Потенціа́льна я́ма — скінченна область простору, в якій потенціальна енергія частинки менша, ніж зовні.
Потенціальна яма зазвичай характеризується шириною й глибиною (або висотою). Точка з найнижчим значенням потенціальної енергії називається дном ями.
Якщо повна енергія частинки менша за висоту потенціальної ями, то частинка здійснює в ямі коливання, частота яких визначається формою та розмірами ями.
Точки, де повна енергія частинки дорівнює потенціальній енергії, називаються точками повороту. На рисунку праворуч ці точки позначені та .
Потенціальна яма утворюється внаслідок існування сил притягання.
Для виходу з ями частинка повинна отримати енергію.
Квантова механіка
Рух квантово-механічної частинки в потенціальній ямі має певні особливості в порівнянні з класичним рухом. Енергія квантово-механічної частинки в потенціальній ямі може набирати лише певних фіксованих дискретних значень. Найнижчий енергетичний рівень має енергію вищу за енергію дна ями. Квантово-механічна частинка локалізується не в будь-якій ямі. Дуже мілкі ями не можуть її утримати.
Квантова хімія У квантовій хімії поведінка частинки в потенціальній ямі описується рівнянням Шредінгера. Оскільки при цьому хвильова функція частинки не стає нулем на стінках бар'єра й поза ним, то існує певна ймовірність проникнення частинки крізь бар'єр при енергії нижчій, ніж потрібно для подолання бар'єра (тунельний ефект).
Потенціальна яма — одна з найпростіших моделей у квантовій хімії, для якої існує точний розв'язок рівняння Шредінгера. Для частинки в потенціальній ямі потенціальне поле має вигляд:
для від до ,
для або ,
тобто вважається, що на частинку не діють жодні сили, а стінки ями є для неї непроникними.
Значення
Задача про рух частинки в потенціальній ямі є однією з найважливіших у фізиці. Глибина та форма ями визначають частоти коливань частинок, які проявляються в оптичних спектрах. Існування потенціальних ям для частинок обмежує їхню дифузію, для активації якої необхідно, щоб частинки отримували певну енергію внаслідок взаємодії із тепловим рухом інших частинок.
Див. також
Квантування Бора-Зомерфельда Розмірне квантування Потенціальний бар'єр
Література Глосарій термінів з хімії // Й.Опейда, О.Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет — Донецьк: «Вебер», 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0