niedziela, 21 grudnia 2025

Wyprowadzenie 1-ego postulatu Bohra dla atomu wodoru

 Wyprowadzenie 1-ego postulatu Bohra dla atomu wodoru

Ponieważ nigdzie nie spotkałem wyprowadzenia postulatu Bohra a tylko jego ostateczną postać i jak się oficjalnie mówi, przyjęty ad hoc, postanowiłem wyprowadzić sobie końcową zależność by się samemu przekonać o jego słuszności bądź nie.

I mnie nie ten model Bohra, ze swymi postulatami przekonał, gdy korzystając z 2 postulatu,

Ef = hν =E2 –E1

wyprowadziłem sobie 1-szy postulat Bohra.

L = nh/2π = nh


Siła odśrodkowa:

F = m *v^2/r

i jest równa sile oddziaływania elektrostatycznego, więc:

m*v^2/r = e^2/4πε0*r^2

Powyższą równość przekształcamy do postaci na Ekin

Energia kinetyczna układu elektron - proton będzie:

Ek = m*v^2/2 = e^2/8πε0 *r

Energia potencjalna układu elektron - proton jest dana równaniem:

Ep = - e^2/4π*ε0 *r

Całkowita energia układu będzie E = Ek + Ep

E = Ek + Ep = e^2/8πε0 *r + [- e^2/4π*ε0 *r] = - e^2/8πε0*r = - Ek

E = - e^2/8πε0 *r = Rjon = -13, 6 [eV] =

E1 = -13,6 eV = = -21,8*10^(-19) [ J] = -2,18*10^(-18) [ J]

i z tego wyznaczamy promień orbity elektronu:

r1= e^2/8πε0 *Rjon = e^2/8πε0 *2,18*10^(-18)

r1 = [1,602*10^(-19)]^2 /25,12*8,85*10^(-12) * 2,18*10^(-18)

r1 = 2,566 * 10^(-38) / 484,64 * 10^(-30)

r1 = 5,295*10^(-11) [m]

Poziomy energetyczne w atomie wodoru

E1 = -13,6 eV = = -21,8*10^(-19) [ J]

E2 = E1/2^2 = -21,8*10^(-19)/2^2 = -5,45*10^(-19) [ J]

E3 = E1/3^2 = -21,8*10^(-19)/3^2 = -2,44*10^(-19) [ J]

E4 = E1/4^2 = -21,8*10^(-19)/4^2 = -1,36*10^(-19) [ J]

Momenty pędu na poszczególnych orbitach:

Mp1 = 1,05 *10^(-27) [erg*s] = h = h/2π

Mp2 = 2,10 *10^(-27) [erg*s] = 2h = 2h/2π

Mp3 = 3,16 *10^(-27) [erg*s] = 3h = 3h/2π

Mp4 = 4,21*10^(-27) [erg*s] = 4h = 4h/2π

Widzę, że są one wielokrotnościami stałej Plancka h.

Patrzę i oczom nie wierzę! Ten moment pędu jest równy stałej Plancka – słynnej STAŁEJ PLANCKA. Czy to może być przypadek, czy moja spekulacja? NIE! Ktoś powie: to o niczym nie świadczy. Może dla kogoś nie, ale dla mnie świadczy i to dużo. Otrzymałem promień atomu wodoru, który potwierdzają doświadczenia i dalej spotkałem stałą Plancka. Otrzymałem coś zdumiewającego. Wniosek z tego, że ta metoda, jest do przyjęcia.


A więc postulat Bohra:

m*vn*rn = n*h = n*h/2π

jest prawdziwy, można go wyprowadzić, co powyższym uczyniłem i o czym chciałem się osobiście przekonać. Jestem przekonany, że Bohr też go wyprowadził, a nie, jak się mówi, wprowadził ad hoc.

Reasumując: Model Bohra, ze swymi postulatami ostatecznie mnie przekonał.

