サンプルJAVAコンピュータープログラム(H2)

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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 hymol なので、このテキストエディタを "hymol.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。
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 hymol {
 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(); 
 
 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 r=rr*1.0e-14;double nuc=nnuc*1.0e-14;    // change MM to meter
 double ke=(ele*ele)/(4.0*pai*epsi);

 for (int i=1;i < 10;i++){            // repeat calculation from a to a + 10*10 (MM)
 double a=aa*1.0e-14;
 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*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*6.241509*1.0e18;       // 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) 
 double binding=-ppot*0.5-13.606*2;          // binding energy (eV) of H2

                            // foeces acting on electron 1 ( x, -y directions )
 double elefx= -a/(rra*rra*rra) + (nuc-a)/(rrb*rrb*rrb) - (nuc-2*a)/(rrc*rrc*rrc);
 double elefy= r/(rra*rra*rra) + r/(rrb*rrb*rrb) - (2*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
 double wave=(2*pai*radius)/debroglie;  // wave's number in one orbit

 double nucforce= a/(rra*rra*rra)-1.0/(nuc*nuc)+(nuc-a)/(rrb*rrb*rrb);
 nucforce=nucforce * boh;            // total force acting on nucleus 1

 double anotherx=a+(2.0*r*elefx)/elefy; 
 anotherx = anotherx * 1.0e14;       // another x coordinate of electron 1

 elefx=elefx * boh; elefy = elefy * boh;
 
 System.out.printf("a:%.1f ", aa);
 System.out.printf(" binding-energy: %.4f ", binding); 
 System.out.printf(" elefx: %.3f ", elefx);
 System.out.printf(" elefy: %.3f \n", elefy);
 
 System.out.printf("nucforce: %.3f ", nucforce);
 System.out.printf(" another x : %.2f ", anotherx);
 System.out.printf(" de Broglie wave: %.3f \n", wave);
 System.out.printf("                        \n");

 aa=aa+10;}}}