SPIS TREŚCI. Wstęp. V. Fizyka atomowa 15

Transkrypt

1 SPIS TREŚCI Wstęp 13 V. Fizyka atomowa Kwantowa struktura materii, elektryczności promieniowania Atomowa struktura materii Kwantowa struktura elektryczności Pomiar ładunku elementarnego Pomiar _ - dla elektronów 18 m 283. Fale elektromagnetyczne i promieniowanie Róntgena Falowe własności promieniowania elektromagnetycznego Odkrycie i wytwarzanie promieni Rentgena Dyfrakcja promieni Róntgena Polaryzacja promieni Róntgena Kwantowa teoria promieniowania ciała doskonale czarnego Zjawisko fotoelektryczne Liczba i prędkość fotoelektronów Równanie Einsteina Zjawisko Comptona Własności falowe cząstek Hipoteza de Broglie'a Doświadczenie Davissona i Germera nad dyfrakcją elektronów Doświadczenie Thomsona Zjawiska falowe związane z ruchem atomów i cząsteczek Prędkość fal de Broglie'a Zasada nieokreśloności Heisenberga Mikroskop elektronowy Budowa atomu Jądrowy model atomu Rutherforda. Rozpraszanie cząstek a Doświadczenie Chadwicka Budowa atomu Serie widmowe atomu wodoru Teoria Bohra budowy atomu wodoru Wpływ ruchu jądra na wartość stałej Rydberga. Masa zredukowana elektronu Odkrycie deuteru Orbity eliptyczne Poprawka relatywistyczna przy obliczaniu poziomów energetycznych

2 29.9. Hipoteza de Broglie'a a kwantowanie orbit Wzbudzenie atomów Doświadczenie Francka-Hertza Zasada odpowiedniości Mechanika kwantowa Równanie Schrodingera Interpretacja fizyczna funkcji falowej V Stany stacjonarne Aparat matematyczny mechaniki kwantowej Operatory liniowe i hermitowskie Ogólny schemat pojęciowy mechaniki kwantowej Operatory niektórych zmiennych dynamicznych Prostsze przykłady rozwiązania równania Schrodingera Ruch cząstki swobodnej Cząstka w dole potencjału Kwantowy oscylator harmoniczny Przejście cząstki przez barierę potencjału Równania Schrodingera dla atomu wodoru Rozwiązanie równania Schrodingera dla atomu wodoru Liczby kwantowe. Główna liczba kwantowa Magnetyczna łiczba kwantowa Reguły wyboru. Spinowa liczba kwantowa.' Atomy wiełoelektronowe Model wektorowy atomu Sprzężenie L-S, czyli sprzężenie Russella-Saundersa. Sprzężenie j-j Oznaczenia stanów kwantowych w spektroskopii Zakaz Paułiego Konfiguracja elektronów w atomie Układ okresowy pierwiastków Widma jonów wodoropodobnych Widma metali alkalicznych Widma promieni Rontgena Atom w polu magnetycznym i elektrycznym Orbitalny i spinowy moment magnetyczny elektronu Doświadczenie Sterna i Gerlacha Precesja Larmora Efekt Zeemana Wytłumaczenie normalnego efektu Zeemana według teorii klasycznej Wytłumaczenie normalnego efektu Zeemana według modelu wektorowego Anomalny efekt Zeemana. Efekt Paschena-Backa Efekt Starka... ' Absorpcja i emisja promieniowania. Emisja spontaniczna i wymuszona Ujęcie Einsteina. Współczynniki Einsteina Emisja spontaniczna i emisja wymuszona (indukowana) Lasery i masery Lasery krystaliczne i szklane Lasery gazowe Lasery z parami metali i lasery organiczne Lasery z regulowaną dobrocią rezonatora Zastosowania laserów Spójność światła Ścisła miara spójności Interferencja wiązek światła Holografia Fizyczne własności cząsteczek Wiązanie jonowe (heteropolarne) Wiązanie kowalencyjne (homeopolarne) Zjonizowana cząsteczka wodoru HJ Elementy teorii Heitlera-Londona wiązania kowalencyjnego Wiązanie skierowane Widma cząsteczkowe Widmo elektronowe cząsteczek Widmo rotacyjne cząsteczek 183

