UFMM009 Introduction to modern physics

Faculty of Philosophy and Science in Opava
Summer 2023
Extent and Intensity
4/0/0. 6 credit(s). Type of Completion: zk (examination).
Teacher(s)
doc. Ing. Petr Habrman, CSc. (lecturer)
Guaranteed by
doc. Ing. Petr Habrman, CSc.
Centrum interdisciplinárních studií – Faculty of Philosophy and Science in Opava
Prerequisites (in Czech)
UFMM001 Mechanics and molecular physic && UFMM004 Introductory Electricity and M
Course Enrolment Limitations
The course is also offered to the students of the fields other than those the course is directly associated with.
fields of study / plans the course is directly associated with
Course objectives
The course objective is to provide students with basic ideas of quantum physics in order to be capable of understanding microscopical nature of matter and principles, which the advanced materials technologies and modern experimental methods are based on. The lectures are supplemented by experimental demonstrations of diagnostic, analytical and imaging techniques and methods.
Syllabus (in Czech)
  • Od atomů k nanotechnologiím. Můžeme atomy pozorovat? Přehled principů a dosažených výsledků moderních zobrazovacích metod. Lze s jednotlivými atomy cíleně manipulovat? Jak dokážeme rozlišit atomy, určit jejich hmotnost a další jejich vlastnosti.
    Černé těleso, teplotní vyzařování a kvantování energie. Stefanův a Boltzmannův zákon. Wienovy zákony. Planckův vyzařovací zákon a představa kvantování energie. Vyzařování černého tělesa v praxi.
    Dualismus. Energie jako vlnění a jako částice. Fotoefekt, Comptonův jev. De Broglieova hypotéza a její experimentální potvrzení. Heisenbergovy relace neurčitosti.
    Atomy a jádra. Rutherfordův experiment a planetární model atomu. Spektrální série atomu vodíku a jejich sjednocení. Bohrův model atomu vodíku a postuláty. Elektronové energetické hladiny a jejich experimentální důkaz.
    Úvod do kvantové mechaniky. Vlnová funkce v kvantové mechanice. Základní matematický aparát kvantové mechaniky. Časová a bezčasová Schrödingerova rovnice. Částice v potenciálové jámě. Kvantování energie. Potenciálová bariéra a tunelový jev. Momenty hybnosti, magnetické momenty a kvantová čísla. Harmonický oscilátor. Řešení Schrödingerovy rovnice pro atom vodíku.
    Atomy s mnoha elektrony. Pauliho vylučovací princip. Slupkový model atomu. Periodicita kvantových stavů elektronů v atomech.
    Rentgenové záření a jeho aplikace. Buzení rentgenového záření. Brzdné a charakteristické záření. Moseleyův zákon. Augerův jev. Zeslabení rentgenového záření při prozařování. Aplikace rentgenového záření, počítačová tomografie.
    Lasery a jejich aplikace. Zářivé přechody v elektronovém obalu. Stimulovaná absorpce. Spontánní a stimulovaná emise. Inverzní populace a realizace kvantového generátoru. Vlastnosti laserů a jejich aplikace.
    Atomová jádra a jejich základní vlastnosti. Vazbová energie a jaderná síla. Kapkový a slupkový model jader. Jaderná magnetická rezonance a její aplikace.
    Jaderné reakce, druhy a mechanismy průběhu. Účinný průřez jaderné reakce.
    Radioaktivita, štěpení jader a termojaderná fúze. Rozpadový zákon, aktivita. Rozpady: alfa, beta a gama. Radioaktivní datování. Štěpná jaderná reakce, uvolněná energie, mechanismus štěpení, jaderný reaktor. Termojaderná fúze ve hvězdách a řízená fúze, Lawsonovo kritérium, perspektivy.
    Interakce ionizujícího záření s látkou, jeho měření a aplikace. Průchod těžkých a lehkých nabitých částic látkou. Ionizace a excitace, emise brzdného záření, Braggova křivka, dosah. Mechanismy zeslabení záření gama při průchodu látkou. Principy a cíle detekce ionizujícího záření. Detektory a rozlišení částic: prostorové, časové, energetické. Přehled trasovacích, analytických a zobrazovacích metod. Principy radiační ochrany.
Literature
    required literature
  • HALLIDAY D., RESNICK R., WALKER J. Fyzika. Část 4 a 5. VUTIUM Brno, 2000. ISBN 80-214-1868-0. info
    recommended literature
  • LILLEY J. S. Nuclear Physics. Principles and Applications. John Wiley Chichester, 2005. ISBN 0-471-97936-8. info
  • ÚLEHLA I., SUK M., TRKA Z. Atomy, jádra, částice. Academia Praha, 1990. ISBN 80-200-0135-2. info
Teaching methods
Interactive lecture
Lecture supplemented with a discussion
Assessment methods (in Czech)
Kombinovaná zkouška
Language of instruction
Czech
Further comments (probably available only in Czech)
The course can also be completed outside the examination period.
Teacher's information
The exam is written and oral. With the assessment criteria students are acquainted in detail at the start of teaching in a lecture and receives a set of test questions.
The course is also listed under the following terms Summer 2014, Summer 2015, Summer 2016, Summer 2017, Summer 2018, Summer 2019, Summer 2020, Summer 2021, Summer 2022.
  • Enrolment Statistics (recent)
  • Permalink: https://is.slu.cz/course/fpf/summer2023/UFMM009