Квантовая Физика — Задание ЕГЭ по физике №00010571

Энергию всегда отсчитывают от какого-то условного нуля. Для атома договорились так: нулевой энергией обладает электрон, который оторвался от ядра, улетел очень далеко и там покоится. Он свободен и с ядром уже не взаимодействует.

Теперь сравним с ним электрон в атоме. Он связан с ядром притяжением: чтобы вырвать его и сделать свободным, нужно затратить энергию, то есть сообщить её электрону. Раз после добавления энергии получается ноль, значит, до этого энергия была меньше нуля — отрицательной.

Например, в атоме водорода на нижнем уровне $E_1=-13{,}6$ эВ. Это значит, что для отрыва электрона нужно сообщить ему $13{,}6$ эВ:

$$-13{,}6\ \text{эВ}+13{,}6\ \text{эВ}=0$$

Похоже на яму: мяч на дне ямы имеет меньшую энергию, чем на поверхности земли, и чтобы его достать, надо совершить работу. Если нулём считать уровень земли, энергия мяча в яме отрицательна.

Это вариант 3.

Знак заряда (вариант 1) ни при чём: энергия протона, связанного в ядре, тоже отрицательна, хотя его заряд положителен. Ошибки тут нет (вариант 2) — это удобный выбор начала отсчёта. Направление вращения (вариант 4) на энергию не влияет.