Что такое потенциальная яма

Потенциальная яма

Полезное

Смотреть что такое «Потенциальная яма» в других словарях:

ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЯМА — ограниченная область пространства, определяемая физ. природой вз ствия ч ц, в к рой потенц. энергия ч цы меньше, чем вне её. Термин «П. я.» происходит от вида графика, изображающего зависимость потенц. энергии U ч цы в силовом поле от её… … Физическая энциклопедия

Потенциальная яма — участок от X1 до X2 Потенциальная яма – область пространства, где присутствует локальный минимум потенциальной энергии … Википедия

ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЯМА — ограниченная область пространства, в которой потенциальная энергия частицы меньше, чем вне ее; термин связан с видом графика зависимости потенциальной энергии от координат. В потенциальной яме частица с энергией, меньшей глубины ямы, находится в… … Большой Энциклопедический словарь

потенциальная яма — Минимум потенциальной энергии, который образуется в полупроводниковом материале прибора с переносом заряда под воздействием напряжения, приложенного к затвору переноса, и который собирает любые существующие подвижные заряды. [ГОСТ 25532 89]… … Справочник технического переводчика

ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЯМА — ограниченная область пространства, окружённая (см.) и определяющая состояния материальных систем, в которых она обладает резко пониженными значениями потенциальной энергии. Термин связан с видом графической зависимости потенциальной энергии… … Большая политехническая энциклопедия

потенциальная яма — ограниченная область пространства, в которой потенциальная энергия частицы меньше, чем вне её; термин связан с видом графика зависимости потенциальной энергии от координат. В потенциальной яме частица с энергией, меньшей глубины ямы, находится в… … Энциклопедический словарь

потенциальная яма — potencinė duobė statusas T sritis chemija apibrėžtis Erdvės sritis, kurioje dalelės potencinė energija mažesnė nei gretimose srityse. atitikmenys: angl. potential hole; potential well rus. потенциальная яма … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

потенциальная яма — potencialo duobė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. potential hole; potential well vok. Potentialmulde, f; Potentialtopf, m rus. потенциальная яма, f pranc. cuvette de potentiel, f; puits de potentiel, m … Fizikos terminų žodynas

Потенциальная яма — 9. Потенциальная яма Минимум потенциальной энергии, который образуется в полупроводниковом материале прибора с переносом заряда под воздействием напряжения, приложенного к затвору переноса, и который собирает любые существующие подвижные заряды… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЯМА — огранич. область пространства, в к рой потенциальная энергия частицы меньше, чем вне этой области. Если полная энергия частицы меньше её потенциальной энергии на краю П. я., то частица, согласно представлениям классич. физики, остаётся в П. я … Большой энциклопедический политехнический словарь

Источник

Потенциальная яма

В физике, ограниченная область пространства, в которой Потенциальная энергия частицы меньше, чем вне её. Термин «П. я.» происходит от вида графика, изображающего зависимость потенциальной энергии V частицы, находящейся в силовом поле, от её положения в пространстве (в случае одномерного движения — от координаты х; рис. 1). Такая форма зависимости V (x) возникает в поле сил притяжения. Характеристики П. я. — ширина (расстояние, на котором проявляется действие сил притяжения) и глубина (равная разности потенциальных энергий частицы на «краю» ямы и на её «дне», соответствующем минимальной потенциальной энергии). Основное свойство П. я. — способность удерживать частицу, полная энергия E которой меньше глубины ямы V₀; такая частица внутри П. я. будет находиться в связанном состоянии (См. Связанное состояние).

В классической механике частица с энергией E V₀, то частица преодолеет действие сил притяжения и покинет яму. Примером может служить движение упругого шарика, находящегося в поле сил земного притяжения, в чашке с пологими стенками (рис. 2).

