Fizyka ogólna IV

podstawowy

FIZ_W02, FIZ_W03, FIZ_W04, FIZ_W05, FIZ_W06, FIZ_W07

Fizyka ogólna I, II, III

Czwarta część Fizyki ogólnej dotycząca atomowej struktury materii

Program przedmiotu (30 h wykładu i 30 h ćwiczeń rachunkowych):

1. Korpuskularno-falowa natura promieniowania elektromagnetycznego. Zjawisko fotoelektryczne. Zjawisko fotochemiczne. Zjawisko Comptona. Doświadczenie Lebiediewa.

2. Hipoteza de Broglie'a. Prędkość fazowa i grupowa fal de Broglie'a. Równanie falowe Schrödingera-Kleina-Gordona.

3. Doświadczalne potwierdzenie hipotezy de Broglie'a. Przykłady doświadczeń potwierdzających korpuskularno-falową naturę cząstek elementarnych, atomów i molekuł.

4. Elektron w skończonej studni potencjału. Dwu- i trójwymiarowe pułapki elektronów. Inne pułapki elektronów: nanokryształy, kropki kwantowe, zagrody kwantowe. Funkcja falowa elektronu. Gęstość prawdopodobieństwa detekcji elektronu.

5. Potencjał schodkowy dla energii elektronu wyższej/niższej od wysokości progu. Potencjał w postaci bariery.

6. Modele atomów: Thomsona, Rutherforda, Bohra (postulaty Bohra), Bohra-Sommerfelda współczesny. Atom wodoru: poziomy energetyczne, serie w widmie emisyjnym, liczby kwantowe.

7. Podstawowe właściwości atomów. Doświadczenie Francka-Hertza - potwierdzenie dyskretnych stanów stacjonarnych postulowanych w modelu Bohra. Doświadczenie Einsteina- de Hassa i doświadczenie Barnetta - sprzężenie momentu pędu i momentu magnetycznego pojedynczych atomów. Doświadczenie Sterna-Gerlacha - spin elektronu.

8. Atom w polu magnetycznym - anomalne zjawisko Zeemana, normalne zjawisko Zeemana. Atom w silnym zewnętrznym polu magnetycznym - zjawisko Paschena-Backa. Atom w polu elektrycznym - zjawisko Starka.

9. Budowa układu okresowego. Promieniowanie rentgenowskie i numerowanie pierwiastków - doświadczenie Mosleya. Zakaz Pauliego. Reguły Hunda.

10. Teoria pasmowa ciał stałych. Właściwości elektryczne ciał stałych: izolatory, półprzewodniki (poziomy donorowe i akceptorowe), metale, nadprzewodniki. Dioda półprzewodnikowa. Tranzystor.

11. Lasery i światło laserowe. Emisja spontaniczna i wymuszona, inwersja obsadzeń. Laser helowo-neonowy. Laser argonowy.

12. Rozpraszanie ramanowskie - metoda detekcji struktury oscylacyjno-rotacyjnej cząsteczek.

13. Właściwości jąder atomowych. Ścieżka stabilności nuklidów, rozpady radioaktywne. Szeregi promieniotwórcze. Prawo rozpadu promieniotwórczego. Reakcja rozszczepienia i syntezy jąder atomowych.

14. Model kroplowy jądra atomowego. Formuła Bethe-Weizsäckera, wnioski z niej wynikające. Model powłokowy jądra atomowego. Liczby magiczne.

15. Cząstki elementarne i ich klasyfikacja. Kwarkowy model cząstek elementarnych. Multiplety o określonym spinie i parzystości. Kwarki, gluony, pojęcie koloru.

Opis przygotował: Paweł Pęczkowski

[1] Robert Eisberg, Robert Resnick, Fizyka kwantowa, atomów, cząsteczek, ciała stałego, jąder i cząstek elementarnych, PWN, Warszawa, 1983.

[2] Jerzy Ginter." Fizyka fal. Fale w ośrodkach jednowymiarowych. Fale w ośrodkach niejednorodnych", t.1, PWN, Warszawa, 1993.

[3] Jerzy Ginter." Fizyka fal. Promieniowanie i dyfrakcja. Stany związane", t.2, PWN, Warszawa, 1993.

[4] Hermann Haken, Hans C. Wolf, "Fizyka molekularna z elementami chemii kwantowej", PWN, Warszawa, 1998.

[5] Hermann Haken, Hans C. Wolf, Atomy i kwanty. Wprowadzenie do współczesnej spektroskopii atomowej, PWN, Warszawa, 2002.

[6] David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker, "Podstawy fizyki", t.5, PWN, Warszawa, 2007.

