Moderna fizika

2021/2022
Program:
Visokošolski strokovni študijski program 1. stopnje Aplikativna fizika
Letnik:
3 letnik
Semester:
prvi in drugi
Vrsta:
obvezni
ECTS:
14
Jezik:
slovenski
Nosilci predmeta:
Ure na teden – 1. semester:
Predavanja
3.33
Seminar
2
Vaje
2
Laboratorij
0
Ure na teden – 2. semester:
Predavanja
2
Seminar
1
Vaje
1.33
Laboratorij
0
Pogoji za vključitev v delo oz. za opravljanje študijskih obveznosti

Vpis v letnik.
Opravljeni kolokviji iz vaj ali pisni izpit so pogoj za pristop k ustnemu izpitu.

Vsebina
  1. semester
    Specialna teorija relativnosti: načela posebne teorije relativnosti, Lorentzova transformacija, sočasnost, lastni čas in podaljšanje časa v relativistični mehaniki, Dopplerjev pojav v relativistični mehaniki, transformacije hitrosti in gibalne količine v relativistični mehaniki, celotna energija, lastna energija in kinetična energija v relativistični mehaniki.
    Kvantna teorija uvod: fotoelektrični pojav in kvantna teorija svetlobe, Comptonov pojav, Bohrov atom, stacionarna oblika Schrodingerjeve enačbe, pričakovane vrednosti fizikalnih količin, De Broglievi valovi, interpretacija valovne funkcije (valovi verjetnosti), valovne enačbe, fazna in grupna hitrost, valovni paket in načelo nedoločenosti,
    tunelski pojav, tunelski mikroskop, Frank Hertzov poskus, spin elektrona, Stern Gerlachov poskus, vodikov atom, izključitveno načelo, simetrične in nesimetrične valovne funkcije, fermioni in bozoni, razločljivi in nerazločljivi delci, periodni sistem elementov, jedrska magnetna resonanca, Zeemanov pojav, nihajni energijski nivoji molekul, harmonski oscilator v kvantni mehaniki, vrtilna količina v kvantni mehaniki in vrtilni energijski nivoji pri molekulah, sevalni prehodi med stanji ter izbirna pravila, molekulske vezi.

  2. semester
    Kvantna teorija uporaba: Kvantna statistična mehanika, načelo statistične zasedenosti stanj, razločljivi in nerazločljivi delci, Maxwell-Boltzmanova porazdelitev in molekulska teorija idealnega plina, Bose-Einsteinova porazdelitev in sevanje črnega telesa, Štefanov zakon, Fermi-Diracova porazdelitev in prosti elektroni v kovini,.interakcija svetlobe s snovjo, stimulirano sevanje, laser., prevajanje električnega toka, vrste prevodnikov, pasovna struktura elektronskih stanj, polprevodniki, vrzeli in elektroni, dopirani polprevodniki., optični pojavi v polprevodnikih, delovanje fotodiode, uporaba polprevodnikov, p-n spoj, tranzistor, polprevodniške svetleče diode, polprevodniški laserji.
    Jedrska fizika: atomsko jedro, velikost in oblika atomskega jedra, masa, vezavna energija in stabilnost atomskega jedra , alfa razpad jeder, razpada-beta in gama, cepitev jedra in jedrski reaktor, reakcije na zvezdah, fuzijski reaktorji, radioaktivna aktivnost, razpolovni čas, določanje starosti s pomočjo radioaktivnosti, vpliv različnih sevanj na biološko tkivo, nevarnost radiaktivnega sevanja, kako merimo biološke učinke sevanja.
    Dodatek: uvod v standardni model delcev in polj. elementarni osnovni delci, uvod v splošno teorijo relativnosti in kozmologijo.

Temeljni literatura in viri

Janez Strnad, FIZIKA III, DMFA 1988,
Janez Strnad, FIZIKA IV, DMFA 1988,
Arthur Beiser, CONCEPTS OF MODERN PHYSICS, McGraw-Hill Int. 5. izdaja , 1995
Jeremy Bernstein, Paul M. Fishbane in Stephen Gasiorowicz, MODERN PHYSICS, Prentice -Hall, 2000.

