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ボーアの量子条件とは?

ぼーあのりょうしじょうけん

ボーアの量子条件とは、電子が原子核の周りを回る際の軌道角運動量がプランク定数の整数倍に限られるという、ニールス・ボーアが提唱した仮説的な条件です。

ボーアの量子条件は、1913年にデンマーク物理学ニールス・ボーア水素原子モデルを構築する際に導入した基本仮定です。古典力学だけでは説明できない原子の安定性と水素の輝線スペクトルを説明するために提唱されました。

その内容は、「電子が円軌道を描く際の角運動量 L は、プランク定数 h を 2π で割った値(ℏ)の整数倍でなければならない」というものです。数式では L = nℏ(n = 1, 2, 3, …)と表されます。この n を主量子数といいます。

この条件から導かれる重要な帰結として、

  • 電子は特定の軌道半径(ボーア半径の整数倍)にしか存在できない
  • 軌道間を遷移する際に光子を吸収または放出する
  • 放出される光の振動数は各軌道のエネルギー差で決まる(水素の輝線スペクトルの説明)

などがあります。後に量子力学(シュレーディンガー方程式・ド・ブロイの物質波)によってより精密な理論に発展しましたが、ボーアモデルは量子論の理解への橋渡しとして今日も教育上重要な役割を担っています。

使い方・例文

高校・大学の物理でリュードベリ定数や水素原子のスペクトル系列(バルマー系列など)を学ぶ際、ボーアの量子条件を用いてエネルギー準位を計算する問題として登場します。

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