PřF:F4100 Úvod do fyziky mikrosvěta - Informace o předmětu
F4100 Úvod do fyziky mikrosvěta
Přírodovědecká fakultajaro 2015
- Rozsah
- 2/2. 4 kr. (příf plus uk plus > 4). Ukončení: zk.
- Vyučující
- prof. Mgr. Vít Kudrle, Ph.D. (přednášející)
doc. Mgr. Jaroslav Hnilica, Ph.D. (cvičící)
doc. Mgr. Pavel Souček, Ph.D. (cvičící) - Garance
- prof. RNDr. Michal Lenc, Ph.D.
Ústav fyziky a technologií plazmatu – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: prof. Mgr. Vít Kudrle, Ph.D.
Dodavatelské pracoviště: Ústav fyziky a technologií plazmatu – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta - Rozvrh
- Pá 8:00–9:50 F2 6/2012
- Rozvrh seminárních/paralelních skupin:
F4100/02: St 12:00–13:50 F1 6/1014, P. Souček - Předpoklady
- ( F1030 Mechanika a molekulová fyzika || F1040 Mechanika a molekulová fyzika )&&( F2050 Elektřina a magnetismus || F2070 Elektřina a magnetismus )
- Omezení zápisu do předmětu
- Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
- Mateřské obory/plány
- Fyzika (program PřF, B-FY)
- 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. 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 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 (anglický originál Fundamentals of Physics), část 5 - Moderní fyzika. Brno, Praha: Vutium, Prometheus, 2000, 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.
- Výukové metody
- Přednáška a výpočetní cvičení.
- Metody hodnocení
- 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 prezenční formy 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. Písemky bude umožněno napsat v náhradním termínu pouze ve výjimečných případech (např. nemoc doložená lékařským potvrzením). Účast na cvičení je kontrolovaná (více než tři neúčasti nejsou doporučeny). (2) Pro studenty kombinované formy studia (nezvolí-li jako alternativu podmínky pro studenty prezenční formy) Samostudium dle materiálů zveřejněných na webové stránce předmětu s využitím doporučené literatury a s možností konzultací s vyučujícím (nutno dohodnout předem, nejlépe mailem). Termíny písemek (viz podmínky pro studenty prezenční formy) si studenti po zvládnutí látky individuálně dohodnou se cvičícím učitelem. - Další komentáře
- Studijní materiály
Předmět je vyučován každoročně. - Nachází se v prerekvizitách jiných předmětů
- F4050 Úvod do fyziky mikrosvěta
F1030 && F1050 && (!F4050E) && !NOWANY(F4050E,F4100,F4100E) - F4050E Introduction to Microphysics
F1030 && F1050 && (!F4050) && !NOWANY(F4050,F4100,F4100E) - F4100E Introduction to Microphysics
((F1030||F1040)&&(F2050||F2070)) && (!F4050) && (!F4050E) && (!F4100) && !NOWANY(F4050,F4050E,F4100) - F5170 Úvod do fyziky plazmatu
(F2050 || F2070) && (F4100 || F4050) - F6040 Termodynamika a statistická fyzika
(F4120&&F4090)||(F4100)||(F4050) - F7661 Praktikum školních pokusů 1
F4050||F4060||F4100
- F4050 Úvod do fyziky mikrosvěta
- Statistika zápisu (jaro 2015, nejnovější)
- Permalink: https://is.muni.cz/predmet/sci/jaro2015/F4100