В квантовой механике, в отличие от классической, энергия частицы, находящейся в связанном состоянии в П. я., может принимать лишь определённые дискретные значения, т. е. существуют дискретные Уровни энергии (см., например, рис. 6 к ст. Квантовая механика). Однако такая дискретность уровней становится заметной лишь для систем, имеющих микроскопические размеры и массы. По порядку величины расстояние ΔE между уровнями энергии для частицы массы m в «глубокой» яме ширины а определяется величиной ΔE

ħ/ma 2 (ħ — Планка постоянная). Наинизший (основной) уровень энергии лежит выше «дна» П. я. (см. Нулевая энергия). В П. я. малой глубины (V_o ≤ ħ/ma 2 ) связанное состояние может вообще отсутствовать (так, протон и нейтрон с параллельными Спинами не образуют связанной системы, несмотря на существование сил притяжения между ними).

Кроме того, согласно квантовой механике, частица, находящаяся в П. я. со «стенками» конечной толщины (типа кратера вулкана), может покинуть П. я. за счёт туннельного эффекта (См. Туннельный эффект) даже в том случае, если её энергия меньше высоты ямы (ср. со ст. Потенциальный барьер).

Форма П. я. и её размеры (глубина и ширина) определяются физической природой взаимодействия частиц. Важный случай — кулоновская П. я., описывающая притяжение атомного электрона ядром. Понятие «П. я.» широко применяется в атомной и молекулярной физике, а также в физике твёрдого тела и атомного ядра..

Рис. 1. Схематическое изображение потенциальной ямы V(x): V₀ — глубина ямы, а — ширина. Полная энергия E частицы является сохраняющейся величиной и поэтому изображена на графике горизонтальной линией.

Рис. 2. Шарик массы m с энергией E₁ V₀, то он покинет яму и уйдёт на бесконечность с постоянной скоростью ν, определяемой из соотношения mν 2 /2 = E₂ — V₀.

Источник

Потенциальная яма и принцип чайной ложечки

Вводя понятие потенциальной ямы, в учебниках физики обычно рисуют шарик, который катается по кривой, представляющей собой график функции, имеющей две точки минимума и точку максимума между ними (рис. 1). Функция выражает значение потенциальной энергии шарика. Точке минимума соответствует потенциальная яма, точке максимума — потенциальный барьер. Таким образом, потенциальной ямой физики называют состояние рассматриваемой системы с минимумом ее потенциальной энергии. Сам по себе из одной ямы в другую шарик перекатиться не может. Для его перемещения требуется приложить внешнюю силу и совершить достаточную для преодоления потенциального барьера работу. (Правда, имеются ситуации, когда частица, не макроскопический шарик, с некоторой вероятностью может преодолеть такой барьер без всякой «внешней» помощи. Этим объясняется, например, явление альфа-распада тяжелых ядер.)

Потенциальную яму каждый из нас наблюдает чуть ли не ежедневно. Представьте, например, что на столе стоит стакан чая с чайной ложечкой внутри и блюдце. Размешав чай, вы хотите положить ложечку на блюдце. Для этого надо совершить работу — поднять ложечку выше стакана, преодолеть потенциальный барьер. Положение ложечки и в стакане, и на блюдце — устойчиво. Если чаепитие происходит, скажем, в вагоне движущегося поезда, то небольшие толчки или сотрясения оставят ложечку на месте и в стакане, и на блюдце. В этой простейшей ситуации дно стакана и блюдце — это две потенциальные ямы, а ложечка — перекатываемый из одной ямы в другую шарик.

Оказывается, подобная абстрактная «ложечка» присутствует во многих окружающих нас конструкциях, где вместо потенциальной энергии гравитационного взаимодействия с Землей надо рассматривать потенциальную энергию деформируемой пружины.

Электрический выключатель. На рисунке 2 изображена схема электрического выключателя, когда электрическая цепь разомкнута. При повороте пластмассового рычажка АВ вокруг точки О против часовой стрелки пружина из положения KA переходит в положение KA′ и замыкает цепь. На этом пути пружина сначала сжимается (ее потенциальная энергия увеличивается), потом разжимается. Почему? Да потому, что в треугольнике АОK сумма длин двух сторон АО и АK больше длины стороны KО. Когда пружина и отрезок АО располагаются на отрезке KО, пружина неизбежно оказывается сжатой. Крайние положения пружины — это потенциальные ямы. Оба эти положения пружины (и рычажка АВ) устойчивы.

