玻尔半径

1913年尼尔斯·玻尔提出的概念

玻尔半径是 丹麦 物理学家 尼尔斯·玻尔 于1913年提出的 原子 构造的玻尔模型,其中 电子 环绕着 原子核 运转。 这个模型是以以下三个基本假设为基础的:定态假设、频率条件假设和 角动量 量子化假设。

模型中提及电子只会在特定的几个距离(视能量而定)环绕原子核运转。而最简单的原子——氢原子,只有一个电子轨道,该轨道也是电子可运行的最小轨道,其能量是最小的,从原子核向外找到此轨道的最可能距离就被称为玻尔半径(Bohr 半径 )。

正文

在玻尔理论中是氢原子处于 基态 时电子绕核运行所作的圆轨道的半径。是氢原子最靠近 原子核 的 电子 轨道的半径。是原子物理学中的一种长度单位。常用a表示。常用以衡量 原子 的大小。

数值及定义

根据科学技术数据委员会(CODATA)2014年的数据,玻尔半径的值为 米(即约53皮米或0.53埃格斯特朗)。 括号 内数字(12)代表最后数位的不确定度。此值能用其他物理 常数 计算出:

其中:

为真空 电容 率

为约化 普朗克常数

为电子质量

为 电子 电荷

为真空中 光速

为 精细结构常数

物理意义

尽管玻尔模型并没有正确地描述 原子 ,玻尔半径还是保有了它的物理意义,代表着 电子云 大小的完全 量子力学 描述。因此玻尔半径常被用于原子物理学。(见原子单位)

要注意的是玻尔半径并没有包括 约化质量 的效应,所以在其他包括了约化质量的模型中,并不能准确地等于氢原子电子的轨道半径。这是为了方便而设的:上述 方程 定义的玻尔半径适用于氢原子以外的其他原子,而它们的约化质量修正值都不同。如果玻尔半径包括了氢原子的约化质量,就有需要加入一个复杂的修正值来使方程适用于其他原子。

电子 的玻尔半径是一组三个互相关联的长度单位中的一个,其他两个是电子的 康普顿波长 及经典电子半径 。玻尔半径是由电子质量 ,约化 普朗克常数 及电子电荷 所得出的。这三个长度单位中的任一个都能用其余两个及 精细结构常数 表示。

包括了约化质量效应的玻尔半径能由下列方程求出:

其中

为 质子 的 康普顿波长

为 电子 的康普顿波长

为精细结构常数

在上述 方程 中, 约化质量 (Reduced 质量 )所产生的效应由增加的 康普顿波长 表示,即电子及质子的康普顿波长之和。

参考资料

  1. 通过研究微观粒子探索宇宙 搜狐 2024-03-07
  2. 玻尔的原子模型 集美大学基础物理虚拟仿真实验教学中心 2024-03-01
  3. 玻尔半径的概念和表达式 网考网 2024-03-07