玻爾半徑
外觀
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尼爾斯·玻爾於1913年提出了原子構造的玻爾模型,其中電子環繞着原子核運轉。模型中提及電子只會在特定的幾個距離(視能量而定)環繞原子核運轉。而最簡單的原子──氫原子──只有一個電子軌道,該軌道也是電子可運行的最小軌道,其能量是最小的,從原子核向外找到此軌道的最可能距離就被稱為玻爾半徑。
數值及定義
[編輯]根據科學技術數據委員會(CODATA)2014年的數據,玻爾半徑的值為5.2917721067(12)×10−11米(即約53皮米或0.53埃格斯特朗)。括號內的數字代表最後數位的不確定度。此值能用其他物理常數計算出:
其中:
物理意義
[編輯]儘管玻爾模型並沒有正確地描述原子,玻爾半徑還是保有了它的物理意義,代表着電子雲大小的完全量子力學描述。因此玻爾半徑常被用於原子物理學。(見原子單位)
要注意的是玻爾半徑並沒有包括約化質量的效應,所以在其他包括了約化質量的模型中,並不能準確地等於氫原子電子的軌道半徑。這是為了方便而設的:上述方程式定義的玻爾半徑適用於氫原子以外的其他原子,而它們的約化質量修正值都不同。如果玻爾半徑包括了氫原子的約化質量,就有需要加入一個複雜的修正值來使方程式適用於其他原子。
電子的玻爾半徑是一組三個互相關聯的長度單位中的一個,其他兩個是電子的康普頓波長及經典電子半徑。玻爾半徑是由電子質量,約化普朗克常數及電子電荷所得出的。這三個長度單位中的任一個都能用其餘兩個及精細結構常數表示。
包括了約化質量效應的玻爾半徑能由下列方程式求出:
其中
- 為質子的康普頓波長
- 為電子的康普頓波長
- 為精細結構常數
在上述方程式中,約化質量所產生的效應由增加的康普頓波長表示,即電子及質子的康普頓波長之和。