プランク定数の真実。
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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 Hyatom なので、このテキストエディタを "Hyatom.java" とセーブしてコンパイルしてほしい。)
このサンプルプログラムでは、実行すると、最初に、電子1の初期のx座標 r1 (MM) と H の全エネルギーの絶対値 (eV) を入力するように画面に表示される。
ここでは、便宜のため、新しい単位を使っている。( 1 MM = 10-14 meter, 1 SS = 10-22 second, 1 MM/SS = 108 m/s )
それらを入力すると、電子が、1/4 周した後の電子1の速度 ( VX, VY in MM/SS ) と、軌道 1/4 周に含まれるド・ブロイ波の数 ( midWN ) が画面に表示される。
import java.util.Scanner;
class Hyatom {
public static void main(String[] args) {
Scanner stdIn=new Scanner(System.in); // input r1 and |E|
System.out.println("r1 between nucleus and electron 1 (MM) ?");
double r=stdIn.nextDouble();
System.out.println("total energy |E| in the 1S hydrogen atom (eV) ? ");
double E=stdIn.nextDouble();
double me=9.1093826e-31; double mp=1.67262171e-27;
double rm=(me*mp)/(me+mp); // rm = reduced mass of electron in H atom
double pai=3.141592653589793; double epsi=8.85418781787346e-12;
double h=6.62606889e-34; double ele=1.60217653e-19;
// Bor = theoretical value of Bohr radius (MM) (of reduced mass)
// Ene = theoretical value of total energy |E| (eV) in 1S hydrogen
double Bor=(epsi*h*h*1.0e14)/(pai*ele*ele*rm);
double Ene=(ele*ele*ele*ele*rm*6.241509e18)/(8.0*epsi*epsi*h*h);
double Exe=13.59844; // Exe = experimental value of ionization energy (eV) of H atom.
System.out.printf("theoretical value of Bohr radius (MM):%.5f \n ", Bor);
System.out.printf("theoretical value of |E| (eV) in H atom :%.5f \n ", Ene);
System.out.printf("experimental value of ionization energy (eV) in H atom :%.5f \n ", Exe);
for (int i=1;i < 30;i++) { // repeat until r1=initial r1+30
// calculation of initial VY from E and r1
double poten=-(ele*ele)/(4.0*pai*epsi*r);
//vya (J) = total E-potential energy
double vya=-(E*1.60217646e-19)-poten*1.0e14;
if (vya > 0) {
// vyb=velocity from kinetic energy
double vyb=Math.sqrt((2.0*vya)/rm);
double VY=vyb*1.0e-8; // change m/sec to MM/SS
double prexx=r; double VX=0.0; double WN=0.0; double preyy=0.0;
double xx,yy,vk,preVY,preWN,midWN;
do {
xx=prexx+VX; yy=preyy+VY; //electron 1 position after 1SS
preVY=VY;preWN=WN ;
vk=VX*VX+VY*VY; //calculation of WN from VX,VY
// WN=WN+ number of de Broglie wave contained in short segment
WN=WN+(rm*vk*1.0e-6)/h;
//calculation of VX,VY from Coulomb force
double ra=Math.sqrt(prexx*prexx+preyy*preyy);
ra=ra*1.0e-14; // change MM to meter
prexx=prexx*1.0e-14; preyy=preyy*1.0e-14;
double ac=(ele*ele)/(4.0*pai*epsi*rm);
// change velocity components VX (MM/SS) and VY from Coulomb force
VX=VX+1.0e-30*ac*prexx*(-1.0/(ra*ra*ra));
VY=VY+1.0e-30*ac*preyy*(-1.0/(ra*ra*ra));
prexx=xx;preyy=yy;
} while (xx > 0); //repeat above until electron 1 arive at y axis
if (VY > -0.0001 && VY < 0.0001) { // last VY condition
System.out.print("r1: "+r+" ");
System.out.printf("VX:%.5f ", VX);
System.out.printf("VY:%.5f ", VY);
System.out.printf("preVY:%.5f ", preVY);
midWN=(WN+preWN)/2.0; System.out.printf("midWN:%.5f \n", midWN);
}
} r=r+1;
}}}