[7] Paweł Pęczkowski, "Tajemnicza mechanika kwantowa. Doświadczenia ukazujące korpuskularno-falową naturę materii", t.1, Oficyna Wydawnicza ŁOŚGraf, Warszawa, 2011.

[8] Paweł Pęczkowski, "Tajemnicza mechanika kwantowa. Doświadczenia ukazujące kwantowe własności atomów i cząstek elementarnych", t.2, ICMB, Warszawa, 2015.

[9] Zofia Leś, Podstawy fizyki atomu, PWN, Warszawa, 2021.

Literatura uzupełniająca (prace oryginalne):

- L. de Broglie, "Wave and quanta", Nature (London) 112, 540, 1923.

- C.J. Davisson, L.H. Germer, "The scattering of electrons by a single crystal of nickel", Nature (London) 119, 558, 1927.

- C. Jönsson, "Electron diffraction at multiple slits", Am. J. Phys. 41(1), 4, 1974.

- A. Zeilinger, et al., "Single and double-slit diffraction of neutrons", Rev. Mode. Phys. 60, 4, 1988.

- O. Cornal, J. Mlynek, "Young's double-slit experiment with atoms: a simple atom interferometer", Phys. Rev. Lett. 66, 2689, 1991.

- O. Nairz, M. Arndt, A. Zellinger, "Quantum interference experiments with large molecules", Am. J. Phys. 71(4), 319, 2003.

- L. Hackermüller, K. Hornberger, et al., "The wave nature of biomolecules and fluorofullerenes", Phys. Rev. Lett. 91, 090408, 2003.

- N. Bohr, "On the constitution of atoms and molecules", Phil. Mag. 26, 1, 1913.

- J. Franck, G. Hertz, "Über Zusammenstösse zwischen Elektronen und den Molekülen des Quecksilberdampfes und die Ionisierungsspannung desselbe"n, Verh. DPG 16, 457, 1914.

- W. Gerlach, O. Stern, "Der experimentelle Nachweis des magnetischen Moments des Silberatoms", Z. Phys. 8, 110, 1922.

- W. Gerlach, O. Stern, "Der experimentelle Nachweis der Richtungsquantlung in Magnetfield", Z. Phys. 9, 349, 1922.

- A. Einstein, W.J. de Haas, "Experimenteller Nachweis der Ampèreschen Molekulaströme", Deut. Phys. Gesell. 17, 152, 1915.

- D.J. Barnett, "The magnetization of iron, nickel, and cobalt by rotation and the nature of the magnetic molecule", Phys. Rev. 10, 7, 1917.

- P. Zeeman, "On the influence of magnetism on the nature of the light emitted by substance", Phil. Mag. 43, 226, 1897.

a) Wiedza. Student posiada wiedzę z zakresu zjawisk i praw fizyki jądrowej, atomowej i podstaw fizyki ciała stałego.

b) Umiejętności. Student w sposób jasny potrafi zinterpretować i opisać zjawiska jądrowe, atomowe. Rozumie istotę i specyfikę fizyki atomowej i jądrowej oraz podstaw fizyki ciała stałego. W oparciu o posiadaną wiedzę umie zastosować aparat matematyczny do rozwiązywania zadań rachunkowych.

c) Kompetencje społeczne. Student wie na czym polegają procesy zachodzące w atomach, jądrach atomowych i ciele stałym.

- Kolokwium pisemne w połowie semestru

- Końcowy egzamin pisemny / ustny

- W ramach ćwiczeń z przedmiotu Fizyka IV Student/-ka jest zobowiązan(y)/-a wykonać 10 projektów - zadań zawartych w kartach pracy.

Nie ma praktyk zawodowych.

E-Learning (pełny kurs) z podziałem na grupy

obowiązkowy

nie dotyczy

E-Learning (pełny kurs) z podziałem na grupy

Wykłady - 2 pkt. ECTS

Ćwiczenia - 2 pkt. ECTS

obowiązkowy

nie dotyczy

Czwarta część Fizyki ogólnej dotycząca atomowej struktury materii

Program przedmiotu (30 h wykładu i 30 h ćwiczeń rachunkowych):

1. Korpuskularno-falowa natura promieniowania elektromagnetycznego. Zjawisko fotoelektryczne. Zjawisko fotochemiczne. Zjawisko Comptona. Doświadczenie Lebiediewa.

2. Hipoteza de Broglie'a. Prędkość fazowa i grupowa fal de Broglie'a. Równanie falowe Schrödingera-Kleina-Gordona.

3. Doświadczalne potwierdzenie hipotezy de Broglie'a. Przykłady doświadczeń potwierdzających korpuskularno-falową naturę cząstek elementarnych, atomów i molekuł.

