在線即時計算器 · 純前端本地秒算 · 零數據上傳

⚡ Hydrogen Atom Wavefunction 計算機

專業免費的 Hydrogen Atom Wavefunction 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)
0.207554 單位為 a^(-3/2)
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...

這個計算器的功能

本工具用來計算類氫原子中電子的束縛態波函數,也就是單一電子環繞點電荷核(電荷 Z)時,定態薛丁格方程式的精確解。完整波函數可拆解為徑向部分與角度部分:\Psi(r, θ, \phi) = R_{nl}(r) × Y_l^m(θ, \phi)。它適用於氫原子(Z = 1)與氦離子 He+(Z = 2)。距離以波耳半徑為單位(a = 1),因此 \Psi 的單位為類原子單位 a^{-3/2}。

使用方式

先選擇核電荷 Z,再輸入三個量子數:主量子數 n(1、2、3……)、角量子數 l(0 到 n-1)、磁量子數 m(-l 到 +l)。接著輸入要計算波函數的空間位置:徑向距離 r(以波耳半徑為單位)、極角 θ(0 到 180 度),以及方位角 \phi(0 到 360 度)。計算器會回傳 \Psi 的模、實部與虛部,並提供 r 乘以 \Psi 的數值,方便進行徑向密度的視覺化。

公式說明

徑向函數 R_{nl}(r) 由幾個部分組成:一個歸一化常數、一個衰減的指數項 e^{-Zr/(na)}、一個冪次因子 \rho^l(其中 \rho = 2Zr/(na)),以及一個以有限級數計算的締合拉蓋爾多項式 L_{n-l-1}^{2l+1}(\rho)。角度函數 Y_l^m 則使用締合勒讓德函數 P_l^m(\cosθ) 與複數相位 e^{im\phi}。當 m = 0 時結果為純實數;當 m 不為 0 時則帶有相位,因此我們會同時列出實部、虛部與模。請注意,|\Psi|^2(機率密度)並不依賴於 \phi。

範例演算(1s 基態)

設定 Z = 1、n = 1、l = 0、m = 0、r = 1、θ = 0、\phi = 0。此時 \rho = 2,徑向前置因子為

√(((8 × 1) ÷ (2 × 1))) = 2
(含前置負號則為 -2),e^{-1} = 0.367879,拉蓋爾多項式 L_0^1(2) = 1,因此 R_{10}(1) = -0.735759。球諧函數
Y_0^0 = √(((1) ÷ (4π))) = 0.282095
兩者相乘得 \Psi = -0.207538,模為 0.207538,恰好與教科書中 1s 在 r = 1 處的值 ((1) ÷ (√(π))) e^{-r} 相符。

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)

為什麼我算出來的結果有時是負的?
本計算器在 \(R_{nl}\) 上採用常見的前置負號慣例。像 \(|\Psi|^2\) 這類物理可觀測量並不會受整體符號影響。
\(\Psi\) 的單位是什麼?
當波耳半徑設為 \(a = 1\) 時,\(\Psi\) 的單位為 \(a^{-3/2}\)。若要換算為 SI 單位,請將 \(r\) 乘以 \(a_0 = 5.29177 \times 10^{-11}\) 公尺,並將 \(\Psi\) 乘以 \(a_0^{-3/2}\) 縮放。
為什麼較高 \(l\) 值的狀態在 \(r = 0\) 處會消失?
只要 \(l > 0\),\(\rho^l\) 因子就會迫使 \(R_{nl}\) 在原點為零;唯有 s 軌域(\(l = 0\))在原子核處才有非零的密度。