Uniwersytet w Białymstoku - Centralny System UwierzytelnianiaNie jesteś zalogowany | zaloguj się
katalog przedmiotów - pomoc

Fizyka atomu i cząsteczki

Informacje ogólne

Kod przedmiotu: 0900-FS2-2FAC Kod Erasmus / ISCED: 13.205 / (brak danych)
Nazwa przedmiotu: Fizyka atomu i cząsteczki
Jednostka: Wydział Fizyki.
Grupy: Fizyka - II stopień stacjonarne - obow
Punkty ECTS i inne: (brak)
zobacz reguły punktacji
Język prowadzenia: polski
Rodzaj przedmiotu:

kierunkowe
obowiązkowe

Wymagania (lista przedmiotów):

Elementy elektrodynamiki klasycznej 0900-FM1-2EEK
Fizyka statystyczna 0900-FS2-1FST
Mechanika kwantowa 0900-FS2-1MKT

Założenia (lista przedmiotów):

Elementy mechaniki kwantowej 0900-FS1-3EMK
Metody matematyczne fizyki 0900-FS2-1MMF

Założenia (opisowo):

Celem przedmiotu jest zapoznanie studentów z teoretycznymi i doświadczalnymi faktami dotyczącymi fizyki atomu i cząsteczki. Szczególny nacisk kładzie się na opis teoretyczny prowadzący do wyjaśnienia znanych wyników doświadczalnych.

Tryb prowadzenia przedmiotu:

w sali

Skrócony opis:

Fizyka atomu i cząsteczki jest jedno-semestralnym kursem przedmiotu, obejmującym 30 godzin wykładu i 45 godzin konwersatorium.

Treść nauczania obejmuje:

  • Atom jednoelektronowy bez uwzględnienia spinu --- struktura prosta
  • Oddziaływanie atomu jednoelektronowego z promieniowaniem
  • Wybrane zagadnienia spektoskopii
  • Atom jednoelektronowy ze spinem --- struktura subtelna
  • Atom dwuelektronowy
  • Atomy wieloelektronowe
  • Oddziaływanie za stałymi polami zewnętrznymi
  • Struktura nadsubtelna
  • Przesunięcia izotopowe
  • Elementy teorii cząsteczek i wiązań chemicznych
Pełny opis:

Profil studiów: ogólnoakademicki.

Forma studiów: stacjonarne.

Moduł: fizyka teoretyczna, przedmiot obowiązkowy.

Dziedzina i dyscyplina nauki: nauki fizyczne, fizyka.

Rok studiów, semestr: 2 rok, 3 semestr, studia II stopnia.

Wymagania wstępne: elementy elektrodynamiki klasycznej, mechanika kwantowa, fizyka statystyczna.

Metody dydaktyczne: wykład, rozwiązywanie zadań, zadania domowe, dyskusje, konsultacje, samodzielne studiowanie.

Punkty ECTS: 8.

Bilans nakładu pracy studenta: wykład (30 godzin), konwersatorium (45 godzin), przygotowanie do zajęć (112.5 godziny), udział w konsultacjach przedmiotowych (3 godziny), przygotowanie do egzaminu końcowego i udział w egzaminie (10+3 godziny).

Wskaźniki ilościowe: wykład (1.2 punktów ECTS), konwersatorium (1.8 punktów ECTS), przygotowanie do zajęć (4.5 punktów ECTS), udział w konsultacjach przedmiotowych (0.12 punktów ECTS), przygotowanie do egzaminu końcowego i udział w egzaminie (0.52 punkty ECTS).

Zagadnienia rozpatrywane na wykładzie:

