Потенциальная энергия
- 1 year ago
- 0
- 0
Потенциа́льная я́ма — область пространства, где присутствует локальный минимум потенциальной энергии частицы.
Если потенциальная яма имеет достаточно большие размеры и в неё попала частица, энергия которой ниже, чем необходимая для преодоления краёв ямы, то могут возникнуть колебания частицы в яме. Их амплитуда будет определяться энергией частицы , а период — также профилем потенциальной энергии и массой частицы . Частица, находящаяся на дне потенциальной ямы, пребывает в состоянии устойчивого равновесия, то есть при её отклонении от точки минимума потенциальной энергии возникает сила, направленная в противоположную отклонению сторону.
В одномерном случае, когда потенциальная энергия зависит только от одной декартовой координаты , можно выделить энергию движения частицы в направлении этой координаты и энергию движения в перпендикулярной плоскости ( ). Движение в плоскости происходит с постоянной скоростью. Движение вдоль оси ограничено точками , , в которых . Если никакого движения в плоскости нет, то (см. рис.).
Если размер ямы мал (хотя бы по одной из декартовых координат сопоставим с дебройлевой длиной частицы), то такая яма называется квантовой и поведение частицы в ней подчиняется квантовым законам. Квантовая яма, в которой потенциальная энергия зависит от всех трёх координат , называется квантовой точкой , от двух координат — квантовой проволокой (нитью) , а от одной координаты — собственно квантовой ямой. В последнем случае энергия , ассоциируемая с движением вдоль оси , может принимать не любые значения, а только из ряда дискретных: , , , находимых при решении уравнения Шрёдингера для данного профиля ямы. Ограничений на составляющую нет, и, соответственно, не может оказаться ниже .
Как и в случае потенциальной ямы больших размеров, при отсутствии движения в плоскости будет и частица находится преимущественно в области . Однако, если классическая частица вообще не может проникать в координатную область вне указанного диапазона, то для квантовой частицы это возможно за счёт так называемого туннельного эффекта , то есть границы движения нестрогие.
Противоположное по отношению к потенциальной яме понятие — потенциальный барьер . Это область пространства, где присутствует локальный максимум потенциальной энергии.