Podsumowanie:

Energie En – z doświadczenia

En = E1/n^2

E1 = E1/1^2

E2 = E1/2^2

E3 = E1/3^2

E4 = E1/4^2

Promienie orbit – wyliczone z uwzględnieniem energii En

rn = n^2 * r1

r1 = 1^2 * r1 = 1r1

r2 = 2^2 * r1 = 4r1

r3 = 3^2 * r1 = 9r1

r4 = 4^2 * r1 = 16r1

Prędkości - wyliczone z uwzględnieniem energii En i promieni rn

vn = v1 / n

v1 = v1 / 1

v2 = v1 / 2

v3 = v1 / 3

v4 = v1 / 4

1-szy postulat Bohra – wyliczone z uwzględnieniem promieni rn i prędkości vn

m*vn*rn = n*h

m*v1*r1 = 1*h

m*v2*r2 = 2*h

m*v3*r3 = 3*h

m*v4*r4 = 4*h

Widzimy, jak ładna numerologia. Tak, Natura lubi ładnie układające się liczby. Tu jest cała tajemnica fizyki kwantów i jej zrozumienie.

Siła odśrodkowa:

F = m *v^2/r

i jest równa sile oddziaływania elektrostatycznego, więc:

m*v^2/r = e^2/4πε0*r^2

Powyższą równość przekształcamy do postaci na Ekin

Energia kinetyczna układu elektron - proton będzie:

Ek = m*v^2/2 = e^2/8πε0 *r

Energia potencjalna układu elektron - proton jest dana równaniem:

Ep = - e^2/4π*ε0 *r

Całkowita energia układu będzie E = Ek + Ep

E = Ek + Ep = e^2/8πε0 *r + [- e^2/4π*ε0 *r] = - e^2/8πε0*r = - Ek

E = - e^2/8πε0 *r = Rjon = -13, 6 [eV] =

E1 = -13,6 eV = = -21,8*10^(-19) [ J] = -2,18*10^(-18) [ J]

i z tego wyznaczamy promień orbity elektronu:

r1= e^2/8πε0 *Rjon = e^2/8πε0 *2,18*10^(-18)

r1 = [1,602*10^(-19)]^2 /25,12*8,85*10^(-12) * 2,18*10^(-18)

r1 = 2,566 * 10^(-38) / 484,64 * 10^(-30)

r1 = 5,295*10^(-11) [m]

e = 1,602*10^(-19) [C]

ε0 = 8,85*10^(-12) [F/m]

me = 9,11*10^(-31) [kg]

1 eV = 1,602*10^(-19) [J]

Pozostałe promienie orbit elektronu rn odpowiadające tym En poziomom energetycznym

r1 = e^2/8πε0 *Rjon = e^2/8πε0 *2,18*10^(-18) = 5,295*10^(-11) [m]

r2 = e^2/8πε0 * E2 = e^2/8πε0 *0,545*10^(-18) = 21,18*10^(-11) [m]

r3 = e^2/8πε0 * E3 = e^2/8πε0 *0,244*10^(-18) = 47,71*10^(-11) [m]

r4 = e^2/8πε0 * E4 = e^2/8πε0 *0,136*10^(-18) = 84,72*10^(-11) [m]

Ze wzoru na równość sił, odśrodkowej i przyciągania elektrostatycznego:

me *v^2/r = e^2/4πε0 *r^2

możemy wyznaczyć teraz prędkość obwodową elektronu:
  v = [e^2/4πε0 *m*r]^0,5 = e / [4πε0 *m*r]^0,5 =

v1 = e/[4πε0 *m*r1]^ 0,5 =

v1 = 1,602*10^(-19) /[12,56*8,85*10^(-12) * 9,11*10^(-31) * 5,295*10^(-11)]^0,5

v1 = 1,602*10^(-19) / [5361,88 * 10^(-54)]^0,5 = 1,602*10^(-19) / 73,22 * 10^(-27)

v1 = 160,2 10^(-21) / 73,22 * 10^(-27) = 2,18 * 10^6

v1 = 2,18*10^6 [m/s]


Poziomy energetyczne w atomie wodoru

E1 = -13,6 eV = = -21,8*10^(-19) [ J]

E2 = E1/2^2 = -21,8*10^(-19)/2^2 = -5,45*10^(-19) [ J]

E3 = E1/3^2 = -21,8*10^(-19)/3^2 = -2,44*10^(-19) [ J]

E4 = E1/4^2 = -21,8*10^(-19)/4^2 = -1,36*10^(-19) [ J]


En = E1 * 1/n^2


Pozostałe prędkości obwodowe elektronu vn odpowiadające tym poziomom energetycznym:

En = 0,5*m*v^2

me = 9,11*10^(-31) [kg]

v1 = 1,602*10^(-19) /[12,56*8,85*10^(-12) * 9,11*10^(-31) * 5,295*10^(-11)]^0,5

v1 = 2,18*10^6 [m/s]

v2 = 1,602*10^(-19) /[12,56*8,85*10^(-12) * 9,11*10^(-31) * 21,18*10^(-11)]^0,5

v2 = 1,093*10^6 [m/s]

v3 = 1,602*10^(-19) /[12,56*8,85*10^(-12) * 9,11*10^(-31) * 47,71*10^(-11)]^0,5

v3 = 0,728*10^6 [m/s]

v4 = 1,602*10^(-19) /[12,56*8,85*10^(-12) * 9,11*10^(-31) * 84,72*10^(-11)]^0,5

v4 = 0,546*10^6 [m/s]

Tutaj sprawdzająco wg drugiego wzoru:

v1 = [2E1/me]^0,5 = [2*21,8*10^(-19)/ 9,11*10^(-31)]^0,5 = 2,180*10^6 [m/s]

v2 = [2E2/me]^0,5 = [2*5,45*10^(-19)/ 9,11*10^(-31)]^0,5 = 1,093*10^6 [m/s]

v3 = [2E3/me]^0,5 = [2*2,44*10^(-19)/ 9,11*10^(-31)]^0,5 = 0,728*10^6 [m/s]

v4 = [2E3/me]^0,5 = [2*1,36*10^(-19)/ 9,11*10^(-31)]^0,5 = 0,546*10^6 [m/s]

Momenty pędu na poszczególnych orbitach:

v1 = [2E1/me]^0,5 = [2*21,8*10^(-19)/ 9,11*10^(-31)]^0,5 = 2,180*10^6 [m/s]

r1 = e^2/8πε0 *Rjon = e^2/8πε0 *2,18*10^(-18) = 5,295*10^(-11) [m]

Mp1 = me *v1 *r1 = 9,11*10^(-31) * 2,180*10^6 * 5,295*10^(-11)

Mp1 = 105,1 *10^(-32) [kg*m^2/s] = 1,05 *10^(-27) [g*cm^2/s]

Mp1 = 1,05 *10^(-27) [g*s*cm^2/s^2]

[g*s*cm^2/s^2] = [erg*s]

Mp1 = 1,05 *10^(-27) [erg*s] = h = h/2π

I patrzę i oczom nie wierzę, ten moment pędu jest równy stałej Plancka – słynnej STAŁEJ PLANCKA. Czy to może być przypadek, czy moja spekulacja? NIE! Ktoś powie: to o niczym nie świadczy. Może dla kogoś nie, ale dla mnie świadczy i to dużo. Otrzymałem promień, który potwierdzają doświadczenia i dalej po drodze spotkałem stałą Plancka. Otrzymałem coś zdumiewającego. Wniosek z tego, że ta metoda, jest do przyjęcia.

Licząc momenty pędu pozostałych orbit:

v2 = [2E2/me]^0,5 = [2*5,45*10^(-19)/ 9,11*10^(-31)]^0,5 = 1,093*10^6 [m/s]

r2 = e^2/8πε0 * E2 = e^2/8πε0 *0,545*10^(-18) = 21,18*10^(-11) [m]

Mp2 = me *v2 *r2 = 9,11*10^(-31)* 1,093*10^6 *21,18*10^(-11)

Mp2 = 210,0 * 10^(-32) [kg*m^2/s] = 2,10 *10^(-27) [g*cm^2/s]

Mp2 = 2,10 *10^(-27) [g*s*cm^2/s^2]

[g*s*cm^2/s^2] = [erg*s]

Mp2 = 2,10 *10^(-27) [erg*s] = 2h = 2h/2π

v3 = [2E3/me]^0,5 = [2*2,44*10^(-19)/ 9,11*10^(-31)]^0,5 = 0,728*10^6 [m/s]

r3 = e^2/8πε0 * E3 = e^2/8πε0 *0,244*10^(-18) = 47,71*10^(-11) [m]


Mp3 = me *v3 *r3 = 9,11*10^(-31)* 0,728*10^6 *47,71*10^(-11)

