एक हाइड्रोजन परमाणु में,इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन लगभग $0.53 \; \mathring{A}$ की दूरी पर बंधे होते हैं।
$(a)$ इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन के अनंत पृथक्करण पर स्थितिज ऊर्जा को शून्य मानकर,निकाय की स्थितिज ऊर्जा का $eV$ में आकलन करें।
$(b)$ यदि कक्षा में इसकी गतिज ऊर्जा $(a)$ में प्राप्त स्थितिज ऊर्जा के परिमाण की आधी है,तो इलेक्ट्रॉन को मुक्त करने के लिए आवश्यक न्यूनतम कार्य क्या है?
$(c)$ यदि स्थितिज ऊर्जा का शून्य $1.06 \; \mathring{A}$ की दूरी पर लिया जाए,तो $(a)$ और $(b)$ के उत्तर क्या होंगे?

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(N/A) $r$ दूरी पर स्थित दो बिंदु आवेशों $q_1$ और $q_2$ के निकाय की स्थितिज ऊर्जा $U = \frac{1}{4\pi\epsilon_0} \frac{q_1 q_2}{r}$ द्वारा दी जाती है।
हाइड्रोजन परमाणु के लिए,$q_1 = e = 1.6 \times 10^{-19} \; C$ और $q_2 = -e = -1.6 \times 10^{-19} \; C$,जहाँ $r = 0.53 \times 10^{-10} \; m$ है।
$U = \frac{9 \times 10^9 \times (1.6 \times 10^{-19}) \times (-1.6 \times 10^{-19})}{0.53 \times 10^{-10}} \; J = -43.58 \times 10^{-19} \; J$.
$eV$ में बदलने पर: $U = \frac{-43.58 \times 10^{-19}}{1.6 \times 10^{-19}} \; eV \approx -27.2 \; eV$.
$(b)$ गतिज ऊर्जा $K = -\frac{1}{2} U = -\frac{1}{2} (-27.2) = 13.6 \; eV$.
कुल ऊर्जा $E = K + U = 13.6 - 27.2 = -13.6 \; eV$.
इलेक्ट्रॉन को मुक्त करने के लिए आवश्यक कार्य वह ऊर्जा है जो कुल ऊर्जा को $0$ करने के लिए आवश्यक है,जो $13.6 \; eV$ है।
$(c)$ यदि स्थितिज ऊर्जा का शून्य $r_0 = 1.06 \; \mathring{A}$ पर हो,तो नई स्थितिज ऊर्जा $U' = U(r) - U(r_0)$ होगी।
$U(r_0) = \frac{9 \times 10^9 \times (1.6 \times 10^{-19})^2}{1.06 \times 10^{-10}} \; J = 21.73 \times 10^{-19} \; J = 13.58 \; eV$.
नई $U' = -27.2 - 13.58 = -40.78 \; eV$.
नई $K$ का मान $13.6 \; eV$ ही रहेगा। नई कुल ऊर्जा $E' = K + U' = 13.6 - 40.78 = -27.18 \; eV$.
इलेक्ट्रॉन को मुक्त करने के लिए आवश्यक कार्य $27.18 \; eV$ है।

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प्रायोगिक रूप से यह पाया गया है कि एक हाइड्रोजन परमाणु को प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन में अलग करने के लिए $13.6 \; eV$ ऊर्जा की आवश्यकता होती है। हाइड्रोजन परमाणु में इलेक्ट्रॉन की कक्षीय त्रिज्या और वेग की गणना करें।

ग्राउंड स्टेट (Ground state) क्या है?

एक इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान $9.1 \times 10^{-31} \ kg$ है। यह $0.529 \times 10^{-10} \ m$ त्रिज्या की वृत्ताकार कक्षा में $2.2 \times 10^6 \ m/s$ की गति से नाभिक के चारों ओर घूमता है। इस गति में इसके रैखिक संवेग का परिमाण है:

हाइड्रोजन परमाणु में,एक इलेक्ट्रॉन मूल अवस्था (ground state) से उच्च ऊर्जा अवस्था में उत्तेजित होता है और उसका कक्षीय वेग उसके प्रारंभिक मान का $\frac{1}{3}$ हो जाता है। मूल अवस्था में कक्षा की त्रिज्या $R$ है। उस उच्च ऊर्जा अवस्था में कक्षा की त्रिज्या क्या होगी ($R$ में)?

एक हाइड्रोजन परमाणु अपनी $n^{\text{th}}$ ऊर्जा अवस्था में है। यदि इलेक्ट्रॉन की डी-ब्रोग्ली तरंगदैर्ध्य $\lambda$ है,तो:

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