уақыт кезеңіндегі бөлшектің кү й і, сол бөлш екгің 

толы қ энергиясынан анықталатын 

со = W /Һ

 дөңгелектік ж и іл ікті, пе- 

риодтық функциямен сипатталады. Жоғарьща көрсетілгеңдей, бөлшекзің 

W

 толы қ энергиясының де Бройль толқындарының ж иілігім ен байла­



нысы, квантты қ механиканың маңызды не гізі болып табылады.

§50.  Еркін бөлшектің қозғалысы

Е р кін  бөлшек қозғалғанда,  оны ң толы қ энергиясы кинетикалы қ

288


эн ер ги я сы н а   сэ й ке с   к е л іп ,  ал  е р к ін   б ө л ш е ктің   ж ы лдам ды ғы  

V  = const

 болады.  Олай  болса,  Ш редингердің  (49.8)  стационарлық 

теңдеуін мынадай түрде жазуға болады.

d y /2 

2m 


d t 2 

Һ2

Wif/



(50.1)

(50.1) теңцеуінің шешуі

/  



 



______

 



 



_____

у/  =


  A e xp  

-j^ y f2 m W x j  + B

qxp

мүндағы 


A

  және  5-түрақты лар.  Онда  Ш редингердің  (49.2)  толы қ 

тендеуінің ш еш уі (49.40 түрінде алынады

A exp


W

  . 


yJ2mW

— t


-----------------

X

+ ß e xp



W  

^l2mW


-f -----

П 

Һ



(50.2)

x

Бүл (50.2) тендеуінің ш еш уі 



co = W /Һ

  бірдей ж и іл ік т і е кі ж азы қ 

монохроматтық толқындардың суперпозициясын көрсетеді.  Олардың 

б ір і А  амплитудасымен х -тің  оң бағытында,е к ін п ііс і В амплитудасы­

мен қарама-қарсы бағытта таралады. Алынған шешуді ж азы қ монохро­

м атты к толқы нны ң  

s =

 А е х р [- 



i(cot -

たズ

) ] жалпы  өрнегімен  салыс­



тырып,  еркін  бѳлшек  ү ш ін   толқы нд ы қ  сан 

=



-j2m W  I Һ

  екенін 

кѳреміз.

Ж азы қ  монохроматтық  толқы нны ң  фазасы 

(cot — кх )

  болғаны 

сияқты , 

толқы нды қ ф ункциясыньщ  да фазасы



f

 W  


j 2 m W

---



f

---------------

Һ 

fi



\

 

болады.



Сонымен квантты қ механикадағы еркін бөлшек де Бройльдің жа- 

зы қ  м онохром атты қ  толқы ны м ен  сипатталады.  Бүған  ке ң іс тіктің  

берілген  н үкте сін д е   б ѳлш екті  табу  ы қтим алд ы ғы ны ң   уақы ттан 

тәуелсіздігі сэйкес келеді.  Ш ы ны нда,  мысал ү ш ін   (50.2) тендеуінен х 

бағытында  таралатын  бір  толқы нды   алсақ,  мынадай  қоры ты нды ға 

келеміз 


289

19-27


I

=



= | а | 2 .

§ 5 1 .Бір өлшемді тікбүрышты потенциялық “ жәш жтегг’ бөлшек

Потенциалық өрісте (51.1-сурет) қозғалатын электронды қарасты- 

райы қ.  Электронньщ   потенциялы қ  “ ж ә ш ікт ің ”  сыртындағы  және 

іш індегі потенциалық энергиясының мынадай мәндері болады

u   = °   ( 0 < х <  L ),

 

(51.1)



U   = 

00

 

(x < 0, x  > b ).



Классикалы қ элеьсгрондық теория бойынша, электронньщ  метал- 

дьщ сыртындагы потенциялы қ энергиясы нөлге тең де, металдың ішінде 

ол теріс жэне сан жағынан электронньщ  металдан үш ы п ш ы ғу ж үм ы - 

сына тең.  Біз қарастыратын потенциялы қ “ ж ә ш ік” электрон үш ін  ме­

талл “ ж әш іктен”  қарапайым,  шекарасы б и ік тосқауылды, түб і ж азы қ 

болады.


