44 Das Elektron im kugelsymmetrischen Potential

Otto Klemperer

Im nächsten Kapitel wollen wir die Energiezustände eines Elektrons in einem kugelsymmetrischen elektrischen Potential berechnen und anschließend mit den experimentellen Ergebnissen vergleichen. Dazu haben wir im Hamiltonoperator den Impulsoperator durch den Operator der Observablen Drehimpuls zu ersetzen. Wir wollen uns deswegen hier mit dessen Eigenschaften vertraut machen.

E. Rupp

Theo Mayer-Kuckuk

ZusammenfassungWir wollen jetzt die Schrödinger-Gleichung benutzen, um Energiestufen und Wellenfunktionen des Wasserstoffatoms quantenmechanisch zu berechnen. Dabei gehen wir in der gleichen Weise vor wie beim Rechteck- und Oszillator-Potential, nur daß wir diesmal das Coulomb-Potential benutzen, das ein Elektron im Feld des Protons erfährt. Im Gegensatz zu den Beispielen des letzten Abschnitts, die sich eindimensional sinnvoll behandeln ließen, müssen wir jetzt ein dreidimensionales Problem lösen. Da das Coulomb-Potential kugelsymmetrisch ist, bieten sich Polarkoordinaten r, ϑ, φ als angemessenes System zur Beschreibung an (Fig. 26). Der Koordinaten-Nullpunkt soll im Schwerpunkt des Systems liegen. Wir tragen der Beschreibung in Schwerpunktkoordinaten weiter dadurch Rechnung, daß wir die reduzierte Masse $$ {m_r} = \frac{{{m_1}{m_2}}}{{{m_1} + {m_2}}} $$ (3.1) verwenden, die sich im Fall des Wasserstoffatoms mit m1 = m0, m2 = mP nur wenig von der Ruhemasse des Elektrons m0 unterscheidet.