F5060 Atomová a molekulová spektroskopie

Přírodovědecká fakulta
podzim 2021
Rozsah
2/2/0. 4 kr. (plus ukončení). Ukončení: zk.
Vyučováno částečně online.
Vyučující
doc. Mgr. Zdeněk Navrátil, Ph.D. (přednášející)
doc. Mgr. Pavel Slavíček, Ph.D. (přednášející)
doc. RNDr. Antonín Brablec, CSc. (cvičící)
doc. Mgr. Zdeněk Navrátil, Ph.D. (cvičící)
Garance
doc. Mgr. Zdeněk Navrátil, Ph.D.
Ústav fyzikální elektroniky - Fyzikální sekce - Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: doc. Mgr. Zdeněk Navrátil, Ph.D.
Dodavatelské pracoviště: Ústav fyzikální elektroniky - Fyzikální sekce - Přírodovědecká fakulta
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je otevřen studentům libovolného oboru.
Cíle předmětu
Cílem předmětu je uvést studenty do problematiky optické spektroskopie s ohledem na její využití při optické diagnostice plazmatu. Podcíle jsou dva: 1. Poskytnout studentům základy atomové a molekulové fyziky, které jsou potřebné pro vysvětlení optických spekter atomů a molekul (kupř. interakce v atomu a jejich vliv na spektra, značení termů a stavů, vliv vnějších polí) 2. Poskytnout studentům možnost vyzkoušet si základní spektroskopické měření na výjimečném laboratorním vybavení.
Výstupy z učení
Na konci kurzu budou studenti chápat základy atomové a molekulární fyziky, tak aby je bylo možné využít k diagnostice plazmatu pomocí optické emisní spektroskopie. Praktické dovednosti studenti získají v laboratoři při měření typických spekter a při řešení vybraných problémů z atomové a molekulární spektroskopie.
Osnova
  • Základy teorie struktury atomů
  • atomy s jedním elektronem - Schrodingerova rovnice pro atomy s jedním elektronem, kvantová čísla a vlnová funkce, hustota pravděpodobnosti, elektronový spin a jemná struktura
  • atomy se dvěma elektrony - Schrodingerova rovnice pro atomy se dvěma elektrony, Pauliho princip, výměnná interakce, obecná interakce energiových hladin v systémech se dvěma elektrony
  • atomy s mnoha elektrony - aproximace centrálním polem, LS vazba, odchylky od čisté LS vazby, polohová interakce
  • radiační přechody a výběrová pravidla - časově závislé poruchy, elektromagnetická interakce, dipólová aproximace, výběrová pravidla pro dipólové přechody, výběrová pravidla a multiplety v LS vazbě zakázané přechody Struktura atomů a atomová spektra
  • systémy s jedním elektronem - alkalické kovy, spektrální série, další systémy s jedním elektronem
  • systémy se dvěma elektrony - systémy v základním stavu s2, systémy v základním stavu p2, vzácné plyny
  • komplexní atomy
  • interpretace spekter
  • vnitřní excitace a autoionizace
  • izoelektronové sekvence
  • atomová struktura a periodická tabulka prvků
  • jaderné efekty - hyperjemná struktura, izotopy
  • vliv vnějších polí - Zeemanův a Starkův efekt Analýza atomových spekter
  • pozorování, empirické vztahy, termy, určování ionizační energie, databáze spektrálních čar a energetických hladin Struktura molekul
  • Born-Oppenheimerova aproximace
  • elektronová energie dvouatomových molekul - symetrické vlastnosti symetrických orbitálů, obecná struktura dvouatomových molekul, elektronové stavy
  • vibrační a rotační energie dvouatomových molekul polyatomární molekuly Molekulární spektra
  • pravděpodobnost přechodu a výběrová pravidla pro dvouatomové molekuly
  • rotační a vibrační spektra dvouatomových molekul
  • elektronová spektra - Hundova vazba, Franck - Condonův princip
  • další efekty ve spektrech dvouatomových molekul - satelitní pásy, chybějící rotační čáry, kontinuum, predisociace
  • Ramanovská spektra
  • spektra polyatomových molekul
  • Šířka a tvar spektrálních čar
  • Elementární spektroskopie plazmatu
  • Experimentální metody
  • Přednášky jsou doplněny laboratorním cvičením a řešením typických problémů z atomové a molekulární spektroskopie.
Literatura
  • TENNYSON, Jonathan. Astronomical spectroscopy : an introduction to the atomic and molecular physics of astronomical spectra. London: Imperial College Press, 2005. x, 192. ISBN 1860945139. info
  • THORNE, Anne P., Ulf LITZÉN a Sveneric JOHANSSON. Spectrophysics : principles and applications. Berlin: Springer-Verlag, 1999. xiv, 433. ISBN 3540651179. info
  • VAUGHAN, J. M. The Fabry-Perot interferometer :history, theory, practice and applications. Bristol: Adam Hilger, 1989. xix, 583 s. ISBN 0-85274-138-3. info
  • GRIEM, Hans R. Uširenije spektral'nych linij v plazme : Spectral line broadening by plasmas (Orig.) : Spectral line broadening by plasmas (Orig.). Moskva: Mir, 1970. 491 s. info
  • MARR, Geopffrey V. Plasma spectroscopy [Marr, 1968]. Amsterdam: Elsevier Scientific Publishing Company, 1968. xii, 316 s. info
Výukové metody
přednáška, řešení typických příkladů z atomové a molekulární spektroskopie ve cvičení, laboratorní cvičení, konzultace Cvičení a praktická část v laboratoři bude probíhat prezenční formou. V nouzové situaci bude použita forma distanční.
Metody hodnocení
Účast na laboratorních cvičení, jakož i na řešení příkladů, je povinná. Předmět je ukončen ústní zkouškou s diskusí o probraných problémech, která může být v případě nepříznivé epidemiologické situace realizována přes MS Teams.
Další komentáře
Předmět je dovoleno ukončit i mimo zkouškové období.
Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá každý týden.
Předmět je zařazen také v obdobích podzim 2007 - akreditace, podzim 1999, podzim 2010 - akreditace, podzim 2000, podzim 2001, podzim 2002, podzim 2003, podzim 2004, podzim 2005, podzim 2006, podzim 2007, podzim 2008, podzim 2009, podzim 2010, podzim 2011, podzim 2011 - akreditace, jaro 2012 - akreditace, podzim 2012, podzim 2013, podzim 2014, podzim 2015, podzim 2016, podzim 2017, podzim 2018, podzim 2019, podzim 2020.
  • Statistika zápisu (nejnovější)
  • Permalink: https://is.muni.cz/predmet/sci/podzim2021/F5060