П отенцш ілы қ өрісте қозғалған электронға Ш редингердің стацио- 

н а р л ы қ  те ң д е уін   (4 9 .8 )  қо л д а н ы п ,  б ір   өлш ем д і  есеп 

ү ш ін  

A = 


d 2 j  d x2

 болатынын ескеріп, мынаны жазамыз

+



(

ト ひ


Ѵ   = 0 . 

(51.2)


(51.2) 

тендеуінің  ш еш уі  (51.1)  шарты  орындалғанда,  яғни 

у /



х ) 



толқы иды қ ф ункциясы “ ж ә ш іктің ”  қабырғаларында нөлге айналып,

(49.3) шарты қанағаттандырылатын болса жүзеге асады

=  

\ f / { L )   =   0 -  

( 5 1 . 3 )

Ш ы н  мәнінде, 

d 2y/ / d x 2

  = l

//■


  деп белгілеп,  (51.2) тендеуін қайта 

жазамыз

f

 



2m



= - ~

y

(W - U ) .



 

(51.2Г)


lf/ 

П

 





<  



jc 

< L  аймағында 

U   = 0


  ж эне 

у /

 

/  


у /

 

-д ің  н е гізгі м әні болады. 

Ал  x  ^   0  және 

x — L


  потенциялы қ  энергия  ш ексізд ікке  ұмтылады. 

Егер  x  

0  және 

х — L


  үмтыпғанда 

у/(х) 


,

  онда  (49.3)  шарты 

бүзьшмайды.  Сонымен  ш ексіз  б и ік   қабырғасы  бар  потенциялы қ 

“ жәшіктегі” электрон үш ін Шредингер тендеуінің шешуі мынадай болады

l/л  = 0 ,

= 0 • 


(51.4)

(0  <  x: <  L   аймағы нантыс болғанда)

290


51.1

Басқаша айтқанда электронды “ ж әш іктен” тыс табу ықтималдығы 

нөлге тең. Демек, бүл жағдай үш ін  бізге мына тендеуді шығаруға тура 

келеді


d

2 \ f /  

2 т

(51.5)



(51.3) 

ш е к т ік шарты бойынш а:(і/а (0 ) =  

y /(L )

 



 

0 .)2 m W /Һ2  = к 2 

деп белгілейік,  мүндағы 

-потенциялы қ “ ж ә ш ікте гі” электрон ү ш ін  



де Бройль толқы ны ны ң толқы нд ы қ саны. Ж өне  (51.5) теңдеуінің пе- 

риодты қ ш еш уін мына түрде жазамыз

у/(х)  = A

 cos ^jc+  5  sin 

кх,

 

(51.6)



мүндағы 

А

  ж эне 



в

  -түрақтылар.  Б ір ін ш і ш е кгі шартты (51.3) қолдан- 

ганда 

А  = 0


  болады. Е кін ш і: шарттан мынау алынады

lf/(L ) = В sin  k L  = 0 .

 

(51.60


Сонымен  Л  ^  О, А  =  0, sin  /:L  = 0 . 

(51.6")


(51.6")  ѳрнектерінен 

  саны тек қана 



к п

 -н ің  белгілі д искреттік 

м әнін  қабылдайды.  Ол  мына  шартты 

knL  — n  п

  қанағаттандырады, 

мүндағы 


п

  = 1 ,2 ,...  Осыдан

к п  = п л ! Ь .

 

(51.7)



(51.7) 

шартының ф изикалық магынасы қарапайым.  Бұл өрнектегі 

к п - 2 п /  Хп

  (мұндағы 

Хп

 - “ ж ә п іікт е гі”  электрон үш ін  де Бройль тол- 



қы ны ны ң  үзындығы) екенін ескерсек (51.7) шарты мына түрге келеді: 

2п

 /  



Хп  — n n

 /  


L

  немесе 

  2 L //Z ,  яш и бүл потенциялық “ ж әш іктің” 



ұзындығына сыятын жарты де Бройль толқы ны ны ң бүтін саны.

