Atomfizika. FIB1208 (gyakorlat) Meghirdetés féléve 4 Kreditpont 3+2 Összóraszám (elmélet+gyakorlat) 3+2

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Atomfizika. FIB1208 (gyakorlat) Meghirdetés féléve 4 Kreditpont 3+2 Összóraszám (elmélet+gyakorlat) 3+2"

Gergő Kovács
4 évvel ezelőtt
Látták:

1 Tantárgy neve Atomfizika Tantárgy kódja FIB1108 (elmélet) FIB1208 (gyakorlat) Meghirdetés féléve 4 Kreditpont 3+2 Összóraszám (elmélet+gyakorlat) 3+2 Számonkérés módja Kollokvium + gyakorlati jegy Előfeltétel (tantárgyi kód) FIB1105; FIB1106 Tantárgyfelelős neve Dr. Nyilas István Tantárgyfelelős beosztása főiskolai docens 1. A tantárgy általános célja és specifikus célkitűzései: Az anyag elektronszerkezetének kísérleti bizonyítékai és azok alkalmazásai. Az elektronszerkezet elméleti leírása hullámmechanikai modellel. 2. A tantárgy tartalma: Az atomfizikához vezető út: a-tomosz (Démokritosz), alkímia, egyszeres és többszörös súlyviszonyok törvénye, a mol fogalma (Avogadro), kinetikus gázelmélet (Maxwell), Brown-mozgás, Röntgen-sugárzás, katódsugárzás (Lenard, Thomson), radioaktivitás (Becquerel). Hőmérsékleti sugárzás: emisszióképesség, abszorpcióképesség, transzmisszióképesség, Kirchhoff sugárzási törvénye. Abszolút fekete test fogalma. Hőmérsékleti sugárzók emisszióképessége a hullámhossz és a hőmérséklet függvényében: Wien I. és II. törvényei, Stefan-Boltzmann törvény. Rayleigh-Jeans közelítés, ultraibolya kataszrófa és Wien-közelítés. A Planck-törvény, az energia kvantáltsága. Kísérlet: fekete pötty fehér kerámialapocskán Bunsen-égővel melegítve elég nagy hőmérsékleten a

2 fekete pötty világosabbnak látszik, különösen infrában is érzékeny kamerával figyelve. Szürke sugárzók, feketehőmérséklet és színhőmérséklet. Az optikai pirométer. Nem hőmérsékleti sugárzók: Folytonos sugárzók (izzólámpa) és szelektív sugárzók (higanygőzlámpa, fénycsövek) színképe. Monokromatikus sugárzók: különböző színű LED-ek. A fénykibocsátást eredményező atomi gerjesztések módozatai: fotolumineszcencia (fluoreszcencia és foszforeszcencia) biolumineszcencia, kemolumineszcencia, tribolumineszcencia, tribolumineszcencia, elektrolumineszcencia. Stokes törvénye. Kísérlet: UVfény hatására fluoreszkáló anyagok. Fényforrások hatásfoka: optikai hatásfok, vizuális hatásfok. Az izzólámpa fejlődése, a hatásfok növelése, halogénlámpák. Fényelektromos hatás: töltött fémgömbök között UV fény hatására szikra ugrik át. Az UV fény kisüti az elektroszkópot is. A fotoeffektus jelenségének magyarázata, kilépési munka. A fotocella. A fotocella feszültség-áram karakterisztikája, zárófeszültség. Belső és külső fotoeffektus. A fotoeffektus alkalmazásai: fényellenállás, fényelem, fényérzékeny p-n átmenet, fotoelektron-sokszorozó, fénymásoló. A fény tulajdonságai: hullámhossz, frekvencia, fénysebesség, energia, impulzus, tömeg. Fénynyomás. Compton-szórás szabad és kötött elektronokon, Compton-hullámhossz. Gravitációs lencsehatás, gravitációs vöröseltolódás. Atommodellek: a Thomson-féle atommodell. A Rutherford-kísérlet, az atommag mérete. Szórási hatáskeresztmetszet. A Rutherford-féle atommodell. A részecskék hullámtulajdonságai, interferencia elektronokkal, Bragg-feltétel.