3 Widmo oscylacyjne cząsteczek Ramanowskie (kombinacyjne) rozproszenie światia Spektroskopia molekularna 187 VI. Fizyka ciała stałego Budowa kryształów Sieć przestrzenna i struktura kryształów Elementy symetrii Sieci przestrzenne Bravais'go (podstawowe typy sieci). Grupy punktowe. Grupy przestrzenne. Układy krystalograficzne Przykłady struktur krystalicznych Wskaźniki Millera Typy wiązań w kryształach Kryształy o wiązaniu jonowym (heteropolarnym) Kryształy o wiązaniu kowalencyjnym (homeopolarnym, atomowym, wymiennym) Kryształy o wiązaniu metalicznym Kryształy cząsteczkowe powiązane silami van der Waalsa Wiązanie wodorowe Metody badania struktury ciał stałych Metoda Lauego Metoda obracanego kryształu Metoda Debye'a-Scherrera (metoda proszkowa) Sieć odwrotna Statystyki klasyczne i kwantowe Przestrzeń fazowa Rodzaje statystyk Prawdopodobieństwo rozkładu cząstek rozróżnialnych (cząstek Maxwella-Boltzmanna) Prawdopodobieństwo rozkładu cząstek nierozróżnialnych o spinie całkowitym (cząstek Bosego-Einsteina) Prawdopodobieństwo rozkładu cząstek nierozróżnialnych o spinie połówkowym (cząstek Fermiego-Diraca) Wzór Stirlinga Rozkład Mąxwelła-Boltzmanna, rozkład Bosego-Einsteina i rozkład Fermiego -Diraca Obliczanie współczynników a i p dla rozkładu Maxwella-Boltzmanna Wyprowadzenie wzoru Plancka z rozkładu Bosego-Einsteina dla gazu fotonowego (a = 0) Porównanie rozkładów Maxwella-Boltzmanna, Bosego-Einsteina i Fermiego -Diraca Rozkład Fermiego-Diraca dla elektronów. Energia Fermiego Teoria pasmowa ciała stałego. Niedoskonałości sieci krystalicznej Model elektronów swobodnych Ujęcie teorii pasmowej w przybliżeniu silnego wiązania Ujęcie teorii pasmowej w przybliżeniu słabego wiązania Model Kroniga i Penneya. Strefy Brillouina Porównanie obu przybliżonych metod Przewodniki, izolatory i półprzewodniki Masa efektywna elektronu Rodzaje niedoskonałości sieci krystalicznej Fonony Defekty punktowe: luki i atomy międzywęzłowe Zanieczyszczenia chemiczne (atomy domieszkowe) Swobodne elektrony i dziury Ekscytony Dyslokacje Termiczne, elektryczne i magnetyczne własności ciał stałych Ciepło molowe ciał stałych Kwantowa teoria Einsteina ciepła molowego ciał stałych Teoria Debye'a 265

4 38.2. Rozszerzalność termiczna i przewodnictwo cieplne ciał stałych Przewodnictwo elektryczne Klasyczna teoria przewodnictwa metali Elementy kwantowej teorii przewodnictwa elektrycznego metali Zależność oporu od temperatury Własności magnetyczne ciał Diamagnetyzm Paramegnetyzm Atomistyczna teoria paramagnetyzmu Elementy teorii kwantowej paramagnetyzmu Paramegnetyzm elektronów swobodnych Ferromagnetyzm Oddziaływanie wymienne elektronów Struktura domenowa ferromagnetyków Antyferromagnetyzm Ferrimagnetyzm. Ferryty Nadprzewodnictwo Materiały nadprzewodzące Elementy teorii nadprzewodnictwa Bardeena, Coopera i SchriefFera (teoria BCS) Nadprzewodnik w polu magnetycznym Własności magnetyczne nadprzewodników Efekt Meisnera Kwantyzacja strumienia magnetycznego Nadprzewodniki I i II rodzaju. Energia graniczna Krytyczna wartość natężenia pola magnetycznego Elektrony niesparowane i przerwa energetyczna Zjawisko Josephsona Zastosowanie zjawiska nadprzewodnictwa Własności dielektryczne ciał Polaryzacja dielektryczna Lokalne pole elektryczne w pobliżu atomu Dielektryk w zmiennym polu elektrycznym Przenikalność elektryczna a polaryzowalność Rodzaje polaryzowalności Polaryzowalność elektronowa Polaryzowalność jonowa sprężysta Polaryzowalność dipolowa sprężysta Polaryzowalność dipolowa relaksacyjna ciał stałych i cieczy Kryształy piezoelektryczne i ferroelektryczne Piezoelektryczność i elektrostrykcja Kryształy ferroelektryczne Elektronika fizyczna Półprzewodniki Półprzewodniki samoistne Półprzewodniki typu n z domieszką donorów i półprzewodniki typu p z domieszką akceptorów Efekt Halla: wyznaczenie liczby elektronów w paśmie przewodnictwa Strefy Brillouina. Powierzchnia Fermiego Strefy Brilłoiuna Powierzchnia Fermiego Anomalny efekt naskórkowy Rezonans cyklotronowy w metalach i półprzewodnikach Zjawisko de Haasa-van Alphena : Zjawiska kontaktowe Praca wyjścia Emisja termoelektronowa Napięcie kontaktowe Złącze p-n Pojemność złącza p-n :' Zjawisko Zenera i zjawisko Esakiego Typy diod Diody specjalne Tranzystor złączowy typu n-p-n 370

