Principles of Magnetism

Studenci uczestniczą w wykładzie z podstaw magnetyzmu z rozszerzonym zakresem ćwiczeń rachunkowych ilustrujących w sposób ilościowy podstawowe zjawiska związane z oddziaływaniami magnetycznymi w szczególności w magnetyźmie materii.

Profil studiów: ogólnoakademicki

Forma studiów: stacjonarne

Rodzaj przedmiotu: obowiązkowy (Moduł 1: Podstawy Fizyki)

Dziedzina i dyscyplina naukowa: Dziedzina nauk ścisłych i przyrodniczych, Dyscyplina Fizyka

Rok studiów: 1 rok / 1 semestr

Wymagania wstepne: Przed rozpoczęciem zajęć student powinien mieć opanowaną podstawową wiedzę z zakresu "elektryczność i magnetyzm" oraz "Podstaw mechaniki kwantowej"

Liczba godzin z zajęć dydaktycznych: Wykład - 15 godz., konwersatorium 30 godz.

Metody dydaktyczne: Wykład, rozwiązywanie zadań, dyskusja, konsultacje, praca własna studenta w domu

Punkty ETCS: 3

Bilans nakładu pracy studenta: udział w wykładach (15 godz.), udział w konwersatorium (30 godz.), udział w konsultacjach (15 godz.), praca własna w domu (20 godz.)

Wskaźniki ilościowe: nakład pracy studenta związany z zajęciami wymagającymi bezpośredniego udziału nauczyciela - 2.4 ECTS

Treści merytoryczne wykładu i konwersatoriu:

1) Pojęcie dopla magnetycznego.

2) Dipol magnetyczny w zewnętrznym polu magnetycznym.

3) Pojęcie namagnesowania i podatności magnetycznej.

4) Kwantowanie momentu pędu - doświadczenie Sterna-Gerlacha.

5) Sprzężenie spin-orbita. Sprzężenie Russela-Sundersa.

6) Reguły Hunda. Pojęcie termu stanu podstawowego.

7) Oddziaływanie dipolowe magnetyczne.

8) Atom w zewnętrznym polu magnetycznym – zjawisko paramagnetyzmu, zjawisko diamagnetyzmu.

9) Paramagnetyzm:

-podejście półklasyczne J=∞,

-paramagnetyzm dla J=1/2,

-paramagnetyzm – J dowolne.

10) Atom w polu krystalicznym. Orbitale atomowe. Efekt Jahna-Tellera.

11) Oddziaływania odpowiedzialne za porządkowanie się momentów

magnetycznych.

12) Uporządkowanie ferromagnetyczne. Teoria pola molekularnego.

13) Uporządkowanie antyferromagnetyczne. Teoria pola molekularnego

dla antyferromagnetyka.

14) Struktury domenowe. Proces magnesowania – pętla histerezy.

15) Magnetyzm gazu elektronów swobodnych.

Konwersatorium skorelowane z treściami wykładu. W szczególności obejmują następujące zagadnienia:

1) Zadania związane z działaniem siły Lorentza na ładunek w polu magnetycznym

2) Równanie ruchu magnetycznego momentu dipolowego w zewnętrznym polu magnetycznym

3) Ćwiczenia rachunkowe dotyczące sprzężenia spin orbita w modelu atomu Bohra. Oszacowanie energii związanej ze sprzężeniem spin orbita

4) Określanie symbolu termu atomu w stanie podstawowym na podstawie reguł Hunda.

5) Oszacowanie energii oddziaływania dipolowego magnetycznego na poziomie atomowym

6) Hamiltonian atomu w zewnętrznym polu magnetycznym – wyraz diamagnetyczny i paramagnetyczny.

7) Funkcje specjalne: funkcja Langevina, Brillouna

8) Wyprowadzenie wzoru Curie Weissa.

9) Szacowanie szerokości ściany domenowej.

Literatura zalecana:

C.Kittel, „Wstęp do Fizyki Ciała Sałego”, PWN, Warszawa 1999

Magnetyzm, skrypt profesora L.Dobrzyńskiego – dostępny w czytelni Wydziału Fizyki Uniwersytetu w Białymstoku

K.M.Purcel, „Elektryczność i Magnetyzm”, PWN, Warszawa, 1975

A.H.Piekara, „Elektryczność i Magnetyzm”, PWN, Warszawa, 1979

A.Oleś, „Metody doświadczalne fizyki cała stałego”, Wydawnictwo Naukowo Techniczne, Warszawa 1998

Literatura dodatkowa:

A.H.Morrish, „Fizyczne Podstawy Magnetyzmu”, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa, 1970

S.Blumdell, ”Magnetism in Condensed Matter”, Oxford University Press, 2001

Student:

1. Rozumie fundamental znaczenie fizyki dla rozwoju technologiczneg, gospodarczego i cywilizacyjnego (K_W01)

2. Rozumie rolę teorii fizycznej i abstarakcyjnego opisu obiektów fizycznych oraz zjawisk fizycznych w zakresie wybranych zagadnień fizyki współczesnej i jej zastosowań (K_W02)

3. Ma poszerzoną wiedzę w zakresie fizyki fazy skondensowanej, zna i rozumie podstawowe koncepcje teoretyczne, modele matematyczne wybranych zjawisk (K_W05)

4. Umie zinterpretować wyniki eksperymentów w oparciu o wiedzę teoretyczną (K_U05)

5 Umie ze zrozumieniem stosować metody fizyki teoretycznej do ilościowej i jakościowej analizy wybranych układów i zjawisk fizycznych (K_U09)

6. Rozumie potrzebe stałego pogłębiana swojej wiedzy oraz potrzebę przekazywania społeczeństwu rzetelnej, opartej na dowodach, wiedzy z zakresu fizyki i jej zastosowań (K_K02)

Po zakończeniu kształcenia odbywa się sprawdzenie umiejętności rachunkowych związanych z zagadnieniami poruszanymi na konwersatorium (rozwiązywanie zadań) i zagadnień teoretycznych związanych z treściami poruszanymi na wykładzie. Uzyskanie 50% punktów oznacza uzyskanie oceny pozytywnej.