3 A de Broglie-hullámhossz. A Bohr-féle atommodell: Bohr I. és II. posztulátuma. Az elektron sebessége, energiája, az elektronpálya sugara a hidrogénatomban. Kvantáltság, a főkvantumszám. Energiaszintek és átmenetek. Spektroszkópia, Balmer-formula. A Rydberg-állandó a Bohrmodellben. Effektív tömeg, tömegkorrekció. A Bohr-modell korlátai. Az elektron impulzusmomentuma és mágneses momentuma, a Bohr-magneton. Az Einstein-de Haas kísérlet. Giromágneses tényező. A hullámszám. A színképek finomszerkezete, a Sommerfeld-feltétel, ellipszispályák. Mellékkvantumszám, finomszerkezeti állandó, vonalsorozatok a nagyobb atomokban. A színképvonalak mágneses és elektromos felhasadása, a Zeeman-effektus és a Stark-effektus. Goudsmit, Uhlenbeck és a spinhipotézis: saját- és pálya-impulzusmomentum, teljes impulzusmomentum. Az energiaszintek spin szerinti felhasadása. Az elektron állapotának rövid jelölése. Átmenetek az energiaszintek között, kiválasztási szabályok. Többelektronos atomok. Az impulzusmomentumok összegzésének módjai. A héliumatom. Szinglett, dublett, triplett állapotok, parahélium, ortohélium. A multiplicitások váltakozási törvénye. Pauli kizárási elve. Anyaghullámok: A hullámok általános leírása, hullámszám, körfrekvencia, a hullámegyenlet Euler-féle alakja. Az elektron, mint hullám. Hullámok összeadása, lebegés, hullámcsomag. Fázissebesség és csoportsebesség, diszperziós egyenlet. Normális és anomális diszperzió. Az elektron, mint hullámcsomag kiterjedése, sebessége, diszperziója, a Heisenberg-féle határozatlansági reláció. A hullámegyenlet általános alakja. A Schrödingeregyenlet egy dimenzióban és három dimenzióban. Operátorok, sajátfüggvény és sajátérték. A kvantummechanika függvényeire és operátoraira vonatkozó megszorítások. A hullámfüggvény valószínűségi értelmezése. A hely, az idő, az energia és az impulzus operátorai. A Schrödinger-egyenlet megoldásai: A Schrödinger-egyenlet megoldása egy

4 dimenzióban mozgó szabad tömegpontra. Dobozba zárt tömegpont Schrödinger-egyenlete egy dimenzióban, a lehetséges energiák meghatározása. Megtalálási valószínűség a doboz különböző pontjain. Az energiaszintek sűrűségének függése a potenciálgödör alakjától. Dobozba zárt tömegpont Schrödinger-egyenlete 3 dimenzióban. Az egyes energiaszintek megvalósulási lehetőségei, degeneráltság. A Schrödinger-egyenlet megoldása potenciálgát esetére, alagúteffektus, példák. A hidrogénatom Schrödinger-egyenlete: áttérés gömbi polárkoordinátákra, gömbfüggvények, Legendre-polinomok, a mágmeses kvantumszám. A fő-, mellék- és mágneses kvantumszámok közti összefüggések. A periódusos rendszer felépítése: elektronpályák betöltődése a kvantumszámok és a Pauli-elv tükrében. Alkálifémek, alkáliföldfémek, halogének, nemesgázok, fémek, lantanidák, aktinidák. Az egyes csoportok jellemzői és magyarázata a Bohr-modell segítségével. Az elektronpályák alakja: az elektron megtalálási valószínűsége különböző helyeken. Az atomi elektronpályák alakja: gömbszimmetrikus, nyolcas alakú pályák, stb. Az időfüggő Schrödinger-egyenlet megoldása molekulákra. A hidrogénmolekula-ion, kötő és taszító állapotok. A kötő és taszító pályák alakja. Nagyobb molekulák elektronszerkezete, dipólmomentuma, mágneses tulajdonságai, színképe. Ionos, kovalens és van der Waals-kötés. A molekulák energiaszintjei: Forgási és rezgési energiaszintek, kiválasztási szabályok, ezek megjelenése a színképekben. A Raman-effektus, A röntgen-sugárzás: Röntgen-csövek felépítése. Röntgen-spektrumok: folytonos és karakterisztikus sugárzás, határhullámhossz. A folytonos és karakterisztikus sugárzás keletkezése. A karakterisztikus sugárzás frekvenciájának rendszámfüggése, Balmer-formula, Moseley-egyenes, a belső

5 pályák árnyékoló szerepe. A röntgensugárzás elnyelődése, felületi rétegvastagság, lineáris abszorpciós együttható, tömegabszorpciós együttható, felezési rétegvastagság. Az abszorpció rendszám- és hullámhosszfüggése. Kemény és lágy sugárzás, abszorpciós élek. A sugárzás elnyelődési mechanizmusai: fotoeffektus, Compton-szórás, párkeltés. Alkalmazások: orvosi röntgen, CT, ipari röntgen, anyag-azonosítás. 3. Évközi ellenőrzés módja: 4. A kötelező, illetve ajánlott irodalom: 1. Budó Mátrai: Kísérleti fizika III. 2. Kiss Dezső: Atomfizika (Tankönyvkiadó, 1988) 3. Keszthelyi Lajos: Atomok és atomi részecskék 5. A tantárgy tárgyi szükségletei és ellátása: Fizika előadóterem, fizika szemináriumi terem és fizikaszertár

Hasonló dokumentumok

Tantárgy neve. Környezetfizika. Meghirdetés féléve 6 Kreditpont 2 Összóraszám (elm+gyak) 2+0

Tantárgy neve. Környezetfizika. Meghirdetés féléve 6 Kreditpont 2 Összóraszám (elm+gyak) 2+0 Tantárgy neve Környezetfizika Tantárgy kódja FIB2402 Meghirdetés féléve 6 Kreditpont 2 Összóraszám (elm+gyak) 2+0 Számonkérés módja Kollokvium Előfeltétel (tantárgyi kód) - Tantárgyfelelős neve Dr. Varga