UFPA216 Perspectives of Modern Physics

Faculty of Philosophy and Science in Opava
Summer 2012
Extent and Intensity
3/0/0. 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)
UFPA112 Introductory Electricity and M
Course Enrolment Limitations
The course is offered to students of any study field.
Course objectives (in Czech)
Předmět zavede studenty ke studiu nitra hmoty. Budou formulovány fyzikální zákony platné pro mikrosvět a jejich důsledky nezbytné pro pochopení principů moderních technologií. Obsah (Sylabus) - Od atomů k nanotechnologiím. Můžeme atomy pozorovat? Nástin principů moderních zobrazovacích metod. Lze s jednotlivými atomy cíleně manipulovat? Jak dokážeme rozlišit atomy. - Černé těleso a kvantování energie. Teplotní vyzařování. Stefanův a Boltzmannův zákon. Wienovy zákony. Planckův vyzařovací zákon a představa kvantování energie. Vyzařování černého tělesa v praxi. - Atomy a jádra. Rutherfordův experiment a planetární model atomu. Rutherfordova formule. Spektrální série atomu vodíku a jejich sjednocení. Bohrův model atomu vodíku a postuláty. Elektronové energetické hladiny a jejich experimentální důkaz. - Dualismus. Energie jako vlnění a jako částice ? fotoefekt, Comptonův jev. Částice a vlnově částicový dualismus ? de Broglieova hypotéza a její experimentální potvrzení. Heisenbergovy relace neurčitosti. - 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 ? tunelový jev. Kvantování momentu hybnosti. Spin elektronu. Momenty hybnosti, kvantová čísla a magnetické momenty. Harmonický oscilátor. Řešení Schrödingerovy rovnice pro atom vodíku. Kulové a radiální funkce. Orbitály. - Atomy s mnoha elektrony. Experimentální potvrzení prostorového kvantování. Spin orbitální interakce. Pauliho vylučovací princip. Slupkový model atomu. Periodicita kvantových stavů elektronů v atomech. Periodický systém prvků. - Rentgenové záření a jeho aplikace. Buzení rentgenového záření ? rentgenka, prahová vlnová délka. Brzdné a charakteristické záření. Moseleyův zákon. Augerův jev. Zeslabení rentgenového záření při prozařování ? součinitel zeslabení. Aplikace rentgenového záření ? zobrazovací metody (počítačová tomografie), fázová a prvková analýza. - Lasery a jejich aplikace. Zářivé přechody v elektronovém obalu. Stimulovaná absorpce. Spontánní emise. Stimulovaná emise. Podmínky pro vznik inverzní populace ? realizace kvantového generátoru. Mechanismus generování inverzní populace. Způsoby excitace média. He ? Ne laser. Vlastnosti laserů a jejich aplikace. - Radioaktivita, štěpení jader a termojaderná fúze. Atomová jádra ? poloměr, hmotnost, jaderná vazební energie, jaderná síla. Radioaktivní rozpad ? rozpadový zákon, aktivita. Rozpady: alfa, beta a gama. Radioaktivní datování. Štěpení jader ? štěpná jaderná reakce, fragmenty, uvolněná energie, mechanismus průběhu štěpení, jaderný reaktor. Termojaderná fúze ve hvězdách ? řízená fúze, Lawsonovo kritérium, perspektivy. - Interakce ionizujícího záření s látkou, jeho měření a aplikace. Průchod těžkých nabitých částic látkou ? ionizace a excitace, brzdná schopnost, Braggova křivka, dosah. Průchod elektronů látkou ? ionizační ztráty, emise brzdného záření, kritická energie, dosah. Průchod fotonů látkou ? zeslabení. Fotoefekt, Comptonův efekt, tvorba párů. Cíle detekce ? rozlišení částic: prostorové, časové, energetické. Detektory ? plynové, scintilační, polovodičové. Čerenkovovy detektory, kalorimetry. Dráhové detektory. Aplikace záření ? technika, věda, medicína.
Syllabus (in Czech)
  • - Od atomů k nanotechnologiím. Můžeme atomy pozorovat? Nástin principů moderních zobrazovacích metod. Lze s jednotlivými atomy cíleně manipulovat? Jak dokážeme rozlišit atomy.
