FYS2140 Kvantefysikk, Oblig 10. Sindre Rannem Bilden,Gruppe 4

Like dokumenter
Løsningsforslag Eksamen 8. august 2007 TFY4250 Atom- og molekylfysikk

EKSAMEN Løsningsforslag

Flere utfordringer til kapittel 1

Oppgave 1 (25 %) 100 e = = R = ln R = 0.025, dvs. spotrenten for 1 år er 2,5 % e e. 100 e = 94.74

Mer øving til kapittel 1

med en mengde korrelasjoner mellom delmengdene. Det er her viktig a fa med

BOKMÅL EKSAMEN I FAG SIF4065 ATOM- OG MOLEKYLFYSIKK Fakultet for fysikk, matematikk og informatikk Fredag 1. desember 2000 Tid:

Tillatt utvendig overtrykk/innvendig undertrykk

Løsningsforslag til eksamen i MAT 1100, 8/12-04 Del 1

Oppgaver fra boka: Oppgave 12.1 (utg. 9) Y n 1 x 1n x 2n. og y =

Emnenavn: Eksamenstid: Faglærer: Christian F Heide

HJEMMEEKSAMEN FYS2160 HØSTEN Kortfattet løsning. Oppgave 1

Grafer og trær. MAT1030 Diskret matematikk. Eksempel. Eksempel. Forelesning 28: Grafer og trær, eksempler

Mer øving til kapittel 1

Løsningsforslag til eksamen

Oppgave 1 (25 %) 100 e = = R = ln R = 0.020, dvs. spotrenten for 1 år er 2,0 % 100 e = e e

Løsningsforslag for FYS2140 Kvantefysikk, Mandag 3. juni 2019

FORELESNINGSNOTATER I INFORMASJONSØKONOMI Geir B. Asheim, våren 2001 (oppdatert ). 3. UGUNSTIG UTVALG

16 Integrasjon og differensiallikninger

FYS2140 Kvantefysikk, Oblig 7. Sindre Rannem Bilden, Gruppe 4

Optimal pengepolitikk hva er det?

110 e = = R = ln R = 0.03, dvs. spotrenten for 1 år er 3 % = R = dvs. spotrenten for 2 år er 3.

Besøk fra Nannestad vgs. Absorpsjon av gamma. Jon Petter Omtvedt 8. November 2018

FYS2140 Kvantefysikk, Oblig 11. Sindre Rannem Bilden og Gruppe 4

Dans i Midsund. Danseprosjektet i. Midsund kommune. Våren Dans i skolene Dans i klubbene Dans i fritida Dans i hverdagen

UNIVERSITETET I OSLO

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TEP 4115 TERMODYNAMIKK 1 Mandag 30. mai 2005 Tid: kl. 09:00-13:00

Faglig kontakt under eksamen: Ingjald Øverbø, tlf , eller

Universitetet i Oslo Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

ISE matavfallskverner

Langnes barnehage 2a rsavdelinga. Ma nedsbrev & plan for april 2016.

Oppgave 1 (15%) KANDIDAT NR.:

Søknad om Grønt Flagg på Østbyen skole

Mundell-Fleming modellen ved perfekt kapitalmobilitet 1

16 x = 2 er globalt minimumspunkt og x = 4 er lokalt maksimumspunkt.

EKSAMENSOPPGAVE. Tillatte hjelpemidler: K. Rottmann: Matematisk Formelsamling Lommekalkulator med tomt minne

FYS2140 Kvantefysikk, Obligatorisk oppgave 10. Nicolai Kristen Solheim, Gruppe 2

EKSAMEN løsningsforslag

TDT4195 Bildeteknikk

Eksamen i fag FY1004 Innføring i kvantemekanikk Tirsdag 22. mai 2007 Tid:

SOS3003 Anvendt statistisk dataanalyse i samfunnsvitenskap Forelesingsnotat, vår Erling Berge Institutt for sosiologi og statsvitenskap NTNU

KRAVFIL TIL KREDITORFORENINGEN [Spesialrapport]

KRAVFIL TIL KREDINOR [Spesialrapport]

Generelt format på fil ved innsending av eksamensresultater og emner til Eksamensdatabasen

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TEP 4120 TERMODYNAMIKK 1 Tirsdag 19. desember 2006 Tid: kl. 09:00-13:00

EKSAMEN Ny og utsatt Løsningsforslag

Løsningsforslag for FYS2140 Kvantemekanikk, Tirsdag 29. mai 2018

S S. Eksamen i SIF4022 Fysikk 2 7. desember 1999 LØYSINGAR. Oppgave 1. t Kraft opp: y x. Newtons 2. lov. gir. som er bølgjelikninga, av form

TILBAKEBLIKK JORDBÆR SEPTEMBER ICDP: Tema 2: Juster deg til barnet og følg dets initiativ.

