Předmět Úvod do fyziky mikrosvěta (F4100)

Na serveru studentino.cz naleznete nejrůznější studijní materiály: zápisky z přednášek nebo cvičení, vzorové testy, seminární práce, domácí úkoly a další z předmětu F4100 - Úvod do fyziky mikrosvěta, Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita (MU).

Materiál	Typ	Datum	Počet stažení

Cíl

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.Cílem předmětu je seznámit posluchače se základy moderní fyziky tak, aby porozuměli mikroskopické podstatě látek a principů, na nichž jsou založeny moderní technologie a metody zkoumání hmoty. Předmět připravuje posluchače rovněž 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 hmotouJaderné reakce, štěpení jader a řetězová reakce. Termojaderná fúzeA na závěr ještě další částice, částice, částice (a antičástice) a urychlovače částic (cyklotron, betatron)

Literatura

Halliday, David - Resnick, Robert - Walker, Jearl. Fyzika (anglický originál Fundamentals of Physics), část 5 - Moderní fyzika. Brno, Praha: Vutium, Prometheus, 2000, dotisk, 2006.BEISER, Arthur. Úvod do moderní fyziky [Beiser, 1978] : Perspectives of modern physics (Orig.). Translated by Josef Čada. 2. vyd. Praha: Academia, 1978. 628 s. infoÚlehla, Ivan - Suk, Michal - Trka, Zbyšek. Atomy, jádra, ástice. Praha: Academia, 1990.

Požadavky

(( F1030 Mechanika a molekulová fyzika || F1040 Mechanika a molekulová fyzika )&&( F2050 Elektřina a magnetismus || F2070 Elektřina a magnetismus )) && (! F4050 Úvod do fyziky mikrosvěta )

Garant

prof. RNDr. Jana Musilová, CSc.

Vyučující

doc. Mgr. Vít Kudrle, Ph.D.Mgr. Jaroslav Hnilica, Ph.D.Mgr. Pavel Souček, Ph.D.