    - Černé těleso a kvantování energie. Teplotní vyzařování. Stefanův a Boltzmannův zákon. Wienovy zákony. Planckův vyzařovací zákon a představa kvantování energie. Vyzařování černého tělesa v praxi.
    - Atomy a jádra. Rutherfordův experiment a planetární model atomu. Rutherfordova formule. Spektrální série atomu vodíku a jejich sjednocení. Bohrův model atomu vodíku a postuláty. Elektronové energetické hladiny a jejich experimentální důkaz.
    - Dualismus. Energie jako vlnění a jako částice - fotoefekt, Comptonův jev. Částice a vlnově částicový dualismus - de Broglieova hypotéza a její experimentální potvrzení. Heisenbergovy relace neurčitosti.
    - 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 - tunelový jev. Kvantování momentu hybnosti. Spin elektronu. Momenty hybnosti, kvantová čísla a magnetické momenty. Harmonický oscilátor. Řešení Schrödingerovy rovnice pro atom vodíku. Kulové a radiální funkce. Orbitály.
    - Atomy s mnoha elektrony. Experimentální potvrzení prostorového kvantování. Spin orbitální interakce. Pauliho vylučovací princip. Slupkový model atomu. Periodicita kvantových stavů elektronů v atomech. Periodický systém prvků.
    - Rentgenové záření a jeho aplikace. Buzení rentgenového záření - rentgenka, prahová vlnová délka. Brzdné
    a charakteristické záření. Moseleyův zákon. Augerův jev. Zeslabení rentgenového záření při prozařování - součinitel zeslabení. Aplikace rentgenového záření - zobrazovací metody (počítačová tomografie), fázová a prvková analýza.
    - Lasery a jejich aplikace. Zářivé přechody v elektronovém obalu. Stimulovaná absorpce. Spontánní emise. Stimulovaná emise. Podmínky pro vznik inverzní populace - realizace kvantového generátoru. Mechanismus generování inverzní populace. Způsoby excitace média. He - Ne laser. Vlastnosti laserů a jejich aplikace.
    - Radioaktivita, štěpení jader a termojaderná fúze. Atomová jádra - poloměr, hmotnost, jaderná vazební energie, jaderná síla. Radioaktivní rozpad - rozpadový zákon, aktivita. Rozpady: alfa, beta a gama. Radioaktivní datování. Štěpení jader - štěpná jaderná reakce, fragmenty, uvolněná energie, mechanismus průběhu štěpení, jaderný reaktor. Termojaderná fúze ve hvězdách - řízená fúze, Lawsonovo kritérium, perspektivy.
    - Interakce ionizujícího záření s látkou, jeho měření a aplikace. Průchod těžkých nabitých částic látkou - ionizace a excitace, brzdná schopnost, Braggova křivka, dosah. Průchod elektronů látkou - ionizační ztráty, emise brzdného záření, kritická energie, dosah. Průchod fotonů látkou - zeslabení. Fotoefekt, Comptonův efekt, tvorba párů. Cíle detekce - rozlišení částic: prostorové, časové, energetické. Detektory - plynové, scintilační, polovodičové. Čerenkovovy detektory, kalorimetry. Dráhové detektory. Aplikace záření - technika, věda, medicína.
Literature
    recommended literature
  • Vybraná měření v atomové a jaderné fyzice. Skriptum. Slezská univerzita v Opavě, 2001. info
  • Halliday D., Resnik R., Walker J. Fyzika. Část 5. 2000 - VUTIUM. Brno, PROMETHEUS, Praha., 2000. info
  • Úlehla I., Suk M., Trka Z. Atomy, jádra, částice. Academia, Praha, 1990. info
  • Feynman R. P., Leighton R. B., Sands M. Feynmanove přednášky z fyziky. ALFA, Bratislava, 1990. info
Language of instruction
Czech
Further Comments
The course can also be completed outside the examination period.
The course is also listed under the following terms Summer 2010, Summer 2011.
  • Enrolment Statistics (recent)
  • Permalink: https://is.slu.cz/course/fpf/summer2012/UFPA216