4. Elektron w skończonej studni potencjału. Dwu- i trójwymiarowe pułapki elektronów. Inne pułapki elektronów: nanokryształy, kropki kwantowe, zagrody kwantowe. Funkcja falowa elektronu. Gęstość prawdopodobieństwa detekcji elektronu.

5. Potencjał schodkowy dla energii elektronu wyższej/niższej od wysokości progu. Potencjał w postaci bariery.

6. Modele atomów: Thomsona, Rutherforda, Bohra (postulaty Bohra), Bohra-Sommerfelda współczesny. Atom wodoru: poziomy energetyczne, serie w widmie emisyjnym, liczby kwantowe.

7. Podstawowe właściwości atomów. Doświadczenie Francka-Hertza - potwierdzenie dyskretnych stanów stacjonarnych postulowanych w modelu Bohra. Doświadczenie Einsteina- de Hassa i doświadczenie Barnetta - sprzężenie momentu pędu i momentu magnetycznego pojedynczych atomów. Doświadczenie Sterna-Gerlacha - spin elektronu.

8. Atom w polu magnetycznym - anomalne zjawisko Zeemana, normalne zjawisko Zeemana. Atom w silnym zewnętrznym polu magnetycznym - zjawisko Paschena-Backa. Atom w polu elektrycznym - zjawisko Starka.

9. Budowa układu okresowego. Promieniowanie rentgenowskie i numerowanie pierwiastków - doświadczenie Mosleya. Zakaz Pauliego. Reguły Hunda.

10. Teoria pasmowa ciał stałych. Właściwości elektryczne ciał stałych: izolatory, półprzewodniki (poziomy donorowe i akceptorowe), metale, nadprzewodniki. Dioda półprzewodnikowa. Tranzystor.

11. Lasery i światło laserowe. Emisja spontaniczna i wymuszona, inwersja obsadzeń. Laser helowo-neonowy. Laser argonowy.

12. Rozpraszanie ramanowskie - metoda detekcji struktury oscylacyjno-rotacyjnej cząsteczek.

13. Właściwości jąder atomowych. Ścieżka stabilności nuklidów, rozpady radioaktywne. Szeregi promieniotwórcze. Prawo rozpadu promieniotwórczego. Reakcja rozszczepienia i syntezy jąder atomowych.

14. Model kroplowy jądra atomowego. Formuła Bethe-Weizsäckera, wnioski z niej wynikające. Model powłokowy jądra atomowego. Liczby magiczne.

15. Cząstki elementarne i ich klasyfikacja. Kwarkowy model cząstek elementarnych. Multiplety o określonym spinie i parzystości. Kwarki, gluony, pojęcie koloru.

Opis przygotował: Paweł Pęczkowski

[1] Robert Eisberg, Robert Resnick, Fizyka kwantowa, atomów, cząsteczek, ciała stałego, jąder i cząstek elementarnych, PWN, Warszawa, 1983.

[2] Jerzy Ginter." Fizyka fal. Fale w ośrodkach jednowymiarowych. Fale w ośrodkach niejednorodnych", t.1, PWN, Warszawa, 1993.

[3] Jerzy Ginter." Fizyka fal. Promieniowanie i dyfrakcja. Stany związane", t.2, PWN, Warszawa, 1993.

[4] Hermann Haken, Hans C. Wolf, "Fizyka molekularna z elementami chemii kwantowej", PWN, Warszawa, 1998.

[5] Hermann Haken, Hans C. Wolf, Atomy i kwanty. Wprowadzenie do współczesnej spektroskopii atomowej, PWN, Warszawa, 2002.

[6] David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker, "Podstawy fizyki", t.5, PWN, Warszawa, 2007.

[7] Paweł Pęczkowski, "Tajemnicza mechanika kwantowa. Doświadczenia ukazujące korpuskularno-falową naturę materii", t.1, Oficyna Wydawnicza ŁOŚGraf, Warszawa, 2011.

[8] Paweł Pęczkowski, "Tajemnicza mechanika kwantowa. Doświadczenia ukazujące kwantowe własności atomów i cząstek elementarnych", t.2, ICMB, Warszawa, 2015.

[9] Zofia Leś, Podstawy fizyki atomu, PWN, Warszawa, 2021.

Literatura uzupełniająca (prace oryginalne):

- L. de Broglie, "Wave and quanta", Nature (London) 112, 540, 1923.

- C.J. Davisson, L.H. Germer, "The scattering of electrons by a single crystal of nickel", Nature (London) 119, 558, 1927.