Cilji in kompetence

Cilji: Poznavanje osnovnih dosežkov fizike 20. stoletja. Predmet predstavlja teoretično osnovo za razumevanja modernih merilnih metod, tehnik in pripomočkov, ki jih obravnavajo predmeti Fizikalna merjenja in Praktikumi merskih tehnik.

Kompetence:
Sposobnost modeliranja in reševanja fizikalnih problemov;
Poznavanje najpomembnejših področij moderne fizike;
Sposobnost iskanja po strokovni literaturi;
Razumevanje procesov v naravi in tehnologiji
Zavedanje etičnih načel v fiziki.

Predvideni študijski rezultati

Znanje in razumevanje:

Povezovanje celotnega področja fizike v enotno sliko z razumevanjem podobnosti in razlik med klasično in kvantno fiziko. Razumevanje in zavedanje pomena vseh ohranitvenih nacel v naravi. Razumevanje pomena posebne teorije relativnosti in kvantne teorije v moderni fiziki. Poznavanje osnovnih računskih orodij moderne fizike in njihove uporabe.

Metode poučevanja in učenja

Predavanja, vaje, laboratorijske vaje, individualne naloge, računalniške simulacije.

Načini ocenjevanja

Pisni izpit. Pisni izpit je možno opraviti s kolokviji med šolskim letom.
Ustni izpit

Reference nosilca

[1] RIGLER, Martin, ZGONIK, Marko, HOFFMANN, Marc P., KIRSTE, Ronny, BOBEA, Milena, COLLAZO, R., SITAR, Zlatko, MITA, Seiji, GERHOLD, Michael. Refractive index of III-metal-polar and N-polar AlGaN waveguides grown by metal organic chemical vapor deposition. Appl. phys. lett., 2013, vol. 102, iss. 22, str. 221106-1-221106-5. http://dx.doi.org/10.1063/1.4800554. [COBISS-SI-ID 2561124]
[2] ŽABKAR, Janez, MARINČEK, Marko, ZGONIK, Marko. Mode competition during the pulse formation in passively Q-switched Nd: YAG lasers. IEEE j. quantum electron., 2008, vol. 44, no. 4, str. 312-318. [COBISS-SI-ID 21498151]
[3] ZGONIK, Marko, EWART, Michael, MEDRANO, Carolina, GÜNTER, Peter. Photorefractive effects in KNbO3. V: GÜNTER, Peter (ur.), HUIGNARD, Jean-Pierre (ur.). Photorefractive materials and their applications. 2, Materials, (Springer series in optical sciences, 114). New York: Springer, cop. 2007, str. 205-240. [COBISS-SI-ID 1973604]
[4] DUELLI, M., MONTEMEZZANI, Germano, ZGONIK, Marko, GÜNTER, Peter. Photorefractive memories for optical processing. V: GÜNTER, Peter (ur.), HUIGNARD, Jean-Pierre (ur.). Photorefractive materials and their applications. 3, Applications, (Springer series in optical sciences, 115). New York: Springer, cop. 2007, str. 77-134. [COBISS-SI-ID 1984100]
[5] MONTEMEZZANI, Germano, ZGONIK, Marko. Space-charge driven holograms in anisotropic media. V: GÜNTER, Peter (ur.), HUIGNARD, Jean-Pierre. Photorefractive materials and their applications. 1, Basic effects, (Springer series in optical sciences, 113). New York: Springer, cop. 2006, str. 83-118. [COBISS-SI-ID 1905252]
[6] ABPLANALP, Markus, ZGONIK, Marko, GÜNTER, Peter. Scanning probe microscopy of ferroelectric domains near phase transitions. V: ALEXE, Marin (ur.), GUVERMAN, Alexei (ur.). Nanoscale characterisation of ferroelectric materials : scanning probe microscopy approach, (Nanoscience and technology). Berlin [etc.]: Springer, 2004, str. 193-220. [COBISS-SI-ID 1778020]