Проведем простой эксперимент. Если слегка нажать на клавишу настенного включателя и затем отпустить ее, то клавиша, щелкнув, вернется в исходное положение. Это и есть явное проявление устойчивости. Никакие слабые случайные возмущения этого устройства (т.е. несильные толчки или сотрясения) не нарушат состояние системы: электрическая цепь останется либо замкнутой, либо разомкнутой, т.е. будет функционировать устойчиво.

На рисунке 2 представлена, как говорят, принципиальная схема выключателя, в каждом конкретном случае она реализуется разными технологическими решениями.

Велосипедная подножка. Теперь обратим свое внимание на велосипед, а точнее — на атрибут современных велосипедов, называемый подножкой (рис. 3). Это устройство призвано удерживать неподвижный велосипед от падения.

Снова рассмотрим лишь принципиальную схему устройства, т.е. будем говорить только о важнейших его элементах, не вдаваясь во все детали. Таких элементов здесь всего два — собственно подножка и пружина. Они вместе играют роль чайной ложечки. Пусть один конец пружины закреплен в точке K, в положении ОА подножка убрана, а в положении OA′ она удерживает велосипед от падения (рис. 4). Если мы переводим подножку из одного положения в другое, то пружину мы вначале растягиваем. Про достижении на пути из ОР в OP′ серединного положения пружина начинает сжиматься и подножка с ударом переходит в новое устойчивое положение. Потенциальный барьер соответствует неустойчивому положению пружины (и подножки). Малейшее отклонение подножки от этого положения или же придание ей скорости мгновенно переводит систему в одно из устойчивых положений. На деле одно из этих устойчивых положений соответствует убранной подножке, и оно востребовано при движении велосипеда. Другое устойчивое положение подножки, опирающейся на землю, используют для покоящегося велосипеда.

Обратите внимание: на практике важны именно устойчивые положения равновесия! Использование же неустойчивых точек покоя — явления редкие, можно сказать, экзотические. Вот поэтому и демонстрируют их цирковые эквилибристы или же переходящие через горные ущелья канатоходцы.

Устойчивость и неустойчивость положений равновесия. Устойчивость — понятие универсальное. В наши дни часто говорят о принципах устойчивого природопользования и устойчивого развития человечества, о социальной стабильности в обществе. Иными словами, термины «устойчивость» и «неустойчивость» сегодня являются широко распространенными и многозначными. Заметим, что в математике есть целое направление — математическая теория устойчивости; многочлены, все корни которых имеют отрицательные вещественные части, называются устойчивыми. В школе учащиеся впервые знакомятся с устойчивостью и равновесием на уроках физики. А в жизни, конечно, намного раньше: когда качаются на детских качелях или сооружают из кубиков непадающие башни.

Напомним, что положение равновесия называют неустойчивым, если всякое малое отклонения системы от этого положения приводит к появлению силы, которая это отклонение увеличивает. Самый популярный и наглядный пример таков. Шарик находится на вершине холма и неподвижен — можно рассматривать маленький шарик, находящийся на «северном полюсе» большого шара. Всякое малое смещение малого шарика или же придание ему сколь угодно малой скорости приведет к появлению скатывающей силы, удаляющей его от исходного положения равновесия или исходного положения покоя. Значит, и равновесие, и покой в этом случае неустойчивы. Другой пример — карточный домик.

Если же при отклонении системы от положения равновесия появляется сила, возвращающая систему в исходное состояние, то это положение равновесия называют устойчивым. Примером служит шарик, находящийся в ямке (или ложбине).

Для сжатия или растяжения пружины требуется совершить некоторую работу. Эта работа приводит к увеличению потенциальной энергии, накопленной пружиной. Деформированная пружина стремится вернуться в исходное недеформированное состояние, которому соответствует минимум потенциальной энергии. Недеформированное состояние пружины является устойчивым потому, что ее растяжение или сжатие вызывает появление силы упругости, которая стремится вернуть пружину (и связанную с ней систему) в исходное состояние.