- C. Jönsson, "Electron diffraction at multiple slits", Am. J. Phys. 41(1), 4, 1974.

- A. Zeilinger, et al., "Single and double-slit diffraction of neutrons", Rev. Mode. Phys. 60, 4, 1988.

- O. Cornal, J. Mlynek, "Young's double-slit experiment with atoms: a simple atom interferometer", Phys. Rev. Lett. 66, 2689, 1991.

- O. Nairz, M. Arndt, A. Zellinger, "Quantum interference experiments with large molecules", Am. J. Phys. 71(4), 319, 2003.

- L. Hackermüller, K. Hornberger, et al., "The wave nature of biomolecules and fluorofullerenes", Phys. Rev. Lett. 91, 090408, 2003.

- N. Bohr, "On the constitution of atoms and molecules", Phil. Mag. 26, 1, 1913.

- J. Franck, G. Hertz, "Über Zusammenstösse zwischen Elektronen und den Molekülen des Quecksilberdampfes und die Ionisierungsspannung desselbe"n, Verh. DPG 16, 457, 1914.

- W. Gerlach, O. Stern, "Der experimentelle Nachweis des magnetischen Moments des Silberatoms", Z. Phys. 8, 110, 1922.

- W. Gerlach, O. Stern, "Der experimentelle Nachweis der Richtungsquantlung in Magnetfield", Z. Phys. 9, 349, 1922.

- A. Einstein, W.J. de Haas, "Experimenteller Nachweis der Ampèreschen Molekulaströme", Deut. Phys. Gesell. 17, 152, 1915.

- D.J. Barnett, "The magnetization of iron, nickel, and cobalt by rotation and the nature of the magnetic molecule", Phys. Rev. 10, 7, 1917.

- P. Zeeman, "On the influence of magnetism on the nature of the light emitted by substance", Phil. Mag. 43, 226, 1897.

E-Learning (pełny kurs) z podziałem na grupy

Wykłady - 2 pkt. ECTS

Ćwiczenia - 2 pkt. ECTS

obowiązkowy

nie dotyczy

Czwarta część Fizyki ogólnej dotycząca atomowej struktury materii

Program przedmiotu (30 h wykładu i 30 h ćwiczeń rachunkowych):

1. Korpuskularno-falowa natura promieniowania elektromagnetycznego. Zjawisko fotoelektryczne. Zjawisko fotochemiczne. Zjawisko Comptona. Doświadczenie Lebiediewa.

2. Hipoteza de Broglie'a. Prędkość fazowa i grupowa fal de Broglie'a. Równanie falowe Schrödingera-Kleina-Gordona.

3. Doświadczalne potwierdzenie hipotezy de Broglie'a. Przykłady doświadczeń potwierdzających korpuskularno-falową naturę cząstek elementarnych, atomów i molekuł.

4. Elektron w skończonej studni potencjału. Dwu- i trójwymiarowe pułapki elektronów. Inne pułapki elektronów: nanokryształy, kropki kwantowe, zagrody kwantowe. Funkcja falowa elektronu. Gęstość prawdopodobieństwa detekcji elektronu.

5. Potencjał schodkowy dla energii elektronu wyższej/niższej od wysokości progu. Potencjał w postaci bariery.

6. Modele atomów: Thomsona, Rutherforda, Bohra (postulaty Bohra), Bohra-Sommerfelda współczesny. Atom wodoru: poziomy energetyczne, serie w widmie emisyjnym, liczby kwantowe.

7. Podstawowe właściwości atomów. Doświadczenie Francka-Hertza - potwierdzenie dyskretnych stanów stacjonarnych postulowanych w modelu Bohra. Doświadczenie Einsteina- de Hassa i doświadczenie Barnetta - sprzężenie momentu pędu i momentu magnetycznego pojedynczych atomów. Doświadczenie Sterna-Gerlacha - spin elektronu.

8. Atom w polu magnetycznym - anomalne zjawisko Zeemana, normalne zjawisko Zeemana. Atom w silnym zewnętrznym polu magnetycznym - zjawisko Paschena-Backa. Atom w polu elektrycznym - zjawisko Starka.

9. Budowa układu okresowego. Promieniowanie rentgenowskie i numerowanie pierwiastków - doświadczenie Mosleya. Zakaz Pauliego. Reguły Hunda.

10. Teoria pasmowa ciał stałych. Właściwości elektryczne ciał stałych: izolatory, półprzewodniki (poziomy donorowe i akceptorowe), metale, nadprzewodniki. Dioda półprzewodnikowa. Tranzystor.

