Потенциальная Яма

Потенциальная Яма в Энциклопедическом словаре:
Потенциальная Яма - ограниченная область пространства, в которойпотенциальная энергия частицы меньше, чем вне ее; термин связан с видомграфика зависимости потенциальной энергии от координат. В потенциальнойяме частица с энергией, меньшей глубины ямы, находится в связанномсостоянии; в квантовой теории энергия такой частицы может принимать лишьопределенные дискретные значения.

Определение «Потенциальная Яма» по БСЭ:
Потенциальная яма - в физике, ограниченная область пространства, в которой Потенциальная энергия частицы меньше, чем вне её. Термин «П. я.» происходит от вида графика, изображающего зависимость потенциальной энергии V частицы, находящейся в силовом поле, от её положения в пространстве (в случае одномерного движения - от координаты х; рис. 1). Такая форма зависимости V(x) возникает в поле сил притяжения. Характеристики П. я. - ширина (расстояние, на котором проявляется действие сил притяжения) и глубина (равная разности потенциальных энергий частицы на «краю» ямы и на её «дне», соответствующем минимальной потенциальной энергии).
Основное свойство П. я. - способность удерживать частицу, полная энергия E которой меньше глубины ямы V0; такая частица внутри П. я. будет находиться в связанном состоянии.
В классической механике частица с энергией E < V0 не сможет вылететь из П. я. и будет всё время двигаться в ограниченной области пространства внутри ямы; устойчивому равновесию отвечает положение частицы на
«дне» ямы (оно достигается при кинетической энергии частицы Екин = E - V = 0). Если же E > V0, то частица преодолеет действие сил притяжения и покинет яму. Примером может служить движение упругого шарика, находящегося в поле сил земного притяжения, в чашке с пологими стенками (рис. 2).
В квантовой механике, в отличие от классической, энергия частицы, находящейся в связанном состоянии в П. я., может принимать лишь определённые дискретные значения, т. е. существуют дискретные Уровни энергии (см., например, рис. 6 к ст. Квантовая механика). Однако такая дискретность уровней становится заметной лишь для систем, имеющих микроскопические размеры и массы. По порядку величины расстояние
ΔE между уровнями энергии для частицы массы m в «глубокой» яме ширины а определяется величиной ΔE ∼ħ/maІ (ħ - Планка постоянная). Наинизший (основной) уровень энергии лежит выше
«дна» П. я. (см. Нулевая энергия). В П. я. малой глубины (Vo ≤ ħ/maІ) связанное состояние может вообще отсутствовать (так, протон и нейтрон с параллельными Спинами не образуют связанной системы, несмотря на существование сил притяжения между ними).
Кроме того, согласно квантовой механике, частица, находящаяся в П. я. со «стенками» конечной толщины (типа кратера вулкана), может покинуть П. я. за счёт туннельного эффекта даже в том случае, если её энергия меньше высоты ямы (ср. со ст. Потенциальный барьер).
Форма П. я. и её размеры (глубина и ширина) определяются физической природой взаимодействия частиц. Важный случай - кулоновская П. я., описывающая притяжение атомного электрона ядром. Понятие «П. я.» широко применяется в атомной и молекулярной физике, а также в физике твёрдого тела и атомного ядра..
Лит. см. при статьях Квантовая механика, Ядро атомное, Твёрдое тело.
Рис. 1. Схематическое изображение потенциальной ямы V(x): V0 - глубина ямы, а - ширина. Полная энергия E частицы является сохраняющейся величиной и поэтому изображена на графике горизонтальной линией.

Рис. 2. Шарик массы m с энергией E1 < V0 не может покинуть яму глубиной V0 = mgH (где g - ускорение силы тяжести, Н - высота ямы, в которую попал шарик) и будет совершать колебания между точками 1 и 2 (если пренебречь трением), поднимаясь лишь до высоты h = E1/mg. Если же энергия шарика E2 > V0, то он покинет яму и уйдёт на бесконечность с постоянной скоростью ν, определяемой из соотношения mνІ/2 = E2 - V0.

Потенциальная Энергия    Потенциальная Яма    Потенциально