Где еще применяют такие пружины. Существует очень много механических реализаций рассмотренных принципиальных схем и их модификаций. Даже на фотоаппарате, которым были сделаны снимки, представленные далее на рисунках 5–7, прикрывающая контакты крышка в положениях открыто / закрыто фиксируется подобным запирающим устройством.

Так, в трамвае крышка аварийного люка находится в состоянии устойчивого покоя (см. рис. 5). Для того чтобы в случае опасности открыть люк, пружину следует сжать и провести ее через состояние неустойчивого равновесия. Отметим, что при растяжении пружина всегда остается прямолинейной, а вот сжатие длинной пружины иногда приводит к ее «выпучиванию». Во избежание этого пружину, работающую на сжатие, помещают внутрь обоймы или патрона.

Механизм, удерживающий форточку в трамвае в состоянии открыто / закрыто (см. рис. 6), фактически описан в статье.

А теперь — конструкторская задача. На рисунке 7 показаны две банки для чая. Их замки действуют согласно изложенному в нашей статье принципу. А где же здесь пружина? Оказывается, роль пружины выполняет эластичная резиновая прокладка, укрепленная по периметру крышки (одновременно эта прокладка обеспечивает герметичность банки). При закрывании банки крышка вначале прижимается к ней, а потом чуть-чуть (примерно на миллиметр) поднимается вверх. Оба рычага столь жесткие, что практически не деформируются. Прокладка, будучи деформированной и потом освобожденной от внешнего воздействия, легко приподнимает крышку. Если удалить прокладку, система перестает действовать.

Источник

Потенциальная яма

Если в потенциальную яму попала частица, энергия которой ниже, чем необходимая для преодоления краёв ямы, то возникнут колебания частицы в яме. Амплитуда колебаний будет обусловлена собственной энергией частицы.

Частица, находящаяся на дне потенциальной ямы, пребывает в состоянии устойчивого равновесия, то есть при отклонении частицы от точки минимума потенциальной энергии возникает сила, направленная в противоположную отклонению сторону.

Если частица подчиняется квантовым законам, то даже несмотря на недостаток энергии она с определённой вероятностью может покинуть потенциальную яму (явление туннельного эффекта).

Потенциальный барьер — противоположное понятие. Это область пространства, где присутствует локальный максимум потенциальной энергии.

Связанные понятия

Эта статья — об энергетическом спектре квантовой системы. О распределении частиц по энергиям в излучении см. Спектр, Спектр излучения. Об энергетическом спектре сигнала см. Спектральная плотность.Энергетический спектр — набор возможных энергетических уровней квантовой системы.

В теории поля представление системы зарядов в виде некоторых квадрупо́лей, аналогично представлению её в виде системы диполей, используется для приближённого расчёта создаваемого ей поля и излучения. Более общим представлением является разложение системы на мультиполи, соответствующее разложению потенциалов в ряд Тейлора по некоторым переменным. Квадруполь — частный случай мультиполя. Квадрупольное рассмотрение системы оказывается особенно важным в том случае, когда её дипольный момент и заряд равны.

γ4), радиационное затухание важно для ускорителей лёгких ультрарелятивистских частиц (электронные синхротроны), и несущественно для адронных машин.

Мультипо́ли (от лат. multum — много и греч. πόλος — полюс) — определённые конфигурации точечных источников (зарядов). Простейшими примерами мультиполя служат точечный заряд — мультиполь нулевого порядка; два противоположных по знаку заряда, равных по абсолютной величине — диполь, или мультиполь 1-го порядка; 4 одинаковых по абсолютной величине заряда, размещённых в вершинах параллелограмма, так что каждая его сторона соединяет заряды противоположного знака (или два одинаковых, но противоположно направленных.