5 Technologie wytwarzania tranzystorów 374 ~fl Tranzystory polowe 377 ZfZ Optoelektronika półprzewodnikowa. 380 ";;* Fotoprzewodnictwo. Półprzewodnikowe detektory światła... '.., 381 ii] Fotoogniwa 382 jjjt Fotodiody, fototranzystory 383 ~" Luminescencja. Półprzewodnikowe źródła światła: diody luminescen-,11 cyjne 384 ~ " Złączowe lasery półprzewodnikowe 385 ~ Układy scalone 387 ~ Hybrydowe układy scalone 388 ~ Monolityczne układy scalone 389 ~ Podział układów scalonych ze względu na stopień integracji oraz w zależności * od spełnianej funkcji 390 ff* Cyfrowe układy scalone 390 ; Liniowe układy scalone ^ VII. Fizyka jądrowa ^~: 40. Własności jąder atomowych w stanie podstawowym 397 ~Yr Ładunek jądra i metody jego wyznaczania 397 X?Z Rozmiary jąder 397 rrj! Pomiar masy jąder 400 3j Jony dodatnie. Promienie kanalikowe 400 " J Spektografia masowa 402 Ź\)> Charakterystyka jąder 404?A Energia wiązania 407 Jri Momenty elektryczne jąder 409 ~}^l Spin i moment magnetyczny jądra 411 ^:^ Metody rezonansowe pomiaru spinów i momentów magnetycznych jąder XX] Parzystość jądra 415,,, Siły jądrowe 416 ~~~ 41. Modele jądrowe 417 rj Model jądrowy cząstek a 417 ~*~ Kroplowy model jądra 417 "' Model gazu Fermiego 419 ^r Model powłokowy 420 ^ Model kolektywny 422 f?** 42. Promieniotwórczość naturalna 423 ^rr Przemiany promieniotwórcze 423 ;:;? Rodziny promieniotwórcze 426 *?~ Rozpad promieniotwórczy sukcesywny 433 ;? Wiek Ziemi i skał Izotopy promieniotwórcze pierwiastków lżejszych Jednostki promieniowania jonizującego i aktywności 438 ~** Skutki biologiczne oddziaływania promieniowania jądrowego na żywy organizm 440- * Rozpad a 442 J Energia rozpadu a Własności cząstek a 442 3^ Jonizacja wywołana przez cząstki <x. Zasięg cząstek a 444 3^ Teoria rozpadu a ' Rozpad. Trzy rodzaje rozpadu /? 448 f ~ Widmo promieniowania /J~ i hipoteza neutrino 449 * Teoria rozpadu /S 452 3; Emisja promieni y 455 ^il Reguły wyboru emisji promieniowania y ^ Konwersja wewnętrzna Izomeria jądrowa 459 ^ Efekt Mossbauera ^ 43. Reakcje jądrowe i sztuczna promieniotwórczość 457 ~ Odkrycie sztucznej przemiany jądrowej 467 * Odkrycie neutronu 468 9

