F4100 Úvod do fyziky mikrosvěta

Přírodovědecká fakulta
jaro 2006
Rozsah
2/2. 4 kr. (příf plus uk plus > 4). Doporučované ukončení: zk. Jiná možná ukončení: kz.
Vyučující
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (přednášející)
Mgr. Lenka Czudková, Ph.D. (cvičící)
Garance
prof. RNDr. Michal Lenc, Ph.D.
Ústav teoretické fyziky a astrofyziky – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: prof. RNDr. Petr Dub, CSc.
Rozvrh
Út 13:00–14:50 VUT-P5
  • Rozvrh seminárních/paralelních skupin:
F4100/01: Čt 9:00–10:50 F3,03015, L. Czudková, P. Dub
F4100/02: Čt 15:00–16:50 F3,03015, L. Czudková, P. Dub
Předpoklady
( F1040 Mechanika a molekulová fyzika && F2070 Elektřina a magnetismus )||( F1030 Mechanika a molekulová fyzika && F2050 Elektřina a magnetismus )
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Atomová struktura látek, vztah pozorování atomů a látek v reálném a reciprokém prostoru, částicové vlastnosti záření (fotony), částicový a vlnový charakter elektronů a částic (atomů, molekul...), základy kvantové mechaniky, stavba a spektra atomů, elektronová struktura soustav mnoha atomů, molekuly a pevné látky, základy jaderné fyziky. Předmět, kromě poskytnutí základních poznatků o vlastnostech mikroobjektů a jejich soustav, připravuje posluchače na axiomatický výklad kvantové mechaniky, která na něj navazuje.
Osnova
  • 1. Atomová struktura látek: Nepřímá evidence z chemie a krystalografie. Přímá evidence: difrakce a mikroskopie (rtg difrakce, LEED, STM/AFM). Pozorování objemu a povrchů látek. 2. Fotony a de Broglieho vlny: Světelné vlny a fotony (fotoelektrický jev, Comptonův rozptyl, dvojštěrbinový experiment s fotony. Elektrony a de Broglieho vlny (dvojštěrbinový experiment s elektrony elektron jako vlna pravděpodobnosti). Rozptyl čehokoli na čemkoli. 3. Základy kvantové mechaniky: Vlnová funkce a Schrödingerova rovnice, pravděpodobnostní interpretace vlnové funkce a dvojštěrbinový experiment, Heisenbergovy relace neurčitosti. Částice a potenciálová bariéra tunelování. Částice v potenciálové jámě kvantování (pravoúhlé potenciálové jámy, harmonický oscilátor). Kvantové přechody v energiovém spektru absorpce a emise fotonu. Elektronové pasti ve dvou a třech rozměrech degenerace energiových hladin. 4. Atom: Stavba a spektra atomů. Tři pilíře elektronové struktury: kvantování energie a momentu hybnosti, spin, Pauliho vyučovací princip. Atomy v magnetickém poli: štěpení energiových hladin (Zeemanův jev), prostorové kvantování (Sternův-Gerlachův pokus). Procházka periodickou soustavou prvků. Přechody v elektronovém obalu: optická a rentgenová spektra. Fotoelektrony (vnitřní fotoelektrický jev a XPS) a Augerovy elektrony. Stimulovaná emise a lasery. Skládání momentů hybnosti a magnetismus atomů. Spin orbitální interakce a jemná struktura spektrálních čar*. 5. Molekuly a pevné látky: Vazba mezi atomy (iontová, kovalentní, kovová, Van der Waalsova) Struktura molekul (vodík, voda, čpavek, vazba atomů uhlíku).Rotační, vibrační a elektronová spektra molekul. Pevné látky: amorfní, krystalické (vazba a struktura). Studium krystalové struktury difrakce záření na krystalech, Braggův zákon. Elektronová struktura pevných látek: od atomů k pásové struktuře. Pásová struktura v krystalech a její zaplnění elektrony: kov - izolant, kov. Polovodiče vlastní a příměsové. Vodivost kovů a polovodičů, vliv teploty. 6. Jaderná fyzika: Nukleony - proton a neutron. Atomové hmotnosti- hmotnostní spektroskopie. Jaderný spin a magnetismus (jaderná magnetická rezonance). Jaderná vazební energie. Radioaktivní rozpad: statistika rozpadu. Rozpad alfa, rozpad beta (neutrino). Záření gama a Mössbauerův jev. Interakce záření gama s hmotou Jaderné reakce, štěpení jader a řetězová reakce. Termojaderná fúze A na závěr ještě další částice, částice, částice (a antičástice) a urychlovače částic (cyklotron, betatron)
Literatura
  • Halliday, David - Resnick, Robert - Walker, Jearl. Fyzika, část 5 - Moderní fyzika. Brno, Praha: Vutium, Prometheus, dotisk, 2006.
  • BEISER, Arthur. Úvod do moderní fyziky. Translated by Josef Čada. Vyd. 2. Praha: Academia, 1978, 628 s. info
  • Úlehla, Ivan - Suk, Michal - Trka, Zbyšek. Atomy, jádra, ástice. Praha: Academia, 1990.
Metody hodnocení
Výuka: klasická přednáška, klasické cvičení Zkouška: písemná a ústní. Písemná část obsahuje příklady podobné těm, které byly zadávány na písemkách ve cvičeních. V ústní části student odpovídá na dvě otázky ze zveřejněného seznamu 77 otázek.
Navazující předměty
Informace učitele
http://physics.fme.vutbr.cz/ufi.php?Action=0&Id=56
Podmínky pro přihlášení se ke zkoušce (1) Pro studenty obou forem studia: Absolvování dvou písemek ohlášených alespoň dva týdny předem. První písemka pokrývá látku cvičení 1-4, druhá látku cvičení 5 a 6. Do písemek budou především zařazeny otázky a úlohy ze základní učebnice HRW. Za každou z písemek lze získat 50 bodů, v celkovém součtu je nutno získat alespoň 50 bodů. Pro studenty prezenční formy studia bude umožněno napsat písemky v náhradním termínu pouze ve výjimečných případech (např. nemoc doložená lékařským potvrzením). Studenti kombinované formy napíší písemky v termínu dohodnutém s učitelem. (2) Účast na cvičení je pro studenty prezenční formy studia kontrolovaná (více než tři neúčasti nejsou doporučeny).
Další komentáře
Předmět je vyučován jednou za dva roky.
Nachází se v prerekvizitách jiných předmětů
Předmět je zařazen také v obdobích jaro 2008 - akreditace, jaro 2011 - akreditace, jaro 2003, jaro 2004, jaro 2005, jaro 2007, jaro 2008, jaro 2009, jaro 2010, jaro 2011, jaro 2012, jaro 2012 - akreditace, jaro 2013, jaro 2014, jaro 2015, jaro 2016, jaro 2017, jaro 2018, jaro 2019, jaro 2020, jaro 2021, jaro 2022, jaro 2023, jaro 2024, jaro 2025.