Semestr - Politechnika Rzeszowska

POLITECHNIKA RZESZOWSKA
Im. IGNACEGO ŁUKASIEWICZA
W RZESZOWIE
WYDZIAŁ
ELEKTROTECHNIKI I INFORMATYKI
KIERUNEK
ELEKTRONIKA I TELEKOMUNIKACJA
SPECJALNOŚĆ
WSZYSTKIE SPECJALNOŚCI
RODZAJ STUDIÓW DZIENNE ZAWODOWE (INŻYNIERSKIE)
KARTA PRZEDMIOTU
NAZWA
PRZEDMIOTU
FIZYKA
Dr Henryk Herba, starszy wykładowca, tel.: (17) 865 1918, [email protected] ,
Tadeusz Paszkiewicz, prof. dr hab., profesor zwyczajny, tel.: (17) 865 14 17, [email protected]
KATEDRA FIZYKI
RODZAJ ZAJĘĆ
REALIZOWANYCH W
RAMACH PRZEDMIOTU
W
Ć
L
P
K
LICZBA GODZIN
PROWADZONYCH ZAJĘĆ W
DANYM SEMESTRZE
semestr I
30 godzin
semestr I
30 godzin
semestr I
30 godzin
-
-
1.
2.
3
TEMATYKA WYKŁADU
LICZBA
GODZIN
Informacja zawarta w fundamentalnych stałych fizyki: Stała struktury
subtelnej, wielkości o wymiarze długości – promień Bohra, długość fali
Comptona elektronu, klasyczny promień elektronu, długość Plancka,
energia Fermiego, pęd Fermiego, prędkość Fermiego, energia
spoczynkowa elektronu, energia Plancka i masa Plancka, magneton
Bohra, monopol Diraca, kwant oporu elektrycznego, ciśnienie Bohra,
ciśnienie Plancka. Hierarchia oddziaływań, oddziaływania efektywne,
hierarchiczna budowa materii. Związek charakterystycznych wielkości z
etapami ewolucji Wszechświata. Hierarchia oddziaływań i sił: rodzaje sił
obserwowane w Przyrodzie – silne, słabe, elektromagnetyczne i
grawitacyjne. Energia chemiczna i energia jądrowa. Zastosowanie stałych
fundamentalnych elektrodynamiki kwantowej do opisu elektronów w
metalach. Najprostsze indywidualne charakterystyki metali.
Teoria metali Drudego: Podstawowe założenia modelu. Stan równowagi
gazu elektronów. Lokalne sformułowanie prawa Ohma – przewodność i
oporność. Zderzenia z centrami a czasy relaksacji. Zjawisko Halla i
magnetooporność. Przewodnictwo elektryczne prądu zmiennego metali.
Fale: równie falowe, fale płaskie, prędkość fazowa, fale spolaryzowane,
interferencja fal, interferencja wielowiązkowa, fale stojące, ugięcie na
szczelinie.
4
5
4
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Równanie Schrödingera: Probabilistyczny sens funkcji falowej.
Zależność funkcji falowej od czasu. Stany stacjonarne. Ruch cząstek
wzdłuż prostej. Zasada superpozycji. Przykład stanu niestacjonarnego:
ewolucja funkcji falowej paczki gaussowskiej. Ruch cząstek w polu
potencjalnym typu progu. Odbicie cząstek o energii większej od
wysokości progu i wnikanie do obszaru klasycznie wzbronionego.
Tunelowanie cząstek przez bariery potencjału. Cząstka w studni
potencjału – kwantowanie jej energii. Zastosowanie zasady
nieoznaczoności Heisenberga do oceny energii lokalizacji.
Teoria pasmowa elektronów w krystalicznych ciałach stałych: model
Kroniga-Penney’a, kwantowanie pędu elektronów, związki dyspersyjne,
pasmowa struktura widma energetycznego, pasma wzbronione, pierwsza
strefa Brillouina. Masa efektywna nośników energii.
Podstawowe własności spinu elektronów
Krystaliczne ciało stałe zawierające dużą liczbę elektronów: elektrony
walencyjne, dziury, pasmo walencyjne i pasmo przewodnictwa, dielektryki, metale i półprzewodniki.
Wpływ domieszek na przewodnictwo półprzewodników: Prąd
elektryczny w półprzewodnikach.
Transport ładunku w półprzewodnikach: Nośniki ładunku w
półprzewodnikach samoistnych. Funkcja Fermiego i jej zależność od
temperatury. Związek energii Fermiego z potencjałem chemicznym.
Gęstość stanów pędu i energii. Koncentracja elektronów. Koncentracja
dziur. Półprzewodniki samoistne. Energia jonizacji atomów
domieszkowych w półprzewodnikach krystalicznych. Koncentracja
nośników ładunku w półprzewodnikach domieszkowanych.
Półprzewodnik w stanie nierównowagi termodynamicznej:
Wstrzykiwanie nośników: nierównowagowa, przestrzenie jednorodna
koncentracja nośników. Równania opisujące ewolucję koncentracji
nośników ładunku i jego rozwiązania. Równanie dyfuzji opisujące
przestrzennie niejednorodną koncentrację nośników.
ŁĄCZNIE LICZBA GODZIN
TEMATYKA ĆWICZEŃ RACHUNKOWYCH
1.
2.
3.
4.
5.
Wielkości fizyczne, skalary, wektory. Układ jednostek SI, analiza
wymiarowa. Podstawowe działania na wektorach. Definicje wielkości
fizycznych i prawa fizyczne w postaci wektorowej.
Równanie toru punktu materialnego, pojęcie wektora wodzącego,
prędkość i przyspieszenie. Ruchy prostoliniowe i krzywoliniowe
jednostajne i zmienne. Składanie ruchów.
Zasady dynamiki. Przykłady rozwiązywania równań ruchu. Zasady
zachowania w fizyce. Badanie ruchu cząstek naładowanych w stałych
polach elektrycznych i magnetycznych. Wykorzystanie całki ruchu –
energii.
Przykłady zastosowania równań mechaniki kwantowej: Strumień cząstek
padający na próg potencjału. Efekt tunelowy. Rozpad . Cząstka w
nieskończenie głębokiej jamie potencjału.
Mikroskopowy opis stanu równowagi gazu klasycznego – funkcja
rozkładu Maxwella, izotropia rozkładu kierunków ruchu. Średnia droga
swobodna, średnia prędkość. Mikroskopowy opis stanu równowagi gazu
elektronów. Związek entropii z funkcją rozkładu.
4
5
2
3
2
4
2
30
LICZBA
GODZIN
3
4
6
4
4
Funkcje termodynamiczne idealnego, zwyrodniałego gazu elektronów –
pojemność cieplna. Zależność potencjału chemicznego elektronów od
temperatury. Idealny gaz elektronów w granicy wysokich temperatur.
Promieniowanie świetlne. Podstawowe prawa optyki geometrycznej.
Elementy i przyrządy optyki geometrycznej. Aberacje układów
optycznych. Dyfrakcja, interferencja, polaryzacja światła. Spójność
promieniowania i holografia.
6.
7.
ŁĄCZNIE LICZBA GODZIN
2.
3.
4
30
TEMATYKA ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH
1.
5
Badanie ruchu harmonicznego.
Lepkość cieczy.
Ciepło właściwe gazów.
Prawa elektrolizy.
Ładunek właściwy e/m elektronu.
Współczynnik załamania światła.
Elementy fotometrii.
Badanie polaryzacji światła.
Badanie zjawiska dyfrakcji i interferencji.
Pochłanianie światła w ośrodkach.
Badanie własności elastooptycznych materiałów przezroczystych.
Badanie widma emisyjnego gazów.
Interferometr Michelsona.
ŁĄCZNIE LICZBA GODZIN
LICZBA
GODZIN
6
4
20
30
WYKAZ ZALECANEJ LITERATURY
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
Neil W. Ascroft, N. David Mermin, Fizyka ciała stałego, PWN, Warszawa, 1986
Grzegorz Białkowski, Mechanika kwantowa – o czym to jest? Biblioteczka Delta, t. 4,
Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa 1983
Iwo Białynicki-Birula, Marek Cieplak, Jerzy Kamiński, Teoria Kwantów, Mechanika
falowa, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2001
S. Brandt, H.D. Dahmen, Mechanika kwantowa w obrazach, PWN, Warszawa, 1989
Richard P. Feynaman, Robert B. Leighton, Matthew Sands, Feynmana wykłady z
fizyki, t. 3, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2004
Robert Gilmore, Alicja w krainie kwantów, Alegoria fizyki kwantowej, Pruszyński,
2000
M.I. Kaganow, Elektrony, fonony, magnony..., Państwowe Wydawnictwo Naukowe,
Warszawa, 1978
M.I. Kaganow, Etiudy o fizyce ciała stałego, Wydawnictwo Uniwersytetu
Wrocławskiego, Wrocław, 1993
Charles Kittel, Wstęp do fizyki ciała stałego, Wydawnictwo Naukowe, PWN,
Warszawa, 1999
Bohdan Kozarzewski, Fizyka Zjawisk Mikroskopowych, Wydawnictwo Politechniki
Krakowskiej, Kraków 1998
Czesław Bobrowski, Fizyka – krótki kurs, WNT Warszawa 1995
FORMA I WARUNKI ZALICZENIA PRZEDMIOTU (RODZAJU ZAJĘĆ)
WYKŁAD: uczestnictwo, uzyskanie zaliczania ćwiczeń laboratoryjnych.
ĆWICZENIA: uczestnictwo, zaliczanie obowiązkowych kolokwiów.
LABORATORIUM: wykonanie ćwiczeń, opracowanie wyników pomiarów, zaliczenie
obowiązkowych kolokwiów.
PODPISY:
................................................................................................................................................................................................
nauczyciela akademickiego odpowiedzialnego za przedmiot
data
................................................................................................................................................................................................
kierownika zakładu/katedry akceptującego kartę
data