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🧮 Quantum Number 計算機

專業免費的 Quantum Number 計算機。純前端本機毫秒級計算、零資料上傳、極致隱私保護。提供詳細公式推導、實例示範與常見問答。

即時推算結果 (Computed Output)
18 電子數(2n²)
專業公認計算模型,即時運算完畢
📜 計算歷史記錄 (試算軌跡)
尚無歷史記錄,每次點擊「計算」將在此留下試算軌跡...

什麼是量子數計算機?

這個計算機只要輸入一個主量子數 n,就能立即推算出該電子層所允許的整組量子數與容量。量子數就像是電子在原子中的專屬「地址」:包含能階(n)、亞層形狀(l)、軌域方向(mₗ)以及自旋。只要給定 n,量子力學的規則便能確定 l 與 mₗ 的允許值,以及這一層能容納多少亞層、軌域和電子。

使用方法

輸入一個整數的主量子數 n(第一層為 1、第二層為 2,依此類推)。計算機會回傳最大電子數(2n^2)、角量子數 l 的範圍(0 到 n-1)、亞層數(n)、軌域數(n^2),以及每個亞層的磁量子數範圍(-l 到 +l)。

公式解析

對於給定的電子層 n:角量子數 l 可以是從 0 到 n-1 的任意整數,因此恰好有 n 個亞層(s、p、d、f…)。對於每一個 l,磁量子數 mₗ 共有 2l+1 個整數值,範圍從 -l 到 +l。將 l 從 0 到 n-1 的所有 2l+1 相加,便得到 n^2 個軌域。由於每個軌域可容納兩個電子(自旋為 ±\tfrac{1}{2}),因此最大電子數為 2n^2。

\begin{gathered} Orbitals = n^{2}, Max Electrons = 2 n^{2} \\[1.5em] where ≤ft{ \begin{aligned} Subshells &= n \\ \ell_{\max} &= n - 1 \end{aligned} \right. \end{gathered}

範例演算

以 n = 3 為例,此時 l = 0、1、2(三個亞層:3s、3p、3d)。軌域數為 n^2 = 9(一個 s、三個 p、五個 d)。最大電子數為

2n^2 = 2 × 9 = 18
在 d 亞層中,mₗ 的數值範圍可從 -2 一路到 +2。

使用注意事項與精準校對原則(6 大核心守則)

📐 1. 嚴格對齊輸入量綱與單位

輸入各項數值時請務必確認量綱(例如小時、天數、金額、百分比),避免單位不匹配引發推算偏差。

🔒 2. 純前端本機毫秒級隱私保障

所有計算邏輯 100% 在您的終端瀏覽器內完成,資料絕不上傳伺服器,嚴格守護商業與個人隱私。

📊 3. 符合公認學術與產業計算模型

演算法嚴格遵循國際通用數學公式與標準計算模型,經多重情境交叉核對,數值嚴密精確。

📋 4. 一鍵複製與免登入 PDF 匯出

支援一鍵複製推算結果字串至剪貼簿,亦可直接點擊列印按鈕輸出純淨 PDF 工作報表。

🔄 5. 多情景敏感度動態對比

建議針對極端值與多組預期情景分別試算,觀察輸出數據的波動區間,輔助做出更穩健的決策。

🛡️ 6. 專業諮詢與日常參考免責聲明

本工具運算結果供日常排程、學業研習與事前參考之用,如涉及重大法規或投資決策請諮詢持證專家。

常見問題 (FAQ)

為什麼最大值是 2n²?
第 \(n\) 層共有 \(n^2\) 個軌域,而每個軌域可容納 2 個自旋相反的電子,所以最大電子數是 \(2 \times n^2 = 2n^2\)。
l = 0、1、2、3 分別代表什麼?
它們依序對應 s、p、d、f 四種亞層。
一個亞層有多少個 mₗ 值?
恰好是 \(2l+1\) 個,從 \(-l\) 到 \(+l\) 以整數逐步遞增。