Bartłomiej Wiendlocha

Dydaktyka: wstęp do fizyki kwantowej

Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej AGH
Nanoinżynieria Materiałów oraz Mikro- i Nanotechnologie w Biofizyce. Studia 1 stopnia, 2 rok, semestr zimowy 2024/2025.
Wykłady: poniedziałki 15:00-16.30 D-10 sala B.

O przedmiocie

• Przedmiot wprowadza w tematykę fizyki kwantowej od jej początków i przełomowych doświadczeń do zastosowania równania Schrödingera do opisu różnych systemów fizycznych. Na ćwiczeniach rachunkowych studenci rozwiązują zadania związane z tematyką wykładów. Przedmiot kończy się egzaminem.
• Sylabus przedmiotu dostępny w bazie Sylabus AGH
  
• Tematyka wykładów
  1. Doświadczalne podwaliny mechaniki kwantowej
  2. Postulaty mechaniki kwantowej, operatory, Równanie Schrödingera, funkcja falowa, interpretacja probablistyczna, zasada nieoznaczoności Heisenberga, równanie Heisenberga
  3. Przykłady rozwiązań równania Schrödingera (stany związane w studni potencjału, stany rozproszeniowe, bariera potencjału, tunelowanie, pakiet falowy, oscylator harmoniczny)
  4. Nierozróżnialność cząstek, zakaz Pauliego, spin, bozony i fermiony.
  5. Moment pędu, ruch w polu sił centralnych
  6. Modele atomu, atom wodoru w teorii Schrödingera, orbitalny i spinowy moment magnetyczny
  7. Oddziaływanie spin-orbita
  8. Rachunek zaburzeń pierwszego rzędu
  9. Atomy wieloelektronowe - zniesienie degeneracji względem momentu pędu, ekranowanie powłok, układ okresowy pierwiastków
  10. Efekty Zeemana i Starka
  11. Cząsteczki dwuatomowe i wiązania chemiczne
  12. Kwantowe gazy fermionów i bozonów.

Materiały Dydaktyczne

• slajdy wykorzystywane na wykładzie 1 i 2.
• Przydatne informacje na temat gęstości stanów
• slajdy wykorzystywane na wykładzie 2.
• slajdy wykorzystywane na wykładzie 3 (postulaty MK).
• Kilka uwag odnośnie operatorów.
• slajdy wykorzystywane na wykładzie 6 (próg, bariera).
• wsp. transmisji progu potencjału
• wsp. odbicia ujemnego progu
• Program do wizualizacji zachowania się fali płaskiej lub pakietu falowego, pakiet może padać na bariery / dołki potencjału.
• wsp transmisji bariery
• wsp odbicia dołku potencjału (bariera z ujemnym V)
• Funkcje specjalne
• Układy współrzędnych krzywoliniowych
• wyprowadzenie laplasjanu we współrzędnych sferycznych metodą bezpośrednią
• Slajdy - podsumowanie rozwiązania r. S. dla atou H, moment magnetyczny orbitalny i spinowy
• Demonstracja efektu Einsteina-de Haasa
• Całka Gaussowska z exp(-x^2) jest objaśniona m.in tutaj
• Slajdy - atom wieloelektronowy
  
  Polecam Państwa uwadze serwis OPEN AGH a w szczególności internetowe modularne e-podręczniki do fizyki:
  
• Mechanika i Termodynamika
  
• Elektromagnetyzm i Optyka
  
• Elementy Fizyki Współczesnej
  

Zadania na ćwiczenia dla grupy z Nanoinżynierii Materiałów

1. Zestaw 1 (03.10.2024)
2. Zestaw 2 (10.10.2024)
3. Zestaw 3 (24.10.2024)
4. Zestaw 4 (07.11.2024)
5. UWAGA 7.11 na ćwiczeniach będzie kartkówka z materiału zestawów 1-3.
6. Zestaw 5 (14.11.2024)
7. Całki przydatne przy studni potencjału
8. Zestaw 6 (28.11.2024)
9. UWAGA 12.12 na ćwiczeniach będzie kartkówka z materiału zestawów 4-6.
10. Zestaw 7 (13.12.2024)
11. Zestaw 8 (09.01.2025)
12. Zestaw 9 (16.01.2025)
13. UWAGA 23.01 na ćwiczeniach będzie kartkówka z materiału zestawów 7-9.

Literatura:

• Dae Mann Kim, Introductory Quantum Mechanics for Applied Nanotechnology, Wiley 2015. Do pobrania za darmo poprzez BG AGH.
• L. I. Schiff, Mechanika kwantowa, PWN 1977
• R. Eisberg, R. Resnick, Fizyka kwantowa atomów, cząsteczek, ciał stałych, jąder i cząstek elementarnych, PWN 1983
• A. S. Dawydow, Mechanika Kwantowa. PWN 1967
• L. D. Landau, E. M. Lifszyc, Mechanika kwantowa, PWN 2011
• Iwo Białynicki-Birula, Marek Cieplak, Jerzy Kamiński, Teoria kwantów Mechanika falowa, PWN
• Fizyka dla szkół wyższych, tom 3, openstax (darmowy internetowy podręcznik, również w wersji pdf)
• Fizyka, tom 4 i 5, Halliday, Resnick, Walker, PWN. Wersje drukowane lub tutaj dostęp darmowy poprzez BG AGH i platformę IBUK
• Fizyka współczesna / Paul A. Tipler, Ralph A. Llewellyn, wyd. 5, PWN 2011. Wersja angielska: Modern Physics 5th ed (lub 6th ed)
• M. Baj i in.: "Zadania i problemy z fizyki", tom 4.
• I.E. Irodov: "Zadania z fizyki atomowej i jądrowej"
• J. Brojan i in.: "Zbiór zadań z mechaniki kwantowej".

Ogłoszenia

Zagadnienia systematyzujące powtórkę do egzaminu
Terminy egzaminu (pisemny):
I termin: środa 05.02, godz. 12.10, sala B D-10
II termin: środa 12.02, godz. 12.10, sala B D-10
Prace z 2 terminu można oglądać w piątek 14.02 w godz. 10.00-11.00, 311 D-10. Oceny wpisane do USOSa
III termin: środa 19.02, godz. 12.10, sala B D-10

Ostatni termin poprawkowy do zaliczenia ćwiczeń (oba kierunki): piątek 14.02, godz. 10.00 sala 312 D-10 Konsultacje

Zasady zaliczenia przedmiotu

Ocena końcowa jest średnią ważoną ocen z ćwiczeń audytoryjnych (waga 1/3) oraz egzaminu (waga 2/3).