291


(51.7) шарты өте маңызды қорытындыға келтіреді

= п 2я 2П2 /(2m L2) ,

 

(51.8)


яғн и   электронньщ   потенциялы қ  “ ж ә ш ікте гі”  энергиясы  кез  келген 

емес.  Ол тек қана бір қатар 

Wn

  дискретті меншікті мәндерді қабылдай- 



ды.  Электрон  ү ш ін  

 -ден  басқа  мәндер  болмайды  себебі: 



Wn

 -нен 


айрықша энергиясы бар электронньщ “ ж әш ікте”  табылу ықтималдығы 

нөлге тең.

Белгілі дискретті мән қабыддайтын ф изикалық шаманы кванттал- 

ған деп атайды.  Ендеше, потенциялық “ ж ә ш ікте гі” электронньщ энер­

гиясы  квантталған болады.

Wn

 -н ің  квантталған м әнін энергияның деңгейлері деп атайды, ал 



электронньщ энергиялық деңгейін анықтайтын n санындарын - квант­

ты к сандар деп атайды.  51.2-суретте энергиялы қ деңгейлердің сызбасы 

келтірілген.  Сонымен потенциялы қ “ ж ә ш ікте гі” электрон белгілі 

Wn 


энергиялы қ деңгейде түрады.

(51.8) 


тендеуіндегіге  әр  түрлі  бүтін  санды қ  мәндер  беріп,  элект­

ронный, энергиялы қ  деңгейлерін табуға болады (51.2-сурет).  П отен- 

циялы қ  “ ж ә ш ікте гі”  электронньщ  квантты қ сандары  п+1  және  п-ге 

тең болғандағы энергиялық деңгейлерінің 

айырымын аны қтайы қ


Мысал үш ін, потенциялық “ ж әш іктегі”  электронньщ өлшемі атом- 

н ы ң   ө л ш е м ін е   те ң   б о л ға н   ж ағдайд ы   қа р а с т ы р а й ы қ.  С онда

m = 9



1 . 1СГ31 к г 



L  =

10_10л/  Сонда 

AW

  бьшай деп анықталады



ЛТІ7 

л п 2П2 

卜 

л ( З Д 4 ) 2 . ( 1 , 0 5 . 1 ( Г 34)2  ^



=  (2п +  і ) - - — = (2п  + 1 Р ^  

V  31  / 

10{2 



2 m L  



2 - 9 , М О " 31- ( іО ~ 10) 

= (2п  + 1

)•

 5,4 • 


10~17 Д ж  =

  0,34(2п + 

і)э В .

Егер потенциялық “ ж ә ш іктің ” өлшемі 



L  = 10  м

  макроскопиялық 

болса,  онда 

Wn+l


  және 

Wn

  екі көрш ілес энергиялы қ деңгейдің айыр- 



машылығы төмендегідей болады

= (2n  + 1



) ^ ;

  .   (2п +  

=

2т Ь 2

 



  2 . 9

1 .1 0 _ 3 1 . ( 1 0 —2 )2



= (2п  + 1 ).5,

4 ■1(Г 34 

Д ж

 =  (2п + 1)3,4 •1(Г 15 э



.

Енді 



AW /W n

  қаты насы н  аны қтайы қ.  Ол  үптін  (51.8)  тендеуін 

пайдаланамыз. Сонда

A W /W n


  = (2 п  + 1 )/п

2 ,


 

(51.10)


мұндағы 

п

 -кв а н тты қ саны  неғүрлым  кө п  болса,  онда  (2п + 1 )~  



2/7 

деп алуымызга болады. Демек,  (51.10)  өрнегін былай жазуға болады 

A W /W n  =  21 п.

 

(51.11)



Осыдан 

Wn

 -ге қарағанда 



/\\ү

  аз болды,  ендеше энергиялы қ дең-

гейлер бір-біріне жақы ндай түседі.

Э нергиялы қ деңгейлер бір-біріне ж а қы н  ты ғы з орналасқан ж ағ- 

дайды квазиүздіксіз деп атайды .

—оо  ұмтьшғанда, 



j\W

  =  0  болады, 

яғни энергиялы қ спектр үздіксіз.

