UFPA116 Úvod do moderní fyziky

Filozoficko-přírodovědecká fakulta v Opavě
léto 2014
Rozsah
1/1/0. 4 kr. Ukončení: zk.
Vyučující
doc. Ing. Petr Habrman, CSc. (přednášející)
doc. Ing. Petr Habrman, CSc. (cvičící)
Garance
doc. Ing. Petr Habrman, CSc.
Centrum interdisciplinárních studií – Filozoficko-přírodovědecká fakulta v Opavě
Předpoklady
UFPA112 Zákl. elektř. a magnet. && UFPA110 Mech. a molek. fy pro apl. fyz
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Předmět zavede studenty ke studiu nitra hmoty. Budou formulovány fyzikální zákony platné pro mikrosvět a jejich důsledky nezbytné pro pochopení principů moderních technologií. Součástí přednášek jsou experimentální demonstrace diagnostických, analytických a zobrazovacích postupů a metod.
Osnova
  • 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.
Literatura
    povinná literatura
  • HALLIDAY D., RESNICK R., WALKER J. Fyzika. Část 4 a 5. VUTIUM Brno, 2000. ISBN 80-214-1868-0. info
    doporučená literatura
  • 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
Výukové metody
Přednáška s aktivizací
Přednáška s diskusí
Demonstrace
Metody hodnocení
Zápočet
Kombinovaná zkouška
Informace učitele
Zkouška je písemná a ústní.
S hodnotícími kritérii jsou studenti detailně seznámeni při zahájení výuky při přednášce a to včetně souboru zkušebních otázek.
Další komentáře
Předmět je dovoleno ukončit i mimo zkouškové období.
Předmět je zařazen také v obdobích léto 1994, léto 1995, léto 1996, léto 1997, léto 1998, léto 1999, léto 2000, léto 2001, léto 2002, léto 2003, léto 2004, léto 2005, léto 2006, léto 2007, léto 2008, léto 2009, léto 2010, léto 2011, léto 2012, léto 2013, léto 2015.