Physics for Chemists IIIb - NFOE010

• Title: Fyzika pro chemiky IIIb
• Guaranteed by: Department of Chemical Physics and Optics (32-KCHFO)
• Faculty: Faculty of Mathematics and Physics
• Actual: from 2004
• Semester: summer
• E-Credits: 5
• Hours per week, examination: summer s.:2/1, C+Ex [HT]
• Capacity: unlimited
• Min. number of students: unlimited
• 4EU+: no
• Virtual mobility / capacity: no
• State of the course: taught
• Language: Czech
• Teaching methods: full-time
• Guarantor: doc. RNDr. Juraj Dian, CSc.
• Teacher(s): doc. RNDr. Juraj Dian, CSc.
• Classification: Physics > External Subjects

Annotation

English

Introduction in quantum mechanics.

Last update: G_F (26.05.2003)

Czech

Jevy a experimenty, které vedly k formulaci principů kvantové mechaniky. Elementární kvantová mechanika, volný elektron, atom vodíku, spin. Interakce záření s látkou. Krystalová struktura pevných látek, pásová struktura. Vlastnosti elektronů v kovech a v polovodičích. Elektronové přechody v nízkodimenzionálních krystalických strukturách a v amorfních látkách. Kmity krystalové mřížky. Přednáška je cílená pro experimentálně zaměřené posluchače anorganické, organické popř. analytické chemie.

Last update: G_F (16.12.2002)

Literature

1. D. Halliday, R.Resnick, J. Walker, Fyzika, Část 5 - Moderní fyzika, VUTIUM Brno & Prometheus Praha 2000.

2. A. Beiser, Úvod do moderní fyziky, Academia Praha 1978.

3. J. Pišút, J. Gomolčák, V. Černý, Úvod do kvantovej mechaniky, Alfa Bratislava, 1983.

4. Ch. Kittel, Úvod do fyziky pevných látek, Academia Praha 1985

5. R.P. Feynman, R.B. Leighton, M. Sands, Feynmanovy přednášky z fyziky 3, Fragment 2002.

Last update: Dian Juraj, doc. RNDr., CSc. (16.05.2004)

Requirements to the exam

Zkouška sestává z písemné a ústní části. Písemná část předchází části ústní, její nesplnění znamená, že celá zkouška je hodnocena známkou nevyhověl(a) a ústní částí se již nepokračuje. Nesložení ústní části znamená, že při příštím termínu je nutné opakovat obě části zkoušky, písemnou i ústní. Známka ze zkoušky se stanoví na základě hodnocení písemné a ústní části.

Písemná část zkoušky sestává z pěti příkladů, která korespondují se sylabem přednášky a současně odpovídají tomu, co bylo procvičováno na cvičení.

Požadavky u ústní části zkoušky odpovídají sylabu předmětu v rozsahu, který byl prezentován na přednášce.

Last update: Dian Juraj, doc. RNDr., CSc. (13.10.2017)

Syllabus

English

1. Black-body radiation. Photoelectric effect. Bohr model of atom, de Broglie mass waves. Wave-matter duality, wave mechanics.

2. Schrödinger equation. Description of physical variables in quantum mechanics, operator concept. Properties and physical meaning of wave function. Hamilton operator. Superposition principle. Measurability of physical variables, commutator of operators.

3. Heisenberg uncertainty relations. Correspondence principle. Electron in a quantum box.

4. Quantum mechanical description of a free particle, hydrogen atom. Quantum numbers. Angular momentum operator. Magnetic moment of electron. Spin. Bosons and fermions. Pauli principle.

5. Transitions between quantum states. Interaction of radiation with matter, Fermi golden rule. Uncertainty relations for energy and time. Stimulated absorption and emission, lasers.

6. Crystal structure of solids. Basic crystallographic concepts, Bravais lattice, Wigner-Seitz cell, Miller indexes.

7. Basic properties of Roentgen radiation. Diffraction of Rontgen rays, Bragg's and Laue equations. Spectral properties of Roentgen radiation. Reciprocal vectors, reciprocal space,

8. Brillouin zone, band structure of solids. Metals, semiconductors and isolators. Electrons in metals - Fermi gas of free electrons. Density of states.

9. Electrons in semiconductors - nearly free electron model. Electron in periodical potential, Bloch theorem. Direct and indirect band gap semiconductors. Electronic transitions in semiconductors, concept of hole and exciton. Intrinsic and doped semiconductors

10. Tunnel effect. Low dimensional structures, quantum wells, quantum wires, quantum dots.

11. Harmonic oscillator. Crystal lattice vibrations, phonons.

Last update: Dian Juraj, doc. RNDr., CSc. (24.02.2011)

Czech

1. Záření černého tělesa a fotoelektrický jev. Bohrův model atomu, de Broglieho vlny, dualita vln a částic. Vlnová mechanika.

2. Schrödingerova rovnice. Popis fyzikálních veličin v kvantové fyzice. Vlastnosti vlnové funkce, pojem operátoru. Princip superpozice. Měřitelnost fyzikálních veličin, komutátor operátorů.

3. Elektron v nekonečně hluboké potenciálové jámě. Heisenbergovy relace neurčitosti.

4. Volná částice, atom vodíku. Kvantová čísla. Operátor momentu hybnosti. Magnetický moment elektronu. Spin. Vlastnosti souboru částic. Bosony a fermiony, Pauliho princip.

5. Přechody mezi kvantovými stavy. Interakce záření s látkou. Relace neurčitosti pro energii a čas. Spontánní a stimulovaná emise, lasery.

6. Krystalová struktura pevných látek. Základní pojmy, Bravaisovy mřížky, Wigner-Seitzova cela, Millerovy indexy.

7. Základní vlastnosti rentgenového záření. Ohyb rentgenových paprsků. Vlastnosti rentgenového záření. Reciproké vektory, pojem reciprokého prostoru, vlnový vektor.

8. Brillouinova zóna, pásová struktura pevných látek. Kovy, polovodiče a izolanty. Elektrony v kovu. Fermiho plyn volných elektronů. Hustota stavů.

9. Elektrony v polovodičích, model téměř volných elektronů. Elektron v periodickém potenciálu. Polovodiče s přímým a nepřímým zakázaným pásem. Pojem díry a excitonu. Vlastní a dotované polovodiče.

10. Tunelový jev. Nízkodimenzionální struktury, kvantové jámy, kvantové dráty.

11. Harmonický oscilátor. Kmity krystalové mřížky, fonony.

Last update: Dian Juraj, doc. RNDr., CSc. (16.05.2004)