KONTINUASJONSEKSAMEN I EMNE TDT4195 BILDETEKNIKK MANDAG 6. AUGUST 2007 KL LØSNINGSFORSLAG - GRAFIKK

EKSAMEN Løsningsforslag

Fag SIO 1043 Strømningslære2: Om Vannturbiner og pumper

EKSAMEN I FY2045 KVANTEFYSIKK Onsdag 30. mai 2007 kl

EKSAMEN I SIF4048 KJEMISK FYSIKK OG KVANTEMEKANIKK Tirsdag 13. august 2002 kl

Traversering av grafer

UTPLUKK/UTSKRIFT AV SELVAVLESNINGSKORT

EKSAMEN I TFY4250 ATOM- OG MOLEKYLFYSIKK Lørdag 8. august 2009 kl

Christiania Spigerverk AS, Postboks 4397 Nydalen, 0402 Oslo BYGNINGSBESLAG

En partikkel med masse m befinner seg i et éndimensjonalt, asymmetrisk brønnpotensial

Dans Dans Dans. Danseprosjektet i. Midsund kommune. Våren Dans i skolene Dans i klubbene Dans i fritida Dans i hverdagen

ARSPLAN. Stavsberg barnehage

FY1006/TFY4215 Innføring i kvantefysikk 26. mai 2016 Side 1 av 3

Løsningsforslag Eksamen 19. august 2005 TFY4250 Atom- og molekylfysikk

NORSK TEKST Side 1 av 4. Faglig kontakt under eksamen: Ingjald Øverbø, tlf , eller

(θ,φ) er de sfæriske harmoniske. Disse løsningene har energiene 1. = nm, (4) x = rsinθcosφ, (6) y = rsinθsinφ, (7) z = rcosθ, (8) 1 r 2 sinθ

EKSAMEN I TFY4250 ATOM- OG MOLEKYLFYSIKK Fredag 19. august 2005 kl

NORSK TEKST Side 1 av 4. Faglig kontakt under eksamen: Ingjald Øverbø, tlf , eller

Løsningsforslag Konte-eksamen 2. august 2003 SIF4048 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

EKSAMEN I TFY4215 KJEMISK FYSIKK OG KVANTEMEKANIKK Mandag 23. mai 2005 kl

Faktor. Eksamen våren 2005 SØK 1003: Innføring i makroøkonomisk analyse Besvarelse nr 1: -en eksamensavis utgitt av Pareto

EKSAMEN I TFY4250 ATOM- OG MOLEKYLFYSIKK FY2045 KVANTEFYSIKK Tirsdag 1. desember 2009 kl

A.5 Stasjonære og ikke-stasjonære tilstander

Grunntall 10 Kapittel 2 Algebra Fordypning

Løsningsforslag Eksamen 12. august 2004 TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

Den som har øre, han høre..

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2014

Løsningsforslag Konte-eksamen 13. august 2002 SIF4048 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

Faglig kontakt under eksamen: Ingjald Øverbø, tlf , eller

Oppgave 1. NORSK TEKST Side 1 av 4. NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Institutt for fysikk

Brukerhåndbok. Elektronisk målesystem. KPR 2000 Versjon 01/2011

KONTINUASJONSEKSAMEN I EMNE TDT4195/SIF8043 BILDETEKNIKK MANDAG 2. AUGUST 2004 KL LØSNINGSFORSLAG - GRAFIKK

EKSAMEN I TFY4215 KJEMISK FYSIKK OG KVANTEMEKANIKK Torsdag 12. august 2004 kl

Løsningsforslag Eksamen 28. mai 2003 SIF4048 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk

Produktspesifikasjon J100 Kartdata, versjon desember Produktspesifikasjon: J100 Kartdata

VG2 Naturbruk Hest Stalldrift

EKSAMENSOPPGAVE. KalKUlator som ikke kan kommunisere med andre. Tabeller O.R; formelsa~~er -

Figur 1: Skisse av Franck-Hertz eksperimentet. Hentet fra Wikimedia Commons.

3.1 RIGG OG DRIFT AV BYGGEPLASS

Løsning til seminar 5

si1, }ll :i tl .nn -{i q il th; !9ft $.\ l l.i t- -l s i l l)l\ _1 L _!.1 '{'- l s -,,

A.3.e: Ortogonale egenfunksjonssett

Felt P, Budor Nord. byggeklare tomter i vakre omgivelser

Konkurransen starter i august og avsluttes i månedsskiftet mai/juni hvert år.

Klart vi skal debattere om skum!!

Notater. Anne Sofie Abrahamsen. Analyse av revisjon Feilkoder og endringer i utenrikshandelsstatistikken. 2005/10 Notater 2005

EKSAMENSOPPGAVE. Eksamen i: Fys-2000 Kvantemekanikk Dato: 5. juni 2013 Tid: Kl Sted: Åsgårdveien 9. og fysikk, lommekalkulator

Løsningsforslag Eksamen 27. mai 2005 FY2045 Kvantefysikk

Sikkerhetsdatablad i.h.t. (EF) nr. 1907/2006

Vi feirer med 20-års jubileumspakker på flere av våre mest populære modeller

Vårt mål er å lage verdens beste iskrem og sorbet!

Transkript:

FYS2140 Kvantfysikk, Oblig 10 Sindr Rannm Bildn,Grupp 4 23. april 2015

Obligr i FYS2140 mrks md navn og gruppnummr! Dtt r nok n oblig som drir sg om hydrognatomt og r n dl av n tidligr ksamnsoppgav. Oppgav 1 I dnn oppgavn sr vi bort fra lktronts gnspinn. H-atomt kan da bskrivs vd tilstandsfunksjonn ψ nlml ( r) som har følgnd gnskapr: Ĥ 0 ψ nlml ( r) = E n ψ nlml ( r), (1) ˆL 2 ψ nlml ( r) = h 2 l(l + 1)ψ nlml ( r), (2) ˆL z ψ nlml ( r) = h ψ nlml ( r), (3) ψ nl ( r)ψ n l m l ( r) d3 r = δ n,n δ l,l δ ml,m l, (4) hvor { 1 for k = k δ k,k = 0 llrs. a) Hva kallr vi diss (to) typn ligningr? Likningn (1),(2) og (3) r gnvrdilikningr. Likning (4) r t ortonormalittsintgral. Opratorn Ĥ0 r tidsuavhngig. Kvanttallt n kan anta vrdin 1, 2,.... For n gitt vrdi av n kan l anta vrdin 0, 1,..., n 1, og kan for n gitt vrdi av l anta vrdin l, l + 1,..., l 1, l. I dnn oppgavn trngs ingn andr opplysningr nn d som r gitt ovnfor. Dt r ikk nødvndig å kjnn d ksplisitt uttrykkn for opratorn Ĥ0, ˆL 2 og ˆL z. Dt skal ikk tas hnsyn til lktronts gnspinn. b) Hvilk fysisk størrlsr r rprsntrt vd opratorn Ĥ0, ˆL 2 og ˆL z? Ĥ 0 rprsntrr nrgin. ˆL 2 rprsntrr dn kvadrrt størrlsn av angulærmomntt. ˆL z rprsntrr z-komponntn til angulærmomntt. c) Hvilk fysisk størrlsr har skarp vrdir i tilstandn ψ nlml ( r)? Da d tr opratorn ovr har kommutrr har diss skarp vrdir E,L 2 og L z. I dtt systmt har vi også L x og L y som ikk r skarpt bstmt, da opratorn for diss ikk kommutrr md ˆL z.

Vd tidn t = 0 r H-atomts tilstand bskrvt vd tilstandsfunksjonn ψ nlml ( r). Tidsutviklingn av tilstandsfunksjonn r bstmt av dn tidsavhngig Schrödingrligningn Ĥ 0 Ψ( r, t) = i h Ψ( r, t). (5) t d) Bstm tilstandsfunksjonn som bskrivr H-atomts tilstand vd tidn t. Har at Ψ( r, t) kan skrivs som n sum Ψ( r, t) = k c kψ k ( r) i h Ekt hvor c k = ψk ( r)ψ( r)d r. Sr hr at for n c n l m får vi t ortonormalittsintgral dnrt i (4). Dtt gir at Ψ( r, t) r på l formn: Ψ( r, t) = ψ nlml i h Ent La H-atomts tilstand vd tidn t = 0 nå vær gitt vd tilstandsfunksjonn Φ( r) = ) Vis at Φ( r) r normrt. 1 ψ nlml ( r). (6) Φ ( r)φ( r)d 3 r = 1 2π π 0 0 0 ψ nl ( r) l m l = l ψ n l m l ( r)drdθdφ Fra (4) får vi at mang av diss blir 0 og sittr igjn md: = 1 2π π ψnlm l ( r)ψ nlml ( r) 0 0 0 Igjn fra (4) fås at summn blir lik. = 1 () = 1 f) Vis at tilstandsfunksjonn vd tidn t r ( Ψ( r, t) = Φ( r) xp ī ) h E nt. (7) Som i d) har vi Ψ( r, t) = k c kψ k ( r) i h E kt hvor c n l m l 2 = ψ n l m l Φ dtt gir c nlml = 1 for hvr 2l+1. Samlt blir dtt Ψ( r, t) = l 1 2l+1 ψ nlml ( r) i h E kt Sr at summringslddt gir Φ( r) og vi får uttrykkt i (7).

g) Bstm forvntningsvrdin for opratorn Ĥ0, ˆL 2 og ˆL z i tilstandn som r bskrvt vd tilstandsfunksjonn Ψ( r, t) i ligning (7). Sidn Φ( r) r n sammnstning av ψ nlml hvor = l, l + 1,.., l vil Ĥ 0 og ˆL 2 ikk påvirks av skiftt fra ψ til Φ. Mn ˆL z vil påvirks: Ĥ0 = Ψ Ĥ0Ψ = E n ˆL 2 = Ψ ˆL 2 Ψ = h 2 l(l + 1) ˆL z = Ψ ˆL z Ψ = h ˆL z = 0 Sidn = 0, ±1, ±2.. vil = 0 En størrls A r rprsntrt vd opratorn Â. Sprdningn σ A i tilstandn Ψ r dnrt slik: σ A = Â2 Â 2. (8) h) Finn sprdningn av størrlsn rprsntrt vd opratorn Ĥ0, ˆL 2 og ˆL z i tilstandn som r bskrvt vd tilstandsfunksjonn Ψ( r, t) i ligning (7). σĥ0 = Ĥ2 0 Ĥ0 2 = En 2 En 2 = 0 σ ˆL2 = ˆL 2 2 ˆL 2 2 = h 4 l 2 (l + 1) 2 ( h 2 l(l + 1) ) 2 = 0 σ ˆLz = ˆL 2 z ˆL z 2 = h2 m 2 l 0 = h l m 2 l Summn r n ndlig rkk og nns i Rottmann n x=1 x2 = n(n+1)(2n+1) 6 Summn kan dls opp i to summr, én for positiv vrir av l og én for d ngativ. Da d ngativ vil kvadrrs r diss summn lik. h σ ˆLz = 2 = h 2 =1 l(l + 1)() 6() m 2 l + 0 = h l(l + 1)() 2 6 1 = h 3 l(l + 1) = h l(l + 1) 3

La H-atomts tilstand vd tidn t = 0 vær gitt vd tilstandsfunksjonn Φ( r) i ligning (6) og la oss tnk oss at vi fortar n idéll måling av L z. i) Hvor stor r sannsynlightn for å obsrvr dn bstmt vrdin h for L z vd tidn t = 0? I Φ( r) r all c ml = 1 2l+1 sannsynlightn r c ml 2 = 1 2l+1 j) Vil dnn sannsynlightn vær avhngig av vd hvilkn tid t > 0 målingn utførs? Ni, da Ψ( r, t) = l c ψ nlml ( r) ī h Ent gjldr for all t. Vi lar nå H-atomt bnn sg i t homognt magntflt B og vlgr z-aksn langs magntfltt. Hamilton opratorn for systmt r da Ĥ = Ĥ0 + 2m B ˆL z, (9) dr r lktronts ladning og m r lktronts mass. k) Bstm H-atomts nrgi i tilstandn ψ nlml ( r). Ĥψ nlml ( r) = E tot ψ nlml ( r) [ E tot ψ nlml ( r) = Ĥ 0 + B 2m ˆL z = E n ψ nlml ( r) + E tot = E n + 2m B h ] ψ nlml ( r) 2m B hψ nlml ( r) l) Er tilstandn Φ( r) i ligning (6) n nrgi-gntilstand for Ĥ? Bgrunn svart. Ja, sidn Φ( r) r n linær kombinasjon av ψ nlml ( r) som r gntilstandr for Ĥ. m) Bstm forvntningsvrdin til Ĥ i tilstandn Φ( r). Ĥ = Φ ĤΦ = Φ (Ĥ0 + 2m B ˆL z )Φ = Φ Ĥ0Φ + Φ 2m B ˆL z Φ = ()E n = E n + B h 2m + B h 2m