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matryosika ベストアンサー |
たぶんこれでいいと思います。
クーロンの法則より、電荷Qからの距離rの位置から無限遠へ電荷qを移動させるのに必要な仕事は、
となります。原子核の電荷QはQ=+e、電子の電荷qはq=-eとなるので、計算すると
∫(∞→r)-e^2/(4πε_0R^2)dR
=0+e^2/(2πε_0r)
=e^2/(2πε_0r)
となりこれが電子のポテンシャルエネルギーとなります。
全エネルギーを求めるには運動エネルギーを求める必要があり、これには速さvが必要です。
一般的な(等速)回転運動のとき、向心力の大きさは、
mv^2/r
で与えられます。電子が原子核の周囲を公転する場合は向心力はクーロン力となるので、
v^2=-e^2/(4πε_0rm)
と変形できる。運動エネルギーは1/2mv^2で与えられるので、E_kは、
E_k=1/2mv^2
=-e^2/(8πε_0rm^2)
となります。この式のrに条件式を代入すれば運動エネルギーをnで表すことができます。
同様に、位置エネルギーにもrの条件式を代入し、運動エネルギーとの和をとると目的の全エネルギーをnの式で表現できます。
間違えてたらすみません。