PřF:F4050 Úvod do fyziky mikrosvěta - Informace o předmětu
F4050 Úvod do fyziky mikrosvěta
Přírodovědecká fakultajaro 2022
- Rozsah
- 4/2/0. 5 kr. (příf plus uk plus > 4). Ukončení: zk.
- Vyučující
- prof. Mgr. Vít Kudrle, Ph.D. (přednášející)
doc. Mgr. Tomáš Hoder, Ph.D. (cvičící)
doc. Mgr. Pavel Souček, Ph.D. (cvičící) - Garance
- prof. Mgr. Vít Kudrle, 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
- St 12:00–13:50 F3,03015, Čt 9:00–10:50 F1 6/1014
- Rozvrh seminárních/paralelních skupin:
F4050/02: Čt 13:00–14:50 F3,03015, P. Souček - Předpoklady
- F1030 Mechanika && F1050 Termika a molekulová fyzika && (! F4050E Introduction to Microphysics )
- Omezení zápisu do předmětu
- Předmět je otevřen studentům libovolného oboru.
Jiné omezení: Není možné získat zároveň kredity za předmět F4050 a některý z předmětů F4050E, F4100 nebo F4100E. - Cíle předmětu
- Hlavním cílem je usnadnit studentům přechod od klasické fyziky k fyzice kvantové. Na základě význammných experimentů a teorií budou ukázány nedostatky klasické fyziky, které se podařilo překonat pouze radikálním odklonem od doposud budovaného fyzikálního uvažování. Předmět je určitou přípravkou pro navazující Základy kvantové mechaniky, kde bude kvantový aparát vybudován rigorózně.
- Výstupy z učení
- Student bude po absolvování předmětu schopen:
-jmenovat, popsat a vysvětlit významné experimenty, které zpochobnily klasickou fyziku
-porozumět mikroskopické podstatě látek
-porozumět základním principům kvantového popisu
-orientovat se v základních metodách zkoumání hmoty
-chápat význam vlnové funkce a její propojení s pravděpodobností
-pokračovat v následujícím předmětu Základy kvantové mechaniky - Osnova
- 1. Atomová struktura látek: Nepřímá evidence z chemie a krystalografie. Přímá evidence: difrakce a mikroskopie (rtg difrakce, LEED, STM/AFM). Pozorování objemu a povrchu látek.
- 2. Záření černého tělesa. Relevantní zákony: Planck, Jeans, Wien, Stefan-Boltzmann.
- 3. 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).
- 4. 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.
- 5. 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). Fyzikální pohled na periodickou soustavou chemických 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.
- 6. 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, polovodič, izolant. Polovodiče vlastní a příměsové. Vodivost kovů a polovodičů, vliv teploty.
- 7. 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.
- 8. Systém stavebních kamenů světa - kvarky, leptony, mezony, hadrony, bosony interakcí. Základní metody studia částic - urychlovače, detektory. Úzký vztah mezi fyzikou částic a kosmologií.
- Literatura
- FEYNMAN, Richard Phillips, Robert B. LEIGHTON a Matthew L. SANDS. Feynmanovy přednášky z fyziky : revidované vydání s řešenými příklady. Translated by Ivan Štoll. 2. vyd. Praha: Fragment, 2013, xii, 732. ISBN 9788025316429. info
- ČERNÝ, Miroslav, Petr DUB, Jiří KOMRSKA, Michal LENC, Bohumila LENCOVÁ, Miroslav LIŠKA, Jana MUSILOVÁ, Pavla MUSILOVÁ, Jan OBDRŽÁLEK, Jiří PETRÁČEK, Jiří SPOUSTA a Marian ŠTRUNC. Fundamentals of Physics extended (D. Halliday, R. Resnick, J. Walker). Druhé přepracované vydání. Brno, ČR: Vysoké učení technické v Brně - Nakladatelství VUTIUM, 2013, 1333 s. ISBN 978-80-214-4123-1. info
- JANČA, Jan. Obecná fyzika. 1. vyd. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, 1989, 294 s. info
- BEISER, Arthur. Úvod do moderní fyziky. Translated by Josef Čada. Vyd. 1. Praha: Academia, 1975, 628 s. URL info
- ŠPOL'SKIJ, Èduard Vladimirovič. Atomová fysika. 2. vyd. Praha: Státní nakladatelství technické literatury, 1958, 603 s. URL info
- ŠPOL'SKIJ, Èduard Vladimirovič. Atomová fysika. Translated by Jaroslav Pernegr - Josef Tuček - Jaroslav Pačes. Vyd. 1. Praha: Technicko-vědecké vydavatelství, 1952, 497 s. URL info
- Výukové metody
- Přednáška, cvičení.
- Metody hodnocení
- Průběžné hodnocení ve cvičeních, písemná a ústní část zkoušky.
- Navazující předměty
- Další komentáře
- Studijní materiály
Předmět je vyučován každoročně. - Nachází se v prerekvizitách jiných předmětů
- F4050E Introduction to Microphysics
F1030 && F1050 && (!F4050) && !NOWANY(F4050,F4100,F4100E) - F4100 Úvod do fyziky mikrosvěta
((F1030||F1040)&&(F2050||F2070)) && (!F4050) && (!F4050E) && (!F4100E) && !NOWANY(F4100E,F4050E,F4050) - F4100E Introduction to Microphysics
((F1030||F1040)&&(F2050||F2070)) && (!F4050) && (!F4050E) && (!F4100) && !NOWANY(F4050,F4050E,F4100) - F5030 Základy kvantové mechaniky
F4120 || F4050 - 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
- F4050E Introduction to Microphysics
- Statistika zápisu (jaro 2022, nejnovější)
- Permalink: https://is.muni.cz/predmet/sci/jaro2022/F4050