  • Atom jednoelektronowy bez uwzględnienia spinu --- struktura prosta
  • Oddziaływanie atomu jednoelektronowego z promieniowaniem
    • Współczynniki Einsteina
    • Relacje Einsteina
    • Prawdopodobieństwa przejścia
    • Przybliżenie elektryczne dipolowe
    • Reguły wyboru dla l i m
  • Wybrane zagadnienia spektoskopii
    • Linie widmowe
    • Przyczyny poszerzenia linii widmowych
    • Lasery
  • Atom jednoelektronowy ze spinem --- struktura subtelna
    • Fakty wskazujące na istnienie wewnętrznych stopni swobody elektronu --- dubletowa struktura widma, anomalne zjawisko Zeemana, doświadczenie Sterna i Gerlacha
    • Spin i równanie Pauliego
    • Oddziaływanie spin-orbita i struktura subtelna
    • Inne poprawki relatywistyczne tego samego rzędu
    • Przesunięcie Lamba
  • Atom dwuelektronowy
    • Poprawki relatywistyczne do nierelatywistycznego hamiltonianu
    • Oddziaływanie elektrostatyczne i zwyrodnienie wymienne
    • Własności równania Schrodingera i funkcji falowej dla układu składającego się z jednakowych cząstek
    • Symetryczne i antysymetryczne funkcje falowe
    • Funkcje spinowe układu dwóch elektronów
    • Stan podstawowy atomu o dwóch elektronach
    • Stany wzbudzone atomu dwuelektronowego
    • Para i ortho-hel
    • Efekt Augera
  • Atomy wieloelektronowe
    • Spinory układu wielu elektronów
    • Przybliżenie jednoelektronowe - przybliżenie Hartree i Hartree-Focka, funkcje falowe atomu helu w przybliżeniu Hartree-Focka, niezależne od czasu równania Hartree-Focka, zależne od czasu równania Hartree-Focka
    • Przybliżenie centralnego pola
    • Konfiguracje elektronowe atomów
    • Uzasadnienie reguł Hunda
    • Termy atomowe
    • Struktura subtelna termów - przybliżenie sprzężenia LS, reguły wyboru w sprzężeniu LS, przybliżenie sprzężenia j-j
    • Metoda statystyczna Thomasa-Fermiego
    • Uogólnienia metody statystycznej - metody funkcjonału gęstości
  • Oddziaływanie za stałymi polami zewnętrznymi
    • Zjawisko Zeemana w sprzężeniu LS - słabe pola
    • Zjawisko Zeemana w sprzężeniu LS - silne pola - zjawisko Paschena-Backa
    • Kwadratowe zjawisko Starka
    • Liniowe zjawisko Starka
  • Struktura nadsubtelna
    • Wyjście poza przybliżenie, w którym jądro atomowe
    • traktowane jest tylko jako punktowy ładunek elektryczny
    • Magnetyczne oddziaływanie dipolowe
    • Atom wodoru
    • Zjawisko Zeemana struktury nadsubtelnej
  • Przesunięcia izotopowe
    • Normalny efekt masy
    • Specyficzny efekt masy
    • Efekt pola
    • Efekt objętościowy
  • Elementy teorii cząsteczek i wiązań chemicznych
    • Rozdzielenie ruchu jąder i elektronów w cząsteczkach - przybliżenie adiabatyczne, przybliżenie Borna-Oppenhaimera
    • Cząsteczka dwuatomowa --- ruchy jąder
    • Teoria orbitali molekularnych --- jon H2+
    • Teoria wiązań walencyjnych --- H2
    • Oddziaływanie van der Waalsa

Zagadnienia rozpatrywane na konwersatorium:

Na konwersatorium rozwiązywane są zadania odpowiadające tematom realizowanym na wykładzie.

Literatura:

  • ,,Struktura atomu'' --- G. K. Woodgate
  • ,,Wstęp do fizyki atomu, cząsteczki i ciała stałego'' - J. Ginter
  • ,,Mechanika kwantowa'' - A. S. Dawydow
  • ,,Chemia kwantowa'' - W. Kołos
  • ,,Idee chemii kwantowej'' - L. Piela
  • ,,Mechanika falowa'' - I. Białynicki-Birula, M. Cieplak, J. Kamiński
  • ,,Spektroskopia laserowa'' - Wolfgang Demtroder
Efekty kształcenia:

  • Ma poszerzoną wiedzę z zakresu wybranych działów fizyki teoretycznej, z na i rozumie podstawowe koncepcje teoretyczne oraz modele matematyczne wybranych układów i zjawisk. Kod: K_W10
  • Umie zinterpretować wyniki eksperymentów w oparciu o wiedzę teoretyczną. Kod: K_U05
  • Umie ze zrozumieniem stosować metody fizyki teoretycznej do ilościowej i jakościowej analizy wybranych układów i zjawisk fizycznych. Kod: K_U10
  • Umie ze zrozumieniem i krytycznie korzystać z fachowej literatury i zasobów Internetu - w tym źródeł w języku angielskim w odniesieniu do studiowanych problemów fizyki. Kod: K_U11
Metody i kryteria oceniania:

Wykład

Studenci uczestniczą w wykładzie. Są stymulowani do zadawania pytań i dyskusji.

Konwersatorium

Studenci rozwiązują zadania, których treść jest skorelowana z treścią wykładu. Prowadzący zwraca szczególną uwagę na rozumienie używanych pojęć, klarowność prezentowanego rozwiązania, stymuluje grupę do zadawania pytań i dyskusji. Prowadzący stara się wytworzyć w grupie ćwiczeniowej poczucie odpowiedzialności za zespół i zachęca do pracy zespołowej. Na koniec zajęć podawane są zadania do samodzielnego rozwiązania w domu.

Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie oceny, która uwzględnia:

  • Umiejętność rozwiązywania zadań z określonych działów fizyki atomu i cząsteczki
  • Umiejętność prezentacji rozwiązań.
  • Umiejętność dyskusji na tematy związane z przedmiotem.
  • Umiejętność korzystania z zasobów literatury i Internetu.
  • Zdolność do współpracy w grupie.
  • Kreatywność w podejściu do rozwiązywanych problemów.

W trakcie zajęć konwersatoryjnych studenci są zobowiązani do napisania

dwóch kolokwiów, które weryfikują uzyskaną wiedzę. Ponadto studenci oceniani są za prace domowe oraz w sposób ciągły podczas zajęć.

Po zakończeniu kształcenia z przedmiotu elementy mechaniki kwantowej odbywa się egzamin pisemny i ustny, który weryfikuje uzyskaną wiedzę.

Ocena końcowa wyrażona liczbą przewidzianą w regulaminie studiów, która uwzględnia ocenę wiedzy, umiejętności i kompetencji studenta.

Przedmiot nie jest oferowany w żadnym z aktualnych cykli dydaktycznych.
Opisy przedmiotów w USOS i USOSweb są chronione prawem autorskim.
Właścicielem praw autorskich jest Uniwersytet w Białymstoku.