К ван тты к сан 

п

  өте үлкен болғанда, энергияньщ  квантталуының 



нәтижелері классикалы қ түрғьщан қараудағы нәтижелерге жақы ндай- 

ды.  Осы айтқанымыздан  1923 жылы түжырымдаған Бордың сәйкестік 

принципі келіп  шығады: үлкен квантты к сандарда,  квантты қ механика-

293


ның  қорытындылары  мен нәтижелері  классикалық  нәтижелерге  сэйкес 

келеді.


(51.5) теңдеуінің периодтық шешуі е кі класқа ж ікте ле тіні белгілі:

1 ) Т ақ функциялар үш ін

у/ =

  A c o s



kx,  kL  = n / 2 ,   З п /2 ,

  5 т г/2

…,

2) ж үп  функциялар ү ш ін



у/  = В sin  kx,  k L  =  2(n

 / 2),  4 (7 г/2 )

6 (7 г/2 )."



Б ірінш і шарт орындалғаңда

,(

51.7) теңдеуін ескеріп,  (з і.б ) теңцеуін 



мына түрде жаза аламыз

и/

 (jc)  — 



В

 sin  —


x

.

L



М ұндағы  

ß

  коэф ф ициенты анықтау үш ін, мөлшерлеу шартын (46.3) 



қарастырылып отырган жағдайға сай былай жазамыз

„2  


ÇL

  •  2 


пП 

л

sm *■—



— x  = 1  

Jo 


L

 



Интегралдау шектерінде интеграл астындағы ф ункция нѳлге айна­

лады.  Сондықтан интегралдың м әнін анықтау үш ін   sin 

2( п ш /  L )

  -тің  


орта м әнін (ол  1/2—ге тең болатындын ескертіп) аралықтың үзындығы 

乙气

  ге  көбейтеміз.  Сонда  мынау  алынады: ' 



B 2( l/ 2 ) L  = l,

  осыдан 

В  = s j2 / L.

  Демек,  м е н ш ікті ф ункция мынадай түрге келеді

М е н ш ікті функциялардың графикгері 51.3,а-суретте бейнеленген.

51.3,6-суретінде, 

у/*цг

 -ге тең “ ж ә ш ікгің ” қабырғасынан әр түрлі қаш ы қ- 



ты қтан бөлш ектің табылу ықтималдығының тығыздығы берілген.

Графиктен,  мысалы 

п =  2

  болған күйде, бөлш ек “ ж ә ш ікт ің ”  ор- 



тасынан табылуы м үм кін  емес, алайда, ол “ ж ә ш іктің ”  ортасын жарты- 

сының не оң,  не сол жағында 

L

 -  үзындығын қ а қ қ а  бөлгенде, соның 



не оң,  не сол ж а қ жартысында ж и і болады.  Бөлш ектің мүндай м інезі, 

оның траекториясы түралы айтуға еш симайды.  Классикалы қ көзқарас 

бойынша,  барлық бөлшектердің  “ ж ә ш ікте гі”  жағдайының ы қтим ал- 

дықтары бірдей.

294


51.3

§52.  Бөлшектердің потенциялық тосқауыл арқылы өтуі



UCrh

fr

\



D

----


I

II

III

j -------

i2f


52.1

А йталы қ, бөлшек солдан оңға қарай қозғалғанда,ө зін ің  жолыңлд 

ені 

L

  және  б и ік т ігі 



U 0

  болатын потенциялы қ тосқауы лға кездессін 

(52.1- сурет).  Классикалы қ көзқарас бойынша, бөлшек мынадай мінез 

көрсетуі  керек.  Егер  бөлш ектің  энергиясы  тосқауы лдың  б и іктігін е н  

(W  

> U 0)


  артық болса,  онда бөлш ектосқауылдың үстінен өтіп кетеді 

(0 <  л: < 

L

 аралығында тек бөлш ектің жылдамдығы азаяды да,  сонан 



соң 

х >  L


  болғанда ол ө зін ің  бастапқы мәніне жетеді).  Егер 

W  < U 0 

болса (суретте кѳрсетілгендей), онда бѳлшек ке й ін  серпіліп,  кері ұш а- 

ды;  бѳлшек тосқауыл арқылы 



ѳте

 алмайды.

