Moderná fyzika 2024/25
Skúška
Vzorové zadanie skúšky Tu.
Zoznam otázok Tu.
Odporúčaná literatúra:
R.A.Serwey: Modern Physics 3rd Edition, cez google
Rozvrh
https://liveuniba.sharepoint.com/:b:/s/Cloud_disk/ERgPvt1GyZRDpmheN-2K1r8BXBd2PRqL9E_FAInAZtkI5w?e=6Dx6kV
1. prednáška
Na úvodnej prednáške sme sa venovali klasicikej fyzike: mechanike a kinetickej teórii plynov. Klúčové poznatky sú:
Ekvipartičná teoréma a exponenciálne klesajúca pravdepodobnosť výskytu stavov s vysokou energiou.
2. prednáška
Elektomagnetické vlnenie, Maxwellove rovnice a vlnova rovnica - len zhrnutie, aby sme mohli ukazať, že nabitý objekt ak má nenulové zrýchlenie,
tak vyžaruje ataktiež jav interferencie vĺn. Žiarenie dokonale čierneho telesa (teleso ktoré absorbuje všetko dopadajúve žiarenie, nič neodráža)
je úmerné kvadrátu teploty - Stephanov-Boltzmanov zákon. Vlnová dĺža maximálne spektrálnej intenzity žiarenia je nepriamo úmerné teplote - Wienov posunovaci zákon.
Žiarenie dokonale čierneho telesa–klasická fyzika: Rayleighov–Jeansov zákon zlyhá v opise žiarenia čierneho telesa.
3. prednáška
Dobrú zhodu s experimentom je možné získať pomocou predstavy kvantovania energie stojatých vĺn v dutine.
Kvantum energie E0=hv. Odvodenie planckovho zákona. Plnackova konštanta h= 6.626e-34 J.s = 4.135e-15 eV.s.
4. prednáška
Fotoelektrický jav- experimenty s vákuovou diódou, pri ktorých sa dôsledkom dopadajúceho žiarenia na kov uvoľnia elektróny - sa dá vysvetliť pomocou fotónov,
ktoré maju energiu E=hv. Maximálna kinetická energia uvoľnených fotónov je potom E_max=hv-Phi_0, kde Phi_0 je výstupná práca, teda minimálna energia potrebná
na uvolnenie elektrónu z kovu. Comptonov jav- rozptyl energetických fotónov na elektróne - experiment sa dá opísať ako zrážka dvoch častíc.
5. prednáška
Fotóny v gravitačnom poli – Energia fotónov, teda frekvencie žiarenia, sa mení dôsledkom pôsobenia gravitácie.
Hmota je tvorená z atómov, Thomsonov experiment s katódovou trubicou: pomer e/m a platí univerzálne, nezvisle o voľby materiálu-kovu.
Milikanov experiment - presné určenie náboja e. Rutherfordov experiment a planetárny model atómu. Atómové spektrá.
6. prednáška
Absorbčná a emisná spektroskopia a spektrálne série.
Bohrov model atómu hodíka úspešne vysvetľuje atomárne spektrá a dostávame bohrov polomer atómu vodíka a0=0.53x10-10m.
Franckov-Hertzov experiment priamo potvrdil existenciu diskrétnych energetických hladím a atómoch. Einsteinove koeficienty emisie a absorbcie.
7. prednáška
Jav stimulovanej emisie a zosilnenie pomocou stimulovanej emisie - LASER/MASER. De Broglieho vlnová dĺžka - Časticiam pripisujeme vlnovú dĺžku.
Priame potvrdenie ponúka Davissonov-Germerov experiment. Pri ostreľovaní povrchu kryštálu dochádza k rozptylu - difrakcii - elektrónov a nie k ich odrazu.
Vlnové vlastnosti elektónov využíva elektrónový mikroskop – vo všeobecnosti rozlišovacia schopnosť mikroskopov je limitovaná vlnovou dĺžkou vĺn.
De Broglieho vlnová dĺžka - Časticiam pripisujeme vlnovú dĺžku a z rovinných vĺn (ktoré sa dajú ťažko stotožniť s časticou, nie sú lokalizované) môžeme
pomocou fourierovho integálu vyskladať balík, grupu, ktorý sa šíri s grupovou rýchlosťou vg. Šírka balíka v k priestore a priestore x je previazaná.
8. prednáška
De Broglieho vlny a princípu neurčitosti. Heisenbergov mikroskop, vlnovo-časticový dualizmus a dvojštrbinový experiment.
9. prednáška
Dvojštrbinový experiment - dokončenie. Bornova interpretacia vlnovej funkcie a vlastnosti vlnovej funkcie. Voľná častica a častica v prítomnosti síl.
Schrodingerova rovnica.
10. prednáška
Schrodingerova rovnica, metoda separácie premenných. Bezčasová Schrodingerova rovnica. Nekonečná potenciálová jama.
11. prednáška
Nekonečná potenciálová jama a superpozícia stavov. Konečná potenciálová jama - približné, iteračné riešenie.
12. prednáška
Kvantový lineárny oscilátor - Schrodingerova rovnica pre kvadratický potenciál, odhad vlnovej funkcie pre základný stav, vlastnosti riešení
a energetické spektrum oscilátora. Stredné hodnoty fyzikálnych veličín. Ostré a neurčité hodnoty.
13. prednáška
Radiačný prechod- dovolené a zakázané prechody. Rozptylové stavy, potenciálový skok, amplitúda a koeficient odrazu a prechodu.
14. prednáška
Kvantové tunelovanie, studená emisia elektónov.
15. prednáška
Alfa rozpad- tunelovanie alfa častice. Rastrovací skenovací mikroskop. Kvantová mechanika v troch rozmeroch - častica v krabici.
16. prednáška
Kvantová mechanika v troch rozmeroch - sféricky symetrický potenciál a kvantovanie momentu hybnosti. Atóm vodíka.
17. prednáška
Atóm vodíka v magnetickom poli a Zeemanova energia a Larmorova frekvencia. Sternov-Gerlachov experiment, spin elektrónu.
18. prednáška
Prejav spinu v atómových spektrách. Spin-orbitálna väzba a celkový moment hybnosti elektrónu v atóme vodíka.
Pauliho vylučovací princíp a elektrónová konfigurácia.
19. prednáška
Elektrónová konfigurácia a periodická tabulka prvkov. Molekuly, rotačná a vibračná energia molekúl.
20. prednáška
Spektrá molekúl a výberové pravidlá pre optické prechody. Molekula H2+ a kondenzované látky.
21. prednáška
Kryštály a druhy kryštálovej väzby, klasická a kvantová teória elektrickej vodivosti elektrónového plynu a pásová štruktúra tuhých látok.
22. prednáška
pásová štruktúra tuhých látok. Jadrová fyzika: veľkosť jadra, vlastnosti nukleónov - spin a JMR, Stabilita jadier a väzbová energia.
23. prednáška
Väzbová energia, kvapkový model jadra, rádioaktívne rozpady, aktivita a počas rozpadu a rádiometrické datovanie, jadrové reakcie- štiepenie a fúzia jadier.