Was ist Nullpunkt Energie?
Würde mich einfach mal interessieren
2 Antworten
Hallo Manyinone20,
der Begriff bezieht sich auf den quantenmechanischen Harmonischen Oszillator (QHO).
Harmonische OszillatorenEin Harmonischer Oszillator (HO) zeichnet sich durch einen parabolischen Potentialverlauf aus. Wie steil diese Parabel ist, hängt eng mit der Frequenz f bzw. der Kreisfrequenz ω = 2∙π∙f zusammen.
Der parabolische Potentialverlauf lässt sich über einen mechanischen HO verstehen, etwa ein Massestück der Masse m an einer Zugfeder der Federkonstante D.
Erstellt mit Inkscape
Lenkt man es um y₀ aus der Gleichgewichtslage aus, braucht man dafür die Kraft F(y₀) = D∙y₀ und verrichtet die Arbeit
W = 0∫y₀ F(y) dy = ½∙D∙y₀²,
weil F ja mit y wächst (W lässt sich als Fläche eines Dreiecks der Grundseite y₀ und der Höhe D∙y₀ darstellen, s.o.). Das ist dann auch die Energie des HO. Die Kreisfrequenz ergibt sich als ω = √{D⁄m}.
Die Quantisierung der EnergieIn der Quantik ist aber unser Massestück ein Teilchen, und jedes Teilchen hat einen Wellencharakter, und seine Wellenlänge ist umgekehrt proportional zu seinem Impulsbetrag ist und im NEWTON- Limes damit zum Kehrwert der Wurzel der Kinetischen Energie.
Die Elektronen im Atom schwirren nicht Bahnen entlang, sondern bilden stehende Wellen, die Orbitale.
Erstellt mit der App 'Electron Orbotals'
Der QHO ist ein Teilchen in einem parabolischen Potentialtopf und muss dort eine Art stehende Wellen bilden, die auf der zur Energie gehörigen Breite auch Platz finden muss.
https://de.m.wikipedia.org/wiki/Harmonischer_Oszillator
Insgesamt ergibt sich, dass die Energien Stufen von ħ∙ω haben (ħ ≈ 10⁻³⁴Js ist das reduzierte PLANCKsche Wirkungsquantum, eine universelle Konstante), denn die Wellen haben mit wachsender Energie zunehmend mehr Platz.
Die kleinste mögliche Energie ist nicht 0, weil das eine unendliche Wellenlänge bedeuten würde, sondern ½ħω. Das ist die Nullpunktsenergie.
Imgrunde der kleinstmögliche energetische zustand den ein system einehmen kann.
Dieser ist ber nicht unbedingt 0. Aber kleiner geht es nicht.
Für ein klassisches system würde es bedeuten das sich dieses am Absoluten temperaturnullpunkt befindet.
Quantenmechaisch ist es noch etwas komplexer. Aber es dürfte ein system beschreiben was keine energie mehr abgeben kann weil schlichtweg zur umgebung kein gefälle mehr herrscht.
Was nicht bedeutet das es keine energie mehr hat.