11. Lasery i światło laserowe. Emisja spontaniczna i wymuszona, inwersja obsadzeń. Laser helowo-neonowy. Laser argonowy.

12. Rozpraszanie ramanowskie - metoda detekcji struktury oscylacyjno-rotacyjnej cząsteczek.

13. Właściwości jąder atomowych. Ścieżka stabilności nuklidów, rozpady radioaktywne. Szeregi promieniotwórcze. Prawo rozpadu promieniotwórczego. Reakcja rozszczepienia i syntezy jąder atomowych.

14. Model kroplowy jądra atomowego. Formuła Bethe-Weizsäckera, wnioski z niej wynikające. Model powłokowy jądra atomowego. Liczby magiczne.

15. Cząstki elementarne i ich klasyfikacja. Kwarkowy model cząstek elementarnych. Multiplety o określonym spinie i parzystości. Kwarki, gluony, pojęcie koloru.

Opis przygotował: Paweł Pęczkowski

[1] Robert Eisberg, Robert Resnick, Fizyka kwantowa, atomów, cząsteczek, ciała stałego, jąder i cząstek elementarnych, PWN, Warszawa, 1983.

[2] Jerzy Ginter." Fizyka fal. Fale w ośrodkach jednowymiarowych. Fale w ośrodkach niejednorodnych", t.1, PWN, Warszawa, 1993.

[3] Jerzy Ginter." Fizyka fal. Promieniowanie i dyfrakcja. Stany związane", t.2, PWN, Warszawa, 1993.

[4] Hermann Haken, Hans C. Wolf, "Fizyka molekularna z elementami chemii kwantowej", PWN, Warszawa, 1998.

[5] Hermann Haken, Hans C. Wolf, Atomy i kwanty. Wprowadzenie do współczesnej spektroskopii atomowej, PWN, Warszawa, 2002.

[6] David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker, "Podstawy fizyki", t.5, PWN, Warszawa, 2007.

[7] Paweł Pęczkowski, "Tajemnicza mechanika kwantowa. Doświadczenia ukazujące korpuskularno-falową naturę materii", t.1, Oficyna Wydawnicza ŁOŚGraf, Warszawa, 2011.

[8] Paweł Pęczkowski, "Tajemnicza mechanika kwantowa. Doświadczenia ukazujące kwantowe własności atomów i cząstek elementarnych", t.2, ICMB, Warszawa, 2015.

[9] Zofia Leś, Podstawy fizyki atomu, PWN, Warszawa, 2021.

Literatura uzupełniająca (prace oryginalne):

- L. de Broglie, "Wave and quanta", Nature (London) 112, 540, 1923.

- C.J. Davisson, L.H. Germer, "The scattering of electrons by a single crystal of nickel", Nature (London) 119, 558, 1927.

- C. Jönsson, "Electron diffraction at multiple slits", Am. J. Phys. 41(1), 4, 1974.

- A. Zeilinger, et al., "Single and double-slit diffraction of neutrons", Rev. Mode. Phys. 60, 4, 1988.

- O. Cornal, J. Mlynek, "Young's double-slit experiment with atoms: a simple atom interferometer", Phys. Rev. Lett. 66, 2689, 1991.

- O. Nairz, M. Arndt, A. Zellinger, "Quantum interference experiments with large molecules", Am. J. Phys. 71(4), 319, 2003.

- L. Hackermüller, K. Hornberger, et al., "The wave nature of biomolecules and fluorofullerenes", Phys. Rev. Lett. 91, 090408, 2003.

- N. Bohr, "On the constitution of atoms and molecules", Phil. Mag. 26, 1, 1913.

- J. Franck, G. Hertz, "Über Zusammenstösse zwischen Elektronen und den Molekülen des Quecksilberdampfes und die Ionisierungsspannung desselbe"n, Verh. DPG 16, 457, 1914.

- W. Gerlach, O. Stern, "Der experimentelle Nachweis des magnetischen Moments des Silberatoms", Z. Phys. 8, 110, 1922.

- W. Gerlach, O. Stern, "Der experimentelle Nachweis der Richtungsquantlung in Magnetfield", Z. Phys. 9, 349, 1922.

- A. Einstein, W.J. de Haas, "Experimenteller Nachweis der Ampèreschen Molekulaströme", Deut. Phys. Gesell. 17, 152, 1915.

- D.J. Barnett, "The magnetization of iron, nickel, and cobalt by rotation and the nature of the magnetic molecule", Phys. Rev. 10, 7, 1917.

- P. Zeeman, "On the influence of magnetism on the nature of the light emitted by substance", Phil. Mag. 43, 226, 1897.