Kvantfysik
Kursplan, Grundnivå, 1FA521
- Kod
- 1FA521
- Utbildningsnivå
- Grundnivå
- Huvudområde(n) med fördjupning
- Fysik G2F
- Betygsskala
- Med beröm godkänd (5), Icke utan beröm godkänd (4), Godkänd (3), Underkänd (U)
- Fastställd av
- Teknisk-naturvetenskapliga fakultetsnämnden, 24 oktober 2019
- Ansvarig institution
- Institutionen för fysik och astronomi
Behörighetskrav
Transformmetoder/Fourieranalys, Mekanik II/KF, Elektromagnetism I, Vågor och optik och Fysikens matematiska metoder som kan läsas samtidigt. Kunskaper i speciell relativitetsteori.
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).
Om särskilda skäl finns får examinator göra undantag från det angivna examinationssättet och medge att en enskild student examineras på annat sätt. Särskilda skäl kan t.ex. vara besked om särskilt pedagogiskt stöd från universitetets samordnare för studenter med funktionsnedsättning.
Litteraturlista
- Litteraturlista giltig från och med höstterminen 2023
- Litteraturlista giltig från och med höstterminen 2022
- Litteraturlista giltig från och med höstterminen 2020
- Litteraturlista giltig från och med vårterminen 2020
- Litteraturlista giltig från och med höstterminen 2019
- Litteraturlista giltig från och med vårterminen 2013
- Litteraturlista giltig från och med vårterminen 2012
- Litteraturlista giltig från och med höstterminen 2011
- Litteraturlista giltig från och med höstterminen 2009