295


ЬСванттық механика тұрғы сынан қарағанда бөлш ектің м інезі бас- 

қаш а болып  шығады.  Бірінш іден,  тіп ті 

W  > U 0

 -ден арты қ болса да, 

бөлш ектің тосқауылдан серпілуі және кейін үш у ықтималдығы нөлден 

а й р ы қш а болады.  Е кінш іден, 

W < U Q

  болганда



бөлш ектіңтосқауы л-

ды  “ тесіп”  өтуі  және 

х >  L


  аймағында  қалу  ықтималдығы  нөлден 

айры қш а  болуы  керек.  М үндай  жағдай,  т іп ті  классикалы қ  көзқарас 

тұрғы сынан да м үм кін  емес,  м икробөлш ектің мінезі тікелей Ш редин­

гер теңцеуінен шығады.

W  < U 0

  болғанжағдайдықарастырамыз. Бүлжағдайда(49.8)өрнегі

мынадай түрге келеді:

I жэне I I I  аймағы үш ін



W y /= 0



 

(52.1)


I I  аймақ үш ін ,  W   - f / 0  < 0   болса,

d 2y/ 


2 т

 /ТТ7 


ТГ、

 

_



- ~ Г  + - ^ r ( W - U 0)i^  = 0 .

 

(52.2)



(52.1) тендеуінің ш еш уін 

у/

  =  gAv  түрінде іздейміз.  Бүл ф ункция- 



ны  (52.1) теңцеуіне қо йы п,  мынадай тендеуді аламыз

À,2  + 2 m W /fi2

  = 0 . 

(52.3)


Осыдан Я  = ± /

,мүндағы



а   = ^[2m W /h.

Сонымен (52.1) теңдеуінің жалпы шеш уі I жэне I I I  аймақтар үш ін  

мынадай түрде болады:

I айм ақ ү ш ін  

у/{  = А{еіах

  + 


В 'е Чах.

I I I   айм ақ  ү ш ін  

у/3  = А 3е,са

  + 


В 3е~іах.

 

(52.4)



(52.2)  тендеуіне 

цг  = еХх

  ф ункциясы н  қо йы п,  теңдеудің  жалпы 

ш еш уін I I  аймақ ү ш ін  мына түрде аламыз

296

у/2  = A 2eßx  + В 2е~^-



(52.5)

Тендеѵдщ 

е

 



түріндегі ш еш уі толқы нны ң 

х

  ө сін ің  оң бағытын- 



да таралуына,  ал 

еЧах  -


 толқы нны ң қарама-қарсы бағытта таралуына 

сэйкес келетінін көрсетеді.  М үнда біз  х   ө сін ің  оң бағытында қозғала- 

ты н бөлшек (49.1)1 өрнегіндегі ф ункциямен салыстырылатынын еске 

салайық.  Егер осы ф ункциядағы уақытш а көбейткіш ті алып тастасақ, 

онда 

у/

  ф ункциясы 



аеі(р' һ)х

  өрнегіне  тең  болады.  Абцисса  өсінде 

қарама-қарсы   бағытта  қозғалған  бөлшек үш ін , 

цг  = ае~1(р/һ)х

  ф унк­

циясы алынады.

I I I  

аймақта,  тек солдан  оңға  қарай  таралатын  тосқауы л  арқылы 



өткен толқы н болады.  Сонды қтан (52.4) өрнегіндегі 

В 3


  коэффициент! 

у/3


  үш ін  нөлге тең деп аламыз.  Басқа коэффициенттерді табу  үш ін  

у/ 


ф ункциясы н қанағаттандыратын шарттарды пайдаланамыз. Демек,  x  

шамасы  — oo  тен  +  oo — ке дейінгі барлық аймақта өзгергенде, 

у/

  ф унк­


циясы үзд іксіз болу ү ш ін  мынадай шарттар орындалу керек:

у/1


 (0 ) =  1//"2 (0)  жэне 

у /2


(L ) 

= у/3


 (L ).  Сол  сияқты  

у/

  тегіс болуы 



ү ш ін ,  я ғн ң   ү з іл іс і  ж о қ   ;болу  үш щ ,  мына  шарт  орындалуы  тиіс: 

l/z^O) =  у / / (0)  жэне 



\}/2

  (L )


 =  

y/j  (L).