Mp3 = 316,0 * 10^(-32) [kg*m^2/s] = 3,16 *10^(-27) [g*cm^2/s]

Mp3 = 3,16 *10^(-27) [g*s*cm^2/s^2]

[g*s*cm^2/s^2] = [erg*s]

Mp3 = 3,16 *10^(-27) [erg*s] = 3h = 3h/2π

v4 = [2E3/me]^0,5 = [2*1,36*10^(-19)/ 9,11*10^(-31)]^0,5 = 0,546*10^6 [m/s]

r4 = e^2/8πε0 * E4 = e^2/8πε0 *0,136*10^(-18) = 84,72*10^(-11) [m]

Mp4 = me *v4 *r4 = 9,11*10^(-31)* 0,546*10^6 *84,72*10^(-11)

Mp4 = 421,0* 10^(-32) [kg*m^2/s] = 4,21*10^(-27) [g*cm^2/s]

Mp4 = 4,21*10^(-27) [g*s*cm^2/s^2]

Mp4 = 4,21*10^(-27) [erg*s] = 4h = 4h/2π

Widzę, że są one wielokrotnościami stałej Plancka h.

A więc postulat Bohra:

m*vn*rn = n*h = n*h/2π

jest prawdziwy, można go wyprowadzić, co powyższym uczyniłem i o czym chciałem się osobiście przekonać. Jestem przekonany, że Bohr też go wyprowadził, a nie, jak się mówi, wprowadził ad hoc.

Reasumując: Model Bohra, ze swymi postulatami ostatecznie mnie przekonał.

Siła odśrodkowa:

F = m *v^2/r

i jest równa sile oddziaływania elektrostatycznego, więc:


m*vn^2/rn = e^2/4πε*rn^2

m*vn^2 = e^2/4πε0*rn


rn * vn^2 = e^2/4πε0 * m

m * vn * rn = n * h


Promienie orbit elektronu v odpowiadające tym poziomom energetycznym

r1 = e^2/8πε*Rjon = e^2/8πε*2,18*10^(-18) = 5,295*10^(-11) [m]

r2 = e^2/8πε* E2 = e^2/8πε*0,545*10^(-18) = 21,18*10^(-11) [m]

r3 = e^2/8πε* E3 = e^2/8πε*0,244*10^(-18) = 47,71*10^(-11) [m]

r4 = e^2/8πε* E4 = e^2/8πε*0,136*10^(-18) = 84,72*10^(-11) [m]

Prędkości obwodowe elektronu v odpowiadające tym poziomom energetycznym

v1 = [2E1/me]^0,5 = [2*21,8*10^(-19)/ 9,11*10^(-31)]^0,5 = 2,180*10^6 [m/s]

v2 = [2E2/me]^0,5 = [2*5,45*10^(-19)/ 9,11*10^(-31)]^0,5 = 1,093*10^6 [m/s]

v3 = [2E3/me]^0,5 = [2*2,44*10^(-19)/ 9,11*10^(-31)]^0,5 = 0,728*10^6 [m/s]

v4 = [2E3/me]^0,5 = [2*1,36*10^(-19)/ 9,11*10^(-31)]^0,5 = 0,546*10^6 [m/s]

me = 9,11*10^(-31) [kg]

ε = 8,85*10^(-12) [F/m]

e = 1,602*10^(-19) [C]

K = e^2/4πε0 * m = [1,602*10^(-19) ]^2/12,56*8,85*10^(-12) * 9,11*10^(-31)

K= 2,566 * 10^(-38) / 111,156 * 10^(-12) * 9,11*10^(-31)

K= 2566,0 * 10^(-41) /1012,63* 10^(-43)

K= 2,53 * 10^2

r1 = e^2/8πε*Rjon = e^2/8πε*2,18*10^(-18) = 5,295*10^(-11) [m]

v1 = [2E1/me]^0,5 = [2*21,8*10^(-19)/ 9,11*10^(-31)]^0,5 = 2,180*10^6 [m/s]

K1 = r1*v1 = 5,295*10^(-11) * [2,180*10^6]^2

K1= 5,295*10^(-11) * 4,752*10^12

K1= 25,16*10^(1)

K1= 2,53 * 10^2 OK

r2 = e^2/8πε* E2 = e^2/8πε*0,545*10^(-18) = 21,18*10^(-11) [m]

v2 = [2E2/me]^0,5 = [2*5,45*10^(-19)/ 9,11*10^(-31)]^0,5 = 1,093*10^6 [m/s]

