玻爾半徑
數(shù)值及定義
根據(jù)科學(xué)技術(shù)數(shù)據(jù)委員會(huì)(CODATA)2014年的數(shù)據(jù),玻爾半徑的值為5.2917721067(12)×10 米(即約53皮米或0.53埃格斯特朗)。括號(hào)內(nèi)數(shù)字(12)代表最后數(shù)位的不確定度。此值能用其他物理常數(shù)計(jì)算出:
a 0 = 4 π π --> ? ? --> 0 ? ? --> 2 m e e 2 = ? ? --> m e c α α --> {\displaystyle a_{0}={\frac {4\pi \epsilon _{0}\hbar ^{2}}{m_{e}e^{2}}}={\frac {\hbar }{m_{e}\,c\,\alpha }}}
其中:
物理意義
盡管玻爾模型并沒有正確地描述原子,玻爾半徑還是保有了它的物理意義,代表著電子云大小的完全量子力學(xué)描述。因此玻爾半徑常被用于原子物理學(xué)。(見原子單位)
要注意的是玻爾半徑并沒有包括約化質(zhì)量的效應(yīng),所以在其他包括了約化質(zhì)量的模型中,并不能準(zhǔn)確地等于氫原子電子的軌道半徑。這是為了方便而設(shè)的:上述方程定義的玻爾半徑適用于氫原子以外的其他原子,而它們的約化質(zhì)量修正值都不同。如果玻爾半徑包括了氫原子的約化質(zhì)量,就有需要加入一個(gè)復(fù)雜的修正值來使方程適用于其他原子。
電子的玻爾半徑是一組三個(gè)互相關(guān)聯(lián)的長度單位中的一個(gè),其他兩個(gè)是電子的康普頓波長 λ λ --> e {\displaystyle \lambda _{e}\ } 及經(jīng)典電子半徑 r e {\displaystyle r_{e}\ } 。玻爾半徑是由電子質(zhì)量 m e {\displaystyle m_{e}} ,約化普朗克常數(shù) ? ? --> {\displaystyle \hbar \ } 及電子電荷 e {\displaystyle e\ } 所得出的。這三個(gè)長度單位中的任一個(gè)都能用其余兩個(gè)及精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù) α α --> {\displaystyle \alpha \ } 表示。
包括了約化質(zhì)量效應(yīng)的玻爾半徑能由下列方程求出:
其中
在上述方程中,約化質(zhì)量所產(chǎn)生的效應(yīng)由增加的康普頓波長表示,即電子及質(zhì)子的康普頓波長之和。
參考資料
科學(xué)技術(shù)數(shù)據(jù)委員會(huì)網(wǎng)站上的玻爾半徑數(shù)據(jù)
物理學(xué)上的長度比例──玻爾半徑
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