Wykład FIZYKA II. Wprowadzenie. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak. Instytut Fizyki Politechniki Wrocławskiej

Transkrypt

1 Wykład FIZYKA II Wprowadzenie Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak Instytut Fizyki Politechniki Wrocławskiej

2 LITERATURA Literatura podstawowa: (Jednolity Kurs Fizyki) 1) Dawid HALLIDAY, Robert RESNICK, Jearl WALKER Podstawy fizyki T. 1-5, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2003 Literatura pomocnicza: 2. J. Walker, Podstawy fizyki. Zbiór zadań, PWN, Warszawa J. Massalski, M. Massalska, Fizyka dla inżynierów, cz. I i cz. II, WNT, Warszawa J. Orear, Fizyka, t. I i II, WNT, Warszawa R. P. Feynman, R. B. Leighton, M. Sands, Feynmana wykłady z fizyki, T. 1, cz.1; T.1. cz.2; T. 2, cz. 1; T. 2, cz. 2, T. 3 dotyczy mechaniki kwantowej; PWN, Warszawa R. Eisberg, R. Resnick, Fizyka kwantowa atomów, cząsteczek, ciał stałych, jader i cząstek elementarnych, Wyd. PWN, Warszawa 1983.

3 1. Sprawy organizacyjne. Elektrostatyka kwantyzacja ład. elektrycznego, zasada zachowania ład. elektrycznego, pojęcie pola elektrostatycznego, linie pola, prawa: Gaussa (postać całkowa) i Coulomba, natężenie i potencjał pola elektrostatycznego ładunku punktowego, zasada superpozycji, zachowawczy charakter pola, potencjalna energia elektrostatyczna, potencjał elektrostatyczny, wyznaczanie natężenia pola wybranych rozkładów ciągłych wysoce symetrycznych z wykorzystaniem całkowego prawa Gaussa: pole jednorodnie naładowanej sfery/kuli i nieskończonej płaszczyzny; dipol elektryczny, dipol w polu elektrostatycznym (energia potencjalna, moment siły), przewodnik w zewnętrznym polu elektrycznym (ekranowanie); wybrane zastosowania elektrostatyki: zasada działania kserokopiarki, filtru elektro-statycznego); pojemność elektryczna: kondensator płaski, łączenie kondensatorów, energia i gęstość energii pola elektrostatycznego na przykładzie kondensatora płaskiego, dielektryk w polu elektrycznym, kondensator z dielektrykiem 4h.

4 2. Prąd stały natężenie i wektor gęstość prądu elektrycznego, opór elektryczny i opór właściwy, przewodnictwo elektryczne metali, prawa Ohma i Kirchhoffa, praca i moc, obwody elektryczne 2h. 3. Magnetostatyka pojęcie pola magnetostatycznego, pole magnetyczne: Ziemi, magnesów sztabkowych, elektromagnesów; wektory natężenie i indukcji, siła Lorentza, ruch ładunków elektrycznych w polu elektromagnetycznym (cyklotron, spektrometr mas, wyznaczanie e/m, selektory prędkości), klasyczny efekt Halla, przewodnik i ramka z prądem w polu magnetycznym, dipolowy moment magnetyczny, dipol magnetyczny w zewnętrznym polu magnetycznym (energia potencjalna, moment siły), źródła pola, prawa Biota-Savarta i Ampere a, wyznaczanie pól magnetostatycznych wybranych źródeł (prostoliniowy i kołowy przewodnik z prądem, cewka), oddziaływanie dwóch równoległych przewodników z prądem, definicja jednostki natężenia prądu elektrycznego 4h.

5 4. Indukcja elektromagnetyczna pojęcie strumienia pola magnetycznego, prawo Faradaya, reguła Lenza, prądy wirowe, indukcyjność cewki, samoindukcja, energia i gęstość energii pola magnetycznego, obwód RLC 2h. 5. Równania Maxwella prąd przesunięcia, układ równań Maxwella (postać całkowa i różniczkowa) i równania materiałowe, materiały magnetyczne (paramagnetyki, diamagnetyki, ferromagnetyki) 2h. 6. Fale elektromagnetyczne widmo i prędkość fal elektromagnetyczne, fale płaskie sinusoidalne, równanie fali, energia, pęd i ciśnienie fali elektromagnetycznej, wektor Poyntinga, polaryzacja światła, prawo Malusa, współczynnik załamania (związek z względnymi przenikalnościami ośrodków); prawa optyki geometrycznej (prawo załamania, odbicia, całkowite wewnętrzne odbicie, polaryzacja przy odbiciu, kąt Brewstera), dyspersja, metamateriały elektromagnetyczne (osłony niewidki), obrazowanie za pomocą zwierciadeł i cienkich soczewek 2h.

6 7. Elementy optyki falowej interferencja i dyfrakcja światła, doświadczenie Younga, interferencja w cienkich warstwach, pierścienie Newtona, dyfrakcja na otworach kołowych, zdolność rozdzielcza układów optycznych, kryterium Rayleigha, aberracje, dyfrakcja promieni X na kryształach (tomografia komputerowa, fizjologiczne efekty działania promieniowania elektromagnetycznego) 2h. 8. Szczególna teoria względności postulaty Einsteina, transformacje Lorentza; skrócenie długości, dylatacja czasu, paradoks bliźniąt, transformacja prędkości, elementy dynamiki relatywistycznej, równoważność masy i energii 2h.

7 9. Elementy mechaniki kwantowej - prawa promieniowania ciała doskonale czarnego, foton - kwant światła i zjawisko fotoelektryczne, pęd fotonu i zjawisko Comptona, fale materii i dualizm korpuskularno-falowy, zasada nieoznaczoności Heisenberga, trój- i jednowymiarowe równania Schrödingera (czasowe i bezczasowe), funkcja falowa i jej interpretacja, tunelowanie kwantowe (skaningowy mikroskop tunelowy), elektron w nieskończenie głębokiej studni potencjalnej, kwantowanie energii, model Bohra atomu wodoru, doświadczenie Francka Hertza, spin i spinowy moment magnetyczny elektronów, doświadczenie Sterna-Gerlacha, zakaz Pauliego, liczby kwantowe i budowa układ okresowego pierwiastków, oddziaływania światła z materią: emisja i absorpcja światła, fizyka działania lasera 4h. 10. Elementy fizyki ciała stałego budowa i model pasmowy ciał stałych, półprzewodniki samoistne i domieszkowane, fizyka wybranych urządzeń półprzewodnikowych (złącze p-n, dioda, LED, MOSFET) 2h.

8 11. Podstawy fizyki jądra atomowego wielkości charakteryzujące jądro, spin jądra, siły jądrowe, energia wiązania i stabilność jądra, promieniotwórczość naturalna i sztuczna, prawo i rozpady promieniotwórcze, datowanie radioizotopowe, reakcje jądrowe, rozszczepianie i synteza jąder, reaktory i elektrownie jądrowe (projekt ITER), biologiczne efekty napromieniowania, obrazowanie za pomocą rezonansu magnetycznego 2h. 12. Elementy fizyki cząstek elementarnych i astrofizyki oddziaływania fundamentalne; fermiony i bozony, standardowy model cząstek elementarnych (leptony, kwarki, cząstki pośredniczące), LHC i bozon Higgsa, unifikacja oddziaływań, budowa Wszechświata (promieniowanie reliktowe, skład), standardowy model rozszerzającego się Wszechświat (Wielki Wybuch, prawo Hubble a), jednostki Plancka, przyszłość Wszechświata 2h.