Лекции в четвертом семестре – 51 час

1.Экспериментальные основания квантовой физики – 4 часа

Спектральные и интегральные характеристики теплового излучения. Связь между спектральной плотностью излучательности и объемной плотностью энергии излучения. Законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана и Вина.

Формула Релея-Джинса. Гипотеза Планка, дискретный характер испускания и поглощения электромагнитного излучения веществом.

Квантовое объяснение законов теплового излучения, фотоэффекта и эффекта Комптона.

Опыты Резерфорда по рассеянию частиц, ядерная модель атома.

Линейчатые спектры атомов. Квантовая модель атома водорода Н.Бора.

2. Основные положения квантовой механики – 12 часов

Волновые свойства микрочастиц. Гипотеза де Бройля. Дифракция микрочастиц. Принцип неопределенности Гейзенберга. Задание состояния микрочастицы. Волновая функция, ее статистический смысл и условия, которым она должна удовлетворять.

Уравнение Шредингера. Уравнение Шредингера для стационарных состояний. Вектор плотности потока вероятности.

Одномерный потенциальный порог и барьер. Туннельный эффект. Частица в потенциальной яме с бесконечно высокими стенками.

Частица в трехмерном прямоугольном потенциальном ящике. Понятие о вырождении энергетических уровней. Гармонический осциллятор. Фононы.

Представление физических величин операторами: операторы координат, импульса, момента импульса, потенциальной и кинетической энергий. Гамильтониан квантовой системы как оператор полной энергии.

Вероятностный характер результатов измерений в квантовой механике. Вычисление средних значений физических величин в квантовых системах.

3. Элементы атомной физики – 6 часов

Стационарное уравнение Шредингера для атома водорода. Волновые функции и квантовые числа. Спектр атома водорода. Правила отбора для квантовых чисел. Ширина спектральных линий.

Собственные механический и магнитный моменты электрона. Опыт Штерна и Герлаха. Орбитальный, спиновый и полный угловые моменты. Спин-орбитальное взаимодействие. Атом во внешнем магнитном поле. Эффект Зеемана.

4. Оптические квантовые генераторы – 2 часа

Спонтанное и индуцированное излучение. Коэффициенты «А» и «В» Эйнштейна. Вывод формулы Планка по Эйнштейну. Оптические квантовые генераторы. Особенности лазерного излучения. Основные типы лазеров, их применение.

5. Элементы квантовой статистики – 8 часов

Квантовые системы из одинаковых частиц. Принцип тождественности одинаковых микрочастиц. Симметричные и антисимметричные состояния (волновые функции) тождественных микрочастиц. Бозоны и фермионы. Принцип Паули. Периодическая система элементов.

Квантовые статистические распределения Бозе-Эйнштейна и Ферми-Дирака. Плотность числа квантовых состояний. Энергия Ферми. Предельный переход от квантовых статистических распределений к классическому распределению Масвелла-Больцмана. Параметр вырождения. Сверхтекучесть гелия. Сверхпроводимость. Работа выхода электрона из металла. Термоэлектронная эмиссия. Формулы Ричардсона-Дешмана.

6. Элементы физики твердого тела – 11 часов

Зонная теория твердых тел. Электроны в периодическом поле кристалла. Образование энергетических зон для электронов в периодическом поле кристалла. Структура зон в металлах, полупроводниках и диэлектриках. Проводимость металлов.

Собственная и примесная проводимость полупроводников. Уровень Ферми в чистых и примесных полупроводниках. Температурная зависимость проводимости полупроводников. Фотопроводимость полупроводников. Процессы генерации и рекомбинации носителей заряда. Эффект Холла в полупроводниках.

Контактные явления в полупроводниках. P-n– переход. Распределение электронов и дырок в P-n – переходе. Ток основных и не основных носителей через P-n – переход. Волтамперная характеристика P-n – перехода. Выпрямляющие свойства P-n – перехода.

7. Физика атомного ядра и элементарных частиц – 8 часов

Космические лучи. Первичное и вторичное излучение. Интенсивность, состав, энергетический спектр. Высотный ход интенсивности космических лучей. Взаимодействие первичного космического излучения с магнитным полем Земли. Широтный эффект. Радиационные пояса. Происхождение космических лучей.

Структура атомного ядра. Характеристики ядра: заряд, масса, энергия связи, спин и магнитный момент. Свойства и обменный характер ядерных сил. Деление ядер и цепные реакции. Термоядерный синтез.

Радиоактивность. Закон радиоактивного распада. Активность. Естественная и искусственная радиоактивность. Виды радиоактивных излучений. Радиоактивные ряды, закон сложного распада. Источники радиоактивного излучения. Радиоизотопный анализ.

Элементарные частицы. Основные их характеристики. Классификация частиц. Типы взаимодействий. Лептоны и кварки. Кварковая структура адронов. Симметрия и законы сохранения в мире элементарных частиц. Взаимодействие ядерных излучений с веществом.

Детектирование различных излучений. Понятие о дозиметрии и защите.