Program predavanj iz Fizike II

Obseg: tedensko 4 ure predavanj, 1 ura seminarja in 2 ure vaj

1. Teden
Posebna teorija relativnosti: Michelsonov poskus in druge težave nerelativistične fizike, Einsteinovi postulati, podaljšanje časa, skrčenje dolžin, Lorentzova transformacija in njene posledice.

2. teden
Transformacija hitrosti, Dopplerjev pojav. Relativistična gibalna količina, relativistična energija.   

3. teden
Četverci, Lorentzova transformacija v matrični obliki, svetovnice, skalarni produkt četvercev in invariante, razmik med dogodki. Lastni čas. Tvorba novih četvercev in četverec hitrosti. Relativistična enačba gibanja. Primeri: gibanje v konstantnem električnem polju, kroženje v magnetnem polju.

4. teden
Sistem delcev, četverec skupne gibalne količine, težiščni sistem, trki. Razpoložljiva energija in tvorba novih delcev, primeri: tvorba parov, Comptonov pojav, razpadi v letu. Neobvezni dodatek pri seminarju: transformacija električnega in magnetnega polja.

5. teden
Kvantna fizika. Težave klasične fizike: sevanje črenga telesa, fotoefekt, Comptonovo sipanje, zavorno sevanje. Atomski spektri, stabilnost atomov. Svetloba – fotoni ali valovanje, verjetnost za detekcijo fotona pri intrferenčnem poskusu.

6. teden
Delci – valovanje, de Broglieva hipoteza, Davisson-Germerjev poskus. Interferenca delcev na dveh režah. Verjetnostna amplituda, ravni val. Valovni paket. Načelo nedoločenosti.

7. teden
Fizikalne količine kot operatorji, operator kraja, gibalne količine in energije, povprečna vrednost operatorja. Schroedingerjeva enačba, stacionarna Schroedingerjeva enačba, lastne vrednosti in lastne funkcije operatorja energije. Enodimenzionalni primeri: delec v neskončni potencialni jami, razvoj poljubnega stanja po lastnih stanjih energije.

8. teden
Harmonični oscilator, lastne energije in lastna stanja. Diracova notacija. Tok delcev. Odboj na potencialni stopnici, mejni pogoji. Potencialna plast, tunelski pojav. Pregled osnov kvantne mehanike.

9. teden
Schroedingerjeva enačba v treh dimenzijah. Delec v tridimenzionalni pravokotni neskončni potecilani jami (škatli). Operator vrtilne količine: komutacijska pravila, lastne vrednosti kvadrata velikosti in projekcije vrtilne količine, lastne funkcije – krogelne funkcije. Rotator.

10. teden
Vodikov atom. Lastne vrednosti energije, oblika lastnih funkcij. Degeneracija stanj. Magnetni moment atoma zaradi tirne vrtilne količine.

11. teden
Stern.Gerlachov poskus, elektronski spin. Preprosti (miselni) poskusi s polariziranimi curki atomov s spinom ½. Seštevanje vrtilnih količin.

12. teden
Sklopitev spin-tir, fina struktura, stcacionarna stanja – lastna stanja velikosti in projekcije skupne vrtilne količine. Zeemanov pojav, žiromagnetno razmerje enoelektronskega atoma.

13. teden
Prehodi s sevanjem. Dipolni matrični elementi, parnost valovnih funkcij. Približni račun razpadnega časa. Izbirna pravila. Širina spektralnih črt, razširitev zaradi trkov, Dopplerjeva razširitev.

14. teden
Atomi z več elektroni. Večelektronska valovna funkcija kot produkt enodelčnih stanj. Paulijevo izključitveno načelo. Konfiguracije. Skupna tirna in spinska vrtilna količina.

15. teden
Optični spektri atomov. Rentgenski spektri, Mosleyev zakon, rentgenska absorpcija.

16. teden
Molekule. Kovalentna vez v H₂⁺ in H₂. Ionska vez. Van der Waalsova sila. Rotacija in vibracije dvoatomnih molekul. Elektronski, vibracijski in rotacijski prehodi in spektri molekul.

17. teden
Statistična fizika. Kanonična porazdelitev množice kvantnih sistemov (kombinatorno). Vibracijski in rotacijski prispevek k specifični toploti dvoatomnega plina. Kvantni idealni plin: Fermi-Diracova ni Bose-Einstienova porazdelitev po enodelčnih stanjih. Gostota stanj prostih delcev v pravokotni votlini. Klasični plin (Boltzmannova porazdelitev) kot visokotemperaturni približek kvantnega idealnega plina.

18.teden
Degeneriran Fermijev plin: Fermijeva energija, tlak, stisljivost. Ocena specifične toplote. Plin bosonov, sevanje črenga telesa. Dodatek: Bose-Einsteinova kondenzacija.

19. teden
Kristali. Periodične kristalne mreže in simetrija. Kristalne vezi: ionska vez, kovalentna vez, Van der Waalsova vez. Določanje kristalne stukture s sipanjem rentgenske svetlobe: Braggovo sipanje, Lauejeva in Debye-Scherrerjeva metoda.

20. teden
Nihanje kristalne mreže, fononi. Debyev model specifične toplote kristalov.

21. teden
Elektronski pasovi v kristalih. Približek tesne vezi in skoraj prosith elektronov. Razlika med izolatorji in kovinami.

22. teden
Prevajanje električnega toka v kovinah. Relaksacijski čas, gibljivost elektronov, povprečna prosta pot. Ocena povprečne proste poti za sipanje na termičnem nihanju atomov. Ocena elektronske toplotne prevodnosti. Termična emisija.

23. teden
Polprevodniki. Struktura elektronskih pasov v polervodnikih, energijska vrzel. Število elektronov v prevodnem pasu pri končni temperaturi, pojem vrzeli, efektivne mase. Fermijev energija v polprevodnikih. Eletrični tok in prevodnost v polprevodnikih. Polprevodniki s primesmi, število večinskih in manjšinskih nosilcev. Hallov pojav.

24. teden
Polprevodniški elementi: stik p-n, karakteristika diode. Fotodioda. Polprevodniški laser. Transistor p-n-p, FET.

25.teden
Magnetne lastnosti snovi: plin s=1/2, Paulijev paramgnetizem v kovinah. Feromagnetizem. Superprevodnost: osnovne lastnosti. Dodatek: Londonova enačba z uporabo Maxwellovih enačb v integralni obliki.

26. teden
Atomsko jedro. Rutherfordovo sipanje, sipalni presek, diferencialni sipalni presek. Velikost jedra. Masni spektrometer in masa jeder. Semimpirična masna formula. Shematičen opis lupinskega modela, vzbujena stanja jeder, Moesbauerjev pojav.

27. teden
Jedrski magnetni moment in magnetna resonanca. Slikanje z MR. Jedrski razpadi in reakcije, razpadne verige.

28. teden
Cepitev jeder in jedrski reaktor. Zlivanje lahkih jeder. Učinki sevanja.

29. teden
Osnovni delci. Pospeševalniki delcev: linearni pospeševalnik, ciklotron, sinhrotron. Detektorji delcev: plinski proporcionalni števci inGM cev, polvodniški detektorji, scintilacijski detektorji in Čerenkovi števci.

30. teden
Relativistična kvantna mehanika, antidelci in virtualni delci. Sila kot izmenjava ustreznih delcev. Ohranitveni zakoni in simetrije. Opis standardnega modela.

Literatura: J. Strnad, Fizika, 3. in 4. del.
J.J. Brehm, W. J. Mullin, Introduction to the structure of matter, Wiley, 1989.
J. Berstein, P.M. Fishbane, S. Gasiorowitz, Modern Physics, Prentice Hall, 2000.

            P. A. Tipler, R. A. Llewellyn, Modern Physics, 3rd ed., W. H. Freeman, 1999.
J. W. Rohlf, Modern Physics from a to Z^o, Wiley, 1994.
K. Krane, Modern Physics, 2. ed. , Wiley, 1996.