下のソースプログラムをそのままテキストエディタ(メモ帳など)にコピー and ペースト すれば、簡単にコンパイルと実行できる。
(この class file name は avera2 なので、このテキストエディタを "avera2.java" とセーブしてコンパイルしてほしい。)
ここでは 1 MM = 1 × 10-14 meter という新しい単位を使用している。
このサンプルプログラムでは、実行すると、最初に H2 の核間距離 ( MM ) を入力する。
その後、電子1の y座標 "r" ( MM )、x 座標 "a" ( MM ) を 入力する。
これら入力値から、このプログラムは H2 の結合エネルギー (eV)、原子核 1 に作用する トータルの力 (= nucforce )、電子1に作用する力の x, y 成分 (= elefx, elefy ) を出力する。
これらの力は 水素原子の基底状態の電子と原子核間の力との比で表されている。
電子に作用する力と その速度から 1軌道に含まれるドブロイ波を計算する。
( ここでは ビリアル定理 E = -T = 1/2 V を使用している。)
"another x" は 電子1が 力の方向へ移動した先の もう1つの x 座標である。
それから x が another x の座標のときの 上記の計算を行う。
"avebinding" は x 座標が "a" と "another x" のときの 平均の結合エネルギーであり、"avewave" は x 座標が "a" と "another x" のときの平均のドブロイ波である。
"after-elefx" は 力の方向に移動した後の 電子1に作用する力の x 成分である。
最初の x 座標は +100 まで自動的に計算ごとに増加していく。
import java.util.Scanner;
class calcu
{
double me=9.1093826e-31;
double pai=3.141592653589793;
double epsi=8.85418781787346e-12;
double h=6.62606896e-34;
double ele=1.60217653e-19;
double boh=5292.0*5292.0*1.0e-28; // boh = ( Bohr radius )^2
double a,r,nuc,rra,binding,elefx,elefy,wave,nucforce, anotherx;
void disp( ) {
double ke=(ele*ele)/(4.0*pai*epsi);
double rra=Math.sqrt(a*a+r*r); // rra =distance between electron 1 and n1
double rrb=Math.sqrt(r*r+(nuc-a)*(nuc-a)); // rrb= between electron 1 and n2
double rrc=Math.sqrt(4.0*r*r+(nuc-2*a)*(nuc-2*a)); // between two electrons
double poten=ke*(-2.0/rra-2.0/rrb+1.0/nuc+1.0/rrc); // poten=potential energy (J)
double ppot=poten*6.241509e18; // ppot = potential energy (eV)
double kinetic=-0.5*poten; // kinetic = total kinetic energy of two electrons (J)
double velo=Math.sqrt(kinetic/me); // velo = electron's velocity (m/s)
binding=-ppot*0.5-13.606*2; // binding energy (eV) of H2
// foeces acting on electron 1 ( x, -y directions )
elefx= -a/(rra*rra*rra) + (nuc-a)/(rrb*rrb*rrb) - (nuc-2.0*a)/(rrc*rrc*rrc);
elefy= r/(rra*rra*rra) + r/(rrb*rrb*rrb) - (2.0*r)/(rrc*rrc*rrc);
double eleforce = ke*Math.sqrt(elefx*elefx + elefy*elefy); // total force
double radius=(me*velo*velo)/eleforce; // rotation radius from centrifugal force
double debroglie = h/(me*velo); // de Broglie wavelength of electron
wave=(2*pai*radius)/debroglie; // wave's number in one orbit
nucforce= a/(rra*rra*rra)-1.0/(nuc*nuc)+(nuc-a)/(rrb*rrb*rrb);
nucforce=nucforce * boh; // total force acting on nucleus 1
anotherx=a+(2.0*r*elefx)/elefy;
anotherx = anotherx * 1.0e14; // another x coordinate of electron 1
elefx=elefx * boh; elefy = elefy * boh;
}}
class avera2
{
public static void main(String[] args) {
Scanner stdIn=new Scanner(System.in);
System.out.println(" Internuclear distance (MM) of H2 molecule ? ");
double nnuc=stdIn.nextDouble();
System.out.println(" r (MM)? = y coodinate of electron 1 ");
double rr=stdIn.nextDouble();
System.out.println(" a (MM) ? = x coodinate of electron 1 ");
double aa=stdIn.nextDouble();
calcu c;
c = new calcu();
c.r=rr*1.0e-14; c.nuc=nnuc*1.0e-14; // change MM to meter
for (int i=1;i < 10;i++){ // repeat calculation from a to a + 10*10 (MM)
c.a=aa*1.0e-14;
c.disp(); // to void disp calculation
System.out.printf("a:%.1f ", aa);
System.out.printf(" binding: %.4f ", c.binding);
System.out.printf(" elefx: %.3f ", c.elefx);
System.out.printf(" elefy: %.3f ", c.elefy);
System.out.printf("nucforce: %.3f \n", c.nucforce);
System.out.printf(" another x : %.2f ", c.anotherx);
double wwave = c.wave;
double bbind = c.binding;
c.a=c.anotherx*1.0e-14; // repeat calculation above when a = another x
c.disp();
// average binding energy and waves ( "a" and "another x" )
bbind = ( c.binding + bbind )/2.0; wwave = (c.wave+wwave)/2.0;
System.out.printf(" after-elefx: %.3f ", c.elefx); // elefx at another x
System.out.printf(" avebinding: %.4f ", bbind);
System.out.printf(" avewave: %.4f \n", wwave); // average bond energy
System.out.printf(" \n"); // average de Broglie wave
aa=aa+10;}}}