K2 = r2*v2 = 21,18*10^(-11) * [1,093*10^6]^2

K2= 21,18*10^(-11) *1,194*10^12

K2 = 25,30*10^1

K2 = 2,53*10^2 OK

r3 = e^2/8πε* E3 = e^2/8πε*0,244*10^(-18) = 47,71*10^(-11) [m]

v3 = [2E3/me]^0,5 = [2*2,44*10^(-19)/ 9,11*10^(-31)]^0,5 = 0,728*10^6 [m/s]

K3 = r3*v3 = 47,71*10^(-11) * [0,728*10^6]^2

K3 = 47,71*10^(-11) * 0,529 * 10^12

K3 = 25,28*10^1

K3 = 2,528*10^2 OK

r4 = e^2/8πε* E4 = e^2/8πε*0,136*10^(-18) = 84,72*10^(-11) [m]

v4 = [2E3/me]^0,5 = [2*1,36*10^(-19)/ 9,11*10^(-31)]^0,5 = 0,546*10^6 [m/s]

K4 = r4*v4 = 84,72*10^(-11) * [0,546*10^6]^2

K4 = 84,72*10^(-11) * 0,298 *10^12

K4 = 25,26*10^1

K4 = 2,526*10^2 OK

me = 9,11*10^(-31) [kg]

ε = 8,85*10^(-12) [F/m]

e = 1,602*10^(-19) [C]

m * vn * rn = n * h

rn * vn^2 = e^2/4πε0 * m

m * v1 * r1 = 1 * h

v1 * r1 = 1 * h / m

vn * rn = n * h / m

vn * rn / n = h / m

vn * rn / n = v1 * r1

vn * rn = n * v1 * r1

vn / v1= n * r1 / rn

n * r1 / rn = vn / v1

rn * vn^2 = e^2/4πε0 * m

r1 * v1^2 = e^2/4πε0 * m

rn * vn^2 = e^2/4πε0 * m

r1 * v1^2 = rn * vn^2

r1 / rn = vn ^2 / vn ^2

Rozwiązując ten układ równań:

vn ^2 / v1^2 = vn / nv1

vn ^2 * nv1 = vn * v1^2

nv1 * vn ^2 - v1^2 * vn = 0

Δ = b^2 – 4ac = v1^4

vn = [-b + √Δ] / 2a = [v1^2 + v1^2] / 2 *nv1

vn = 2v1^2 / 2 *nv1 = 2v1 / 2 *n = v1 / n

vn = v1 / n

Dla pozostałych orbit będą prędkości, co widać wg wyliczenia:

v2 = v1 / 2

v3 = v1 / 3

v4 = v1 / 4

Prędkości obwodowe elektronu vn odpowiadające tym poziomom energetycznym

v1 = [2E1/me]^0,5 = [2*21,8*10^(-19)/ 9,11*10^(-31)]^0,5 = 2,180*10^6 [m/s]

v2 = [2E2/me]^0,5 = [2*5,45*10^(-19)/ 9,11*10^(-31)]^0,5 = 1,093*10^6 [m/s]

v3 = [2E3/me]^0,5 = [2*2,44*10^(-19)/ 9,11*10^(-31)]^0,5 = 0,728*10^6 [m/s]

v4 = [2E3/me]^0,5 = [2*1,36*10^(-19)/ 9,11*10^(-31)]^0,5 = 0,546*10^6 [m/s]

Wstawiając

vn = v1 / n

do

n * r1 / rn = vn / v1

vn / v1 = 1 / n do

n * r1 / rn = 1 / n

n^2 * r1 / rn = 1

n^2 * r1 = rn

Ostatecznie

rn = n^2 * r1

r2 = 2^2 * r1 = 4r1

r3 = 3^2 * r1 = 9r1

r4 = 4^2 * r1 = 16r1

Promienie orbit elektronu v odpowiadające tym poziomom energetycznym.

