Fysik

Kvantemekanik: normalisering af bølgefunktion

07. november 2010 af Phienix (Slettet) - Niveau: Universitet/Videregående

Hey derude.

Jeg står lidt med et problem, hvor jeg betragter en bølgefunktion for en partikel i en boks i to dimensioner. Min bølgefunktion er

ψ(x,y) = N * sin( [nxπx]/a ) * sin( [nyπy]/b )

Jeg bliver bedt om at normalisere bølgefunktionen i intervallerne 0 ≤ x ≤ a og i 0 ≤ y ≤ b.

Jeg ved fra samme problemstilling blot i én dimension kan løses ud fra

∫ |ψ(x)|2 dx = 1           for grænserne -∞ til ∞ og at dette giver
N2∫sin2( [nπx]/a ) dx = 1           for grænserne 0 til a, hvis ψ(x) = N * sin( [nπx]/a )

- - -

Så kommer mit problem så: når jeg skal beregne normaliseringen for i princippet samme funktion, blot i to dimensioner, skal der så gælde at

∫ |ψ(x,y)|2 dx = 1           for grænserne -∞ til ∞, som også er
N2 * ∫ X(x)2Y(y)2 dx dy = 1           hvis X(x) = sin( [nxπx]/a ) og Y(y) = sin( [nbπx]/b ), samt at ψ(x,y) = N * X(x) * Y(y)

?

Jeg bliver forvirret over integralet, når jeg skal udvide dette problem til to dimensioner....


Brugbart svar (1)

Svar #1
07. november 2010 af peter lind

Du skal så normer ved ∫ψ(x)2*ψ(y)2dxdy = ∫ψ(x)2dx*ψ(y)2dy=1


Brugbart svar (1)

Svar #2
07. november 2010 af Andersen11 (Slettet)

Du kan bruge formlerne med integralerne gående fra -∝ til ∝ , men bølgefunktionen er = 0 uden for boksen.


Svar #3
07. november 2010 af Phienix (Slettet)

#1 - så jeg skal løse i form af partiel integration? eller ψ(x) det samme som jeg angav som X(x)?


Brugbart svar (1)

Svar #4
07. november 2010 af peter lind

#3 Ja. Bølgefunktionen i kvantemekanik angives normalt med ψ(x). Når du brugte betegnelsen X(x) gik jeg bare ud fra at det var en tilnærmelse til det eller med andre ord du vidste ikke hvordan man fik skrevet ψ(x)


Svar #5
07. november 2010 af Phienix (Slettet)

Ved godt man benytter ψ(x), men jeg ville blot angive ψ(x,y) som et produkt af to funktioner, X(x) og Y(y), som du altså siger er det samme som ψ(x) og ψ(y). Kort sagt flueknepperi fra min side :).

Men så længe jeg blot nu ved, at jeg skal gøre følgende normalisering:

ψ(x,y) = N * sin( [nx*π*x]/a ) * sin( [ny*π*y]/b )
eller
ψ(x,y) = N * ψ(x) * ψ(y)

hvor
ψ(x) = sin( [nx*π*x]/a )
ψ(y) = sin( [ny*π*y]/b )

N2 * ( ∫0a (sin2( [nx*π*x]/a )) dx) * ( ∫0b (sin2( [ny*π*y]/b )) dy) = 1

N2 * [x/2 - ( a*sin( [nx*π*x]/a )*cos( [nx*π*x]/a ) )/( nx*2*π )]x=0x=a * [y/2 - ( b*sin( [ny*π*x]/b )*cos( [ny*π*x]/b ) )/( ny*2*π ) ]y=0y=b

N2 * ( a/2 - ( a*sin[nx*π]*cos[nx*π] )/2nxπ ) * ( b/2 - ( b*sin[ny*π]*cos[ny*π] )/2nyπ ) = 1

og isolere N... hm, der er et eller andet sted jeg kokser rundt i det her.


Brugbart svar (1)

Svar #6
07. november 2010 af peter lind

Du skal såmænd bare lægge mærke til at sin(nxπa/a) = sin(nxπ) = 0 idet nx er et helt tal. Tilsvarende gælder for y leddene. Dermed forsvinder en stor del af dine led.


Svar #7
07. november 2010 af Phienix (Slettet)

Ah. Det simplificerer en god del! Jeg havde helt glemt at kigge på den slags! Jeg takker mange gange Peter :).


Skriv et svar til: Kvantemekanik: normalisering af bølgefunktion

Du skal være logget ind, for at skrive et svar til dette spørgsmål. Klik her for at logge ind.
Har du ikke en bruger på Studieportalen.dk? Klik her for at oprette en bruger.