6 43.3. Odkrycie pozytonu Odkrycie sztucznej promieniotwórczości Niektóre bardziej typowe reakcje jądrowe Oddziaływanie cząstek i promieniowania elektromagnetycznego z materią Zderzenia sprężyste i niesprężyste Przejście ciężkich cząstek przez materię Straty energii na jonizację Zasięg Cząstki / Straty na jonizację Zasięg cząstek /S Promieniowanie hamowania Jonizacja właściwa Przejście promieni X i promieni y przez materię Wykładnicze prawo atenuacji Zjawisko fotoelektryczne Zjawisko Comptona Zjawisko tworzenia par Współczynniki absorpcji Promieniowanie Czerenkowa Neutrony Detekcja promieniowania Podział przyrządów służących do detekcji promieniowania Impulsowe komory jonizacyjne, liczniki Geigera-Miillera, liczniki proporcjonalne Mechanizm powstawania impulsu Kształt impulsu z liczników Geigera-Miillera i liczników proporcjonalnych Różniczkowanie impulsu Komory jonizacyjne Komory prądowe Impulsowe komory jonizacyjne w postaci, walca : Jonizacyjna komora impulsowa o elektrodach płaskich Liczniki proporcjonalne Liczniki Geigera-Miillera Charakterystyka licznika Geigera-Miillera Kształt impulsu Czas martwy i czas restytucji Liczniki o niskim napięciu progowym Licznik scyntylacyjny Licznik Czerenkowa Emulsje jądrowe " Komora Wilsona Komory pęcherzykowe Komory iskrowe Detektory półprzewodnikowe Akceleratory stosowane w fizyce jądrowej Akceleratory ze źródłem wysokiego napięcia stałego Generator kaskadowy Cockrofta-Waltona Generator elektrostatyczny Van de Graaffa Akceleratory liniowe Protonowy akcelerator liniowy Elektronowy akcelerator liniowy z falowodem Akceleratory orbitalne Betatron (akcelerator indukcyjny) Cyklotron Akceleratory synchroniczne Synchrocyklotron Synchrotron protonowy Synchrotron elektronowy Cząstki elementarne Rodzaje oddziaływań cząstek elementarnych Zasady i prawa zachowania 549

7 SPIS TREŚCI Prawo zachowania spinu J Prawo zachowania spinu izobarycznego T Prawo zachowania liczby barionowej A Transformacja CPT Dziwność Przegląd własności niektórych cząstek elementarnych Leptony Mezony Bariony Neutron Źródła neutronów ' Izotopowe źródła neutronów Generatory neutronów Reaktor jądrowy Rozszczepienie jądrowe Odkrycie rozszczepienia jądrowego Energia wydzielana podczas rozszczepienia Neutrony powstałe podczas rozszczepienia Współczynnik mnożenia Objętość krytyczna reaktora Spowalnianie neutronów. Moderatory Rodzaje reaktorów Reaktory badawcze Reaktory mocy (energetyczne) Reaktory powielające Prędkie reaktory powielające 585 proporcjo Przyszłość reaktorów powielających Światowe zapotrzebowanie na energię Pierwiastki transuranowe. Aktynowce Neptun Pluton Ameryk. Kiur Berkel. Kaliforn Einstein. Ferm Mendelew Nobel. Lorens Reakcje termojądrowe Niekontrolowane reakcje termojądrowe Bomby jądrowe Energia jądrowa w gwiazdach Kontrolowane reakcje termojądrowe Niestabilność plazmy Inne problemy kontrolowanej reakcji termojądrowej Zastosowania promieniowania jądrowego i izotopów promieniotwórczych Sposoby wykorzystania izotopów promieniotwórczych i promieniowania jądrowego Ważniejsze przemysłowe zastosowania izotopów promieniotwórczych i promieniowania jądrowego Zastosowanie izotopów promieniotwórczych w rolnictwie Izotopy promieniotwórcze w biologii, biochemii i medycynie Baterie izotopowe Ochrona środowiska Dodatek Stałe uniwersalne Potencjały jonizacji atomów Masy niektórych cząstek podstawowych Własności podstawowe pierwiastków 616 Literatura Skorowidz rzeczowy 621