Силовая линия, или интегральная кривая, — это кривая, касательная к которой в любой точке совпадает по направлению с вектором, являющимся элементом векторного поля в этой же точке. Применяется для визуализации векторных полей, которые сложно наглядно изобразить каким-либо другим образом. Иногда (не всегда) на этих кривых ставятся стрелочки, показывающие направление вектора вдоль кривой. Для обозначения векторов физического поля, образующих силовые линии, обычно используется термин «напряжённость.

Источник

Потенциальная яма

Потенциа́льная я́ма – область пространства, где присутствует локальный минимум потенциальной энергии частицы.

Если в потенциальную яму попала частица, энергия которой ниже, чем необходимая для преодоления краёв ямы, то возникнут колебания частицы в яме. Амплитуда колебаний будет обусловлена собственной энергией частицы. Частица, находящаяся на дне потенциальной ямы, пребывает в состоянии устойчивого равновесия, то есть при отклонении частицы от точки минимума потенциальной энергии возникает сила, направленная в противоположную отклонению сторону. Если частица подчиняется квантовым законам, то даже несмотря на недостаток энергии она с определённой вероятностью может покинуть потенциальную яму (явление туннельного эффекта).

Потенциальный барьер — противоположное понятие. Это область пространства, где присутствует локальный максимум потенциальной энергии.

См. также

Ссылки

Полезное

Смотреть что такое «Потенциальная яма» в других словарях:

ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЯМА — ограниченная область пространства, определяемая физ. природой вз ствия ч ц, в к рой потенц. энергия ч цы меньше, чем вне её. Термин «П. я.» происходит от вида графика, изображающего зависимость потенц. энергии U ч цы в силовом поле от её… … Физическая энциклопедия

ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЯМА — ограниченная область пространства, в которой потенциальная энергия частицы меньше, чем вне ее; термин связан с видом графика зависимости потенциальной энергии от координат. В потенциальной яме частица с энергией, меньшей глубины ямы, находится в… … Большой Энциклопедический словарь

потенциальная яма — Минимум потенциальной энергии, который образуется в полупроводниковом материале прибора с переносом заряда под воздействием напряжения, приложенного к затвору переноса, и который собирает любые существующие подвижные заряды. [ГОСТ 25532 89]… … Справочник технического переводчика

ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЯМА — ограниченная область пространства, окружённая (см.) и определяющая состояния материальных систем, в которых она обладает резко пониженными значениями потенциальной энергии. Термин связан с видом графической зависимости потенциальной энергии… … Большая политехническая энциклопедия

потенциальная яма — ограниченная область пространства, в которой потенциальная энергия частицы меньше, чем вне её; термин связан с видом графика зависимости потенциальной энергии от координат. В потенциальной яме частица с энергией, меньшей глубины ямы, находится в… … Энциклопедический словарь

Потенциальная яма — в физике, ограниченная область пространства, в которой Потенциальная энергия частицы меньше, чем вне её. Термин «П. я.» происходит от вида графика, изображающего зависимость потенциальной энергии V частицы, находящейся в силовом поле, от… … Большая советская энциклопедия

потенциальная яма — potencinė duobė statusas T sritis chemija apibrėžtis Erdvės sritis, kurioje dalelės potencinė energija mažesnė nei gretimose srityse. atitikmenys: angl. potential hole; potential well rus. потенциальная яма … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

потенциальная яма — potencialo duobė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. potential hole; potential well vok. Potentialmulde, f; Potentialtopf, m rus. потенциальная яма, f pranc. cuvette de potentiel, f; puits de potentiel, m … Fizikos terminų žodynas

Потенциальная яма — 9. Потенциальная яма Минимум потенциальной энергии, который образуется в полупроводниковом материале прибора с переносом заряда под воздействием напряжения, приложенного к затвору переноса, и который собирает любые существующие подвижные заряды… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЯМА — огранич. область пространства, в к рой потенциальная энергия частицы меньше, чем вне этой области. Если полная энергия частицы меньше её потенциальной энергии на краю П. я., то частица, согласно представлениям классич. физики, остаётся в П. я … Большой энциклопедический политехнический словарь

Источник