Widzimy, że się zgadza.

r1 = e^2/8πε*Rjon = e^2/8πε*2,18*10^(-18) = 5,295*10^(-11) [m]

r2 = e^2/8πε* E2 = e^2/8πε*0,545*10^(-18) = 21,18*10^(-11) [m]

r3 = e^2/8πε* E3 = e^2/8πε*0,244*10^(-18) = 47,71*10^(-11) [m]

r4 = e^2/8πε* E4 = e^2/8πε*0,136*10^(-18) = 84,72*10^(-11) [m]

Postulaty Bohra dla atomu wodoru można zrozumieć, gdy się wyprowadzi wzory na promień orbity i prędkość elektronu na niej. Ja postanowiłem zadać sobie trochę trudu i wyprowadziłem sobie postulat Bohra. I w tych obliczonych promieniach orbit i prędkościach na nich od 1 do 4 zobaczyłem, co to znaczy wzrost momentu pędu z jednej orbity na drugą.

v/r = 2π/T

r1 = e^2/8πε0 *Rjon = e^2/8πε0 *2,18*10^(-18) = 5,295*10^(-11) [m]

r2 = e^2/8πε0 * E2 = e^2/8πε0 *0,545*10^(-18) = 21,18*10^(-11) [m]

r3 = e^2/8πε0 * E3 = e^2/8πε0 *0,244*10^(-18) = 47,71*10^(-11) [m]

r4 = e^2/8πε0 * E4 = e^2/8πε0 *0,136*10^(-18) = 84,72*10^(-11) [m]

v1 = [2E1/me]^0,5 = [2*21,8*10^(-19)/ 9,11*10^(-31)]^0,5 = 2,180*10^6 [m/s]

v2 = [2E2/me]^0,5 = [2*5,45*10^(-19)/ 9,11*10^(-31)]^0,5 = 1,093*10^6 [m/s]

v3 = [2E3/me]^0,5 = [2*2,44*10^(-19)/ 9,11*10^(-31)]^0,5 = 0,728*10^6 [m/s]

v4 = [2E3/me]^0,5 = [2*1,36*10^(-19)/ 9,11*10^(-31)]^0,5 = 0,546*10^6 [m/s]

1 = v1/r1 = 21,80*10^5/5,295*10^(-11)

1 = 4.12 * 10^16 [1/s]

2 = v2/r2 = 10,93*10^5/21,18*10^(-11)

2 = 0,516*10^16 [1/s]

3 = v3/r3 = 7,28*10^5 /47,71*10^(-11)

3 = 0,152*10^16 [1/s]

4 = v4/r4 = 5,46*10^5 /84,72*10^(-11)

4 = 0,064*10^16 [1/s]

Widzimy, że częstotliwość kątowa n coraz mniejsza z orbity na orbitę.

Podsumowanie:

http://www.chemia.dami.pl/liceum/liceum4/grafika1/seria4.gif

http://www.mat-fiz.p.lodz.pl/fizyka/kurs/bor/images/bohr2.png

Energie En – z doświadczenia

En = E1/n^2

E1 = E1/1^2

E2 = E1/2^2

E3 = E1/3^2

E4 = E1/4^2

Promienie orbit – wyliczone z uwzględnieniem energii En

rn = n^2 * r1

r1 = 1^2 * r1 = 1r1

r2 = 2^2 * r1 = 4r1

r3 = 3^2 * r1 = 9r1

r4 = 4^2 * r1 = 16r1

Prędkości - wyliczone z uwzględnieniem energii En i promieni rn

vn = v1 / n

v1 = v1 / 1

v2 = v1 / 2

v3 = v1 / 3

v4 = v1 / 4

2-gi postulat Bohra – wyliczone z uwzględnieniem promieni rn i prędkości vn

m*vn*rn = n*h

m*v1*r1 = 1*h

m*v2*r2 = 2*h

m*v3*r3 = 3*h

m*v4*r4 = 4*h

Widzimy, jak ładna numerologia. Tak, Natura lubi ładnie układające się liczby. Tu jest cała tajemnica fizyki kwantów i jej zrozumienie.


Literatura:

http://www.ffn.ub.es/luisnavarro/nuevo_maletin/Einstein_1905_heuristic.pdf

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hph.html#hph

HyperPhysics

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hframe.html

http://www.ifispan.waw.pl/studialogica/s-p-f/forum-files/Sady-PK.pdf

http://fleck.umcs.lublin.pl/teksty.sady.natura.pdf




Brak komentarzy:

Prześlij komentarz