  Осы  шарттардан,  мынадай 

қатынастар келіп шығады

Aj  +  ß]  =  

A-,


  + 

В

2,



А 2еЯ  + B2e_ßL  = A 3eiaL, 

ia A x  — іа В '  =  ßA2  — ßB2,

 

(52 7)


ß A 2e ßL  —  ß B 2e - ßL  = ic ( A 3e iaL.

Барлық тендеулерді 

A x  —

 ге бѳліп жэне белгілеулер енгіземіз



Қ   = Вх

 



а 2  = А 2/ А { ,Ь2  = В2/ А 1 ,а 3  = А 3/ А 1.

С олсияқты

п =  ß / a   = ^ ( a - W ) / W .

 

(52.8)



Онда (52.7) тендеуі мына түрге келеді

\Л-ЬХ


  = 

а~,  + Ь 7,

Мүнда

ß  =


(52.6)


1  Кейбір  одебиеттерде  ^   =  

а е ^ 1 


'

түрленді рі лген тендеуі қолданьшады.

297


ß L   .  j 

- ß L  

ia L

a2e 


+ b 2e

 

=  



a 3e 

,

i -  ibl  = na2  -  nb



2 ,

 

(52.9)



ß L

 

t



 

 



ß L

 

• 



iaL

na2e 


— nb2e 

= іа ъе


 

Ш а ғы л ға н   ж әне  т ү с к е н   т о л қ ы н н ы ң   а м п л и туд а л а р ы н ы ң  



модульдерінің квадраггарының қатынасы, бөлшектің потенциялы қ  то- 

сқауылдан серпілу ы қтим алды ғы н анықтайды және оны серпілу (ша- 

ғылу) коэффициенті деп атайды

R = \B x \2/ \ A x [ = \ b xf .

Өткен және түскен толқы нны ң амплитудаларының модульдерінің 

квадраттарының қатынасы бөлш ектің тосқауыл арқылы өту ы қтим ал- 

ды ғы н  анықтайды  жэне  оны  өту  коэффициент^  (немесе  мөлдірлік 

коэффициент!) деп атауға болады

D  =  

= К Г .  



(52.10)

И і|


Бізге тек бөлшектің тосқауыл арқылы өтуін табу керек, сондықтан 

D

  шамасын  табумен  шектелеміз. 



D

 -н і  тапсақ 

R

  -д і  де  табу  қи ы н  



емес,  өйткені олар бір-бірім ен мынадай қатынаста 

R + D  =


1•  (52.9) 

тендеулерінің бірінш ісін 

і

 -ге көбейтіп, үш інш і тендеуге қосамыз. Соньщ 



нәтижесінде, мынаны аламыз

2 і(п   +  i)a-,

  — (п  — г 

(52.11)



Енді (52.9) тендеуілерінің е кін ш ісін  

і

 -ге көбейтіп, одан тө ртінш іні 



алып тастаймыз.  Сонда мынадай болады

(n

 — 



i)e ßLa 2  - ( n  + i)e~ßLb2  =

 0  • 


(52.12)

(52.11) жэне (52.12) теңдеулерін б ір іктір іп , шешкенде мынадай болады

_  

2 і(п + і)е 



 ßL 


"

(п + іУ  e~ßL  -  ( п ~ іУ  eßL

_  

2 i( n ~ i) e ßL



(n + i ) 2e~ßL  ~ { n - i ) 2eßL

298


Одан әрі (52.9) тендеулерінің е кінш ісіне   а 7және  Қ   -н ің  мәндерін 

қо й ы п , 

аъ

 -т і табамыз



= ____  

-iaL


(п + іУ  е—

А

  — 



(п — іҮ  e

ßし

^ 2 m (U 0  - W )



М үндағы  

ßL -


-----------------------

L

  бірден аса үлкен болғандықтан,



һ

бөлш ектің бөліміндегі 

e~ßL

  шамасын елеусіз қалдырамыз 



(n

 + 


і

 және 


п -  і

  комплекс сандарының модульдері бірдей).  Сонда



_4піе 



, aL  - ßL 

а 3 ~ ~   ( п - і ) 2  е

 

'



(52.10) 

теңцеуіндегі модульдің квадраты бөлш ектің потенциялы қ 

тосқауыл  арқылы  өту  ы қтим алды ғы ны ң  шамасын  береді.  Біз  мүнда

\п

 - г |   = 



ліп2

  +1  екенін ескерсек

мүндағы

—  


-2ßL

丨 (


+1) 


Un

  - W  


U

1



W  

Ж

(52.8)  өрнегін қараңыз).



16/22 

/(n 2


  + 1)2  өрнегінің шамасы бірге ж ақы н.  Сондықтан

D   ~ e_2ßL  -

 exp

- ß m (U 0 - W ) L



( 5 2 . 1 3 )

Алынған өрнектен, бөлш ектің потенциялық тосқауьш арқылы өту 

ықтималдығы тосқауылдың 

 енінен және 



U 0  -  W

  айырымынан күш ті

тәуелдікте болатындыгы келіп шығады.  Егер тосқауылдың белгілі бір 

еніне  байланысты  өту  коэф ф ициенті 

£ )



айталық,  0,01  болса,  онда



299

енін е кі есе өсіргенде 

d

  -н ің  шамасы  0 ,0 1 2  =  0,0001  болып шығады, 



я ғн и  ол  100  есе азаяды.  Осындай қүбьш ысты,  біз 

U 0  -  W

  айырымы 4 

есе  өскен  жағдайда  да  көрер  едік.  Ѳту  коэф ф ициент!  бөлш ектің 

т  

массасы ѳскен жағдайда, күр т азаяды.  Т и іс ті есептеулерге қарағанда, 



потенциялы қ тосқауылдың кез  келген түр і  (52.2-  сурет)  үш ін   (52.13) 

ѳрнегі жалпы түрде ѳзгертіліп былай жазылады

D   ~

  ехр 


-  —

 

-  



W ) d x

 



52.14)


a  

м үндағы  



U

  =  


U (x ).

П отенциялық тосқауылдан ѳткен бөлшек тосқауыдцағы “ туннелъ” 

арқьш ы ѳткен секілді болады (52.2-суреттің штрихталған бѳлігі), сон­

дыктан қарастырылып отырған қүбылысты туннельдік қүбылысдеп атай­

ды.

Классикалы қ көзқарас тұрғы сы нан қарағанда, туннельдік қүб ы - 



лыс сандырақ секідді болып көрінеді,  себебі  “ туннельдегі”  бөлш ектің 

теріс кин е тика лы қ энергиясы болуы керек (туннельде 

W  < U  ■

 Алай­


да,  туннельдік  қүбы лы с,  классикалы қ  ф изикаға  еш  теңцестігі  ж о қ, 

ерекше  квантты қ  қүбы лы с.  К ван тты қ механикада толы қ энергияны 

кинетикалы қ және потенциялық деп бөлудің мағьінасы ж о қ, себебі ол 

анықталмағандық қатынасына қайш ы келеді. Ш ындығывда, бөлшеюің 

белгілі  бір 

Т

  кинетикалы қ  энергиясы  бар  деу  фактысы,  бөлш ектің 



белгілі бір 

р

  импульсі бар деумен пара-пар.  Соған үқсас,  бөлш ектің 



энергиясы бар деу фактысы,  бѳлшек ке ң іс тіктің  дәл берілген орнында 

түр  деумен  пара-пар.  Бөлш ектің  координатасы  мен  им пульсінің  бір 

мезгілде белгілі мәндері болмайтындықтан, бір мезгілде  (бір уақытта) 

Т

  және 



JJ

  -да дәл  анықталмайды.  Сонымен 

W

  толы қ  энергияньщ  



белгілі м әні болғанмен оны 

Т

  және 



JJ

  -д ің нақтылы мәндерінің қосы н- 

дысы  түрінде  көрсету  қи ы н .  Осы  жағдайда  туннельдің  “ іш інде” 

т  


энергиясыньщ теріс болуы туралы қорытынды еш дәлсіз болып шығады.

52.2

300




Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   13   14   15   16   17   18   19   20   ...   29




©emirsaba.org 2024
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет