Kursplan för Kvantfysik
Quantum Physics
Kursplan
- 10 högskolepoäng
- Kurskod: 1FA521
- Utbildningsnivå: Grundnivå
- Huvudområd(en) och successiv fördjupning: Fysik G2F
- Betygsskala: Underkänd (U), 3, 4, 5.
- Inrättad: 2008-03-13
- Inrättad av: Teknisk-naturvetenskapliga fakultetsnämnden
- Reviderad: 2013-05-24
- Reviderad av: Teknisk-naturvetenskapliga fakultetsnämnden
- Gäller från: vecka 24, 2013
- Behörighet: Linjär algebra II, Envariabelanalys, Flervariabelanalys, Transformmetoder/Fourieranalys, Mekanik II/KF, Elektromagnetism I, Vågor och optik och Fysikens matematiska metoder eller motsvarande.
- Ansvarig institution: Institutionen för fysik och astronomi
Mål
Kursen behandlar begrepp och arbetsmetoder, som används inom den moderna fysiken, speciellt elektronhöljets fysik.
Efter godkänd kurs ska studenten kunna:
- redogöra för den grundläggande kvantmekanikens språk och formalism.
- utföra elementära teoretiska studier och beräkningar för kvantsystem utifrån Schrödingerekvationen.
- utföra beräkningar avseende atomer och molekyler samt beskriva kvantfenomen inom elektronhöljets fysik utifrån kvantmekaniska samband.
- utföra spektroskopiska undersökningar av olika ämnen och tolka resultaten i kvantiserade storheter.
- redogöra för kvantfysikens betydelse inom natur, teknik och samhälle.
- redovisa muntligt på engelska resultat av experimentella undersökningar och belysa deras kvantmekaniska tolkning.
Innehåll
Kvantfysikens grundläggande fenomen och experimentella bakgrund, partiklar och atommodeller, t.ex. Rutherfords och Bohrs atommodeller. Svartkroppsstrålning, fotonen, fotoelektriska effekten, Comptonspridning. H-spektroskopiska serien. Korrespondensprincipen. Våg-partikeldualiteten, vågfunktionen och Schrödingerekvationen, vågpaket, sannolikhetstolkning, endimensionella system.
Stationära tillstånd, egenvärdesproblem, partikel i en låda, harmonisk oscillator, transmission / tunnling och reflexion. Förväntansvärden, operatorer, Heisenbergs osäkerhetsrelationer.
Tredimensionella system. Enelektronatomer: Schrödingerekvationen, energiegenvärden, vågfunktioner, banimpulsmoment och centralrörelse, övergångar, energinivådiagram. Born-Oppenheimer-approximationen.
Enkel störningsteori, variationsteori.
Flerelektronatomer: Spinn, addition av impulsmoment, identiska partiklar, Pauliprincipen, antisymmetriska vågfunktioner, kvanttalsuppsättningar, Zeemaneffekt, elektronkonfigurationer, periodiska systemet, spinnbankoppling, centralfältsapproximationen, termer, finstrukturnivåer, generering av optiska övergångar och röntgenstrålning samt dess spektroskopier.
Fermioner och Bosoner.
Tvåatomiga molekyler: Bindning, molekylpotentialer, vibrations- och rotationsrörelser, övergångar.
Kvantfysikens betydelse inom natur, teknik och samhälle, t.ex. den kvantfysikaliska orsaken till jordens temperatur, tunneldioder och atomär magnetism.
Laborationer: Fotoelektrisk effekt. Optisk spektroskopi. Röntgenspektrum (fluorescens, elementanalys).
Undervisning
Föreläsningar, lektioner, experimentella och datorbaserade laborationer. Gästföreläsning. Undervisningen kan vid behov ges på engelska.
Examination
Skriftlig tentamen vid kursens slut (9 hp) tillsammans med mittkursexamination. Godkänd mittkursexamination ger bonuspoäng som kan användas på sluttentan och vid ordinarie omtentamenstillfällen.
Laborationer samt muntlig redovisning av laboration på engelska (1 hp).
Versioner av kursplanen
- Senaste kursplan (giltig från vecka 24, 2013)
- Äldre kursplan (giltig från vecka 28, 2012)
- Äldre kursplan (giltig från vecka 31, 2011)
- Äldre kursplan (giltig från vecka 31, 2009)
- Äldre kursplan (giltig från vecka 04, 2008)
Litteratur
Litteraturlista
Gäller från: vecka 13, 2013
-
Tipler, P.A.;
Llewellyn, R.A.
Modern Physics
5th ed.: W.H. Freeman,
-
Gasiorowicz, S.
Quantum Physics
3rd ed.: J. Wiley Intern.,
-
Griffiths, D.J.
Introduction to Quantum Mechanics
2nd edition: Pearson Intern.,