
【化】 Sommerfeld elliptic orbit
ask; cable; demand; dull; large rope; rope; search
【醫】 band; cable; chord; chorda; chordae; chordo-; cord; funicle; funiculus
funis; leash
end; last stage; minor details; powder; tip
【醫】 tele-; telo-
humble; poor; unworthy
【化】 phenanthrene; phenanthrine
【醫】 phenanthrene
【計】 elliptic orbit
索末菲橢圓軌道(Sommerfeld elliptical orbit)是德國物理學家阿諾德·索末菲在1915年對玻爾原子模型的擴展理論。該模型通過引入橢圓軌道和相對論修正,嘗試更精确地解釋氫原子光譜的精細結構現象。
核心概念與物理意義
軌道形狀的擴展
索末菲将玻爾的圓形軌道推廣為橢圓軌道,主量子數(n)決定軌道能量,角量子數(k)(後稱軌道量子數)控制軌道偏心率。半長軸(a)與半短軸(b)滿足關系:
$$
frac{a}{b} = frac{n}{k}
$$
這為電子運動提供了更接近經典力學的幾何描述。
相對論修正
索末菲首次在量子理論中引入狹義相對論效應,發現電子速度接近光速時,質量變化會導緻軌道進動和能級分裂。這一修正成功解釋了氫原子光譜的精細結構(如巴爾默系的微小分裂)。
理論貢獻與局限
該模型通過兩個量子數((n)和(k))的引入,建立了量子化條件的普遍形式:
$$
oint p_i , dq_i = n_i h
$$
其中(p_i)為廣義動量,(q_i)為廣義坐标,(n_i)為量子數。這一公式成為舊量子論的重要基石。但理論仍無法解釋多電子原子光譜,且未涉及電子自旋,最終被波動力學取代。
權威參考文獻
索末菲橢圓軌道是德國物理學家阿諾德·索末菲(Arnold Sommerfeld)在玻爾氫原子模型基礎上提出的擴展理論,主要用于解釋原子中電子的運動規律和光譜現象。以下是詳細解釋:
橢圓軌道的引入
玻爾最初假設電子繞原子核做圓形軌道運動,但索末菲發現實際原子中電子可能沿橢圓軌道運動(類似行星繞恒星的軌道)。這一推廣引入了更多自由度,允許軌道形狀和角動量方向的變化。
量子化條件的擴展
索末菲将玻爾的量子化條件推廣為廣義量子化通則:
軌道的幾何參量
橢圓軌道由半長軸(a)和半短軸(b)描述,兩者均與量子數相關:
[
a = frac{4pivarepsilon_0 hbar n}{Z e m}, quad b = a cdot frac{l+1}{n}
]
其中(Z)為原子核電荷數,(e)為電子電荷,(m)為電子質量。
解釋光譜現象
量子化軌道的多樣性
相同主量子數(n)下,不同角量子數(l)對應不同橢圓形狀,豐富了軌道的可能性(如(n=3)時,(l=0,1,2)對應三種橢圓)。
索末菲橢圓軌道是前期量子論的重要成果,為量子力學的誕生奠定基礎。盡管後來被薛定谔方程等理論取代,但其思想仍影響現代原子物理和化學中的軌道概念。
如需進一步推導或實驗細節